电力系统频率偏差

电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差

电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差。

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电力系统频率指电力系统中同步发电机产生的正弦交变电压的变化频率。在发电机组稳态运行时，机组中所有发电机都在同步运转，整个电力系统处于同频运行状态。

电力系统能够安全并且稳定运行的至关重要因素之一是频率稳定，因为它能体现出一个电力系统发出的有功功率和负荷所需求的有功功率是否保持相同，电力系统是否稳定和安全可靠。如果频率一旦出现不正常的情况，其后果将难以设想，系统运行的可靠和安全以及各个用电用户的安全得不到保证。同时会导致它们的效率变低，使电厂运行的经济性有所偏离，最终还会影响整个电网运行的经济性。如果频率偏低，更会使整个系统不能够得以安全运行。因此上说，频率一方面是评价电能质量好坏的标准之一，我们可以作为系统的一种状态反馈量来观查监控并以此确定系统是否得到了稳定和安全控制；另一方面，我们还应当对系统的频率实施一些的控制策略来确保系统的稳定和安全。

电力系统频率是电能质量的基本指标之一。根据电工学理论，正弦量在单位时间内交变的次数称为频率，用f表示，单位为Hz（赫兹）。交变（含正负半波的变化）一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为s（秒）。频率和周期互为倒数，即f= 1/T 。电力系统的电源来自各同步发电机。在稳态条件下各发电机同步运行，整个电力系统的频率可以视为相同，它是一个全系统一致的运行参数。电力系统的标称频率为50Hz或60Hz，中国大陆（包括港、澳地区）及欧洲地区采用50Hz，北美及台湾地区多采用60Hz，日本则有50Hz和60Hz两种。频率对电力系统负荷的正常工作有广泛的影响；系统某些负荷以及发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常工作就必须严格控制系统频率，使系统频率偏差控制在允许范围之内。系统频率偏差Δf=fm-fN，式中fm为实际频率（Hz），fN为系统标称频率（Hz）。

频率偏差产生的原因

在电力系统中，要使得所有发电机组转速的恒定运行，必须使得系统总共的电源供给与负荷功率总需求（其中也有传输环节的电能损耗）平衡。然而，要实现发电机组转速恒定并没有这么容易，这是因为电力系统中发电机组的出力和电力系统负荷每时每刻都在变化。当系统出现发电机组的有功功率和负荷的有功功率不平衡的情况时，系统频率便会因为发电机组和负荷的功率不平衡而出现变动，从而产生了频率偏差。系统频率偏差持续时间和大小由发电机控制系统对负荷改变的响应能力和负荷特性决定。只有在一种情况下，频率偏差才为0，那便是当系统负荷需求的总有功功率等于发电机的总输出功率时候。而在通常情况下，系统负荷需求的总有功功率并不总是等于系统发电机的总输出有功功率，那么在系统负荷需求的总有功功率较大的情况下，系统频率便会下降，频率偏差为负值；反之，在系统中所有发电机的总输出有功功率较大的情况下，系统频率便会上升，频率偏差为正值。加剧电力系统有功功率不平衡的因素有很多，多为电力系统大故障，如大容量发电设备退出运行，大面积甩负荷等，他们会使得电力系统频率偏差超出允许的范围。综上所知，频率偏差产生的根本原因是电力系统有功功率的不平衡。

电力系统频率偏差超标的危害

电力系统中的发电与用电设备都是按照额定频率设计和制造的，只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的性能。系统频率过大的变动，对用户和发电厂的运行都将产生不利影响。系统频率变化的不利影响，主要表现在以下几个方面：

a.频率变化将引起电动机转速的变化，由这些电动机驱动的纺织、造纸等机械的产品质量将受到影响，甚至出现残、次品。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低，导致传动机械的出力降低，影响生产效率。

b.无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比，当系统频率下降时，电容器的无功出力成比例降低，此时电容器对电压的支持作用受到削弱，不利于系统电压的调整。

c.频率偏差的积累会在电钟指示的误差中表现出来。工业和科技部门使用的测量、控制等电子设备将受系统频率的波动而影响其准确性和工作性能，频率过低时甚至无法工作。频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率改变1%，感应式电能表的计量误差约增大0.1%。频率加大，感应式电能表将少计电量。

d.电力系统频率降低，会对发电厂和系统的安全运行带来影响，例如：频率下降时，汽轮机叶片的振动变大，影响使用寿命，甚至产生裂纹而断裂。又如：频率降低时，由电动机驱动的机械（如风机、水泵及磨煤机等）的出力降低，导致发电机出力下降，使系统的频率进一步下降。当频率降到46Hz或47Hz以下时，可能在几分钟内使火电厂的正常运行受到破坏，系统功率缺额更大，使频率下降更快，从而发生频率崩溃现象。再如：系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，所消耗的无功功率增大，结果更引起电压下降。当频率下降到45～46Hz时，各发电机及励磁的转速均显著下降，致使各发电机的电动势下降，全系统的电压水平大为降低，可能出现电压崩溃现象。发生频率或电压崩溃，会使整个系统瓦解，造成大面积停电。

表达式为：频率偏差=实际频率－标称频率（我国系统标称频率为50HZ，国外有60HZ的）；我国电力系统的正常频率偏差允许值为±0.2HZ，当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到±0.5HZ；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。

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