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电子技术应用@影响电力系统频率特性的因素研究

电压、频率、有功功率、无功功率是电力系统最重要的电气量 ， 它们之间存在着复杂的关系 。 一般来说 ， 频率与有功功率关系大 。 当系统有功出现缺额(发出的有功少于消耗的有功)时 ， 频率就会下降 ， 频率下降会使负荷消耗的有功减少；当系统有功出现过剩(发出的有功多于消耗的有功)时 ， 频率就会升高 ， 频率升高会使负荷消耗的有功增加 。 电压与无功功率关系大[1] 。 当系统无功出现缺额(发出的无功少于消耗的无功)时 ， 系统电压就会下降；当系统无功出现过剩(发出的无功多于消耗的无功)时 ， 系统电压就会升高 。 它们之间也会互相牵连和影响 。 例如 ， 线路输送有功增加也会引起电压损耗增加 ， 使线路末端电压下降；频率降低 ， 会引起异步电动机和变压器的励磁电流增加 ， 所消耗的无功增加 ， 从而使电压下降；系统电压升高或降低会使负荷消耗有功增加或减少 ， 从而影响频率变化 。 分析电力系统出现的一些现象 ， 要分清主次 ， 才能得出正确结论 。
1系统正常运行频率质量和经济问题
频率不仅是电力系统运行与表征电能质量的重要指标 ， 而且是电力系统运行的重要参数[2] 。 我国电力系统频率额定值为50Hz 。 频率过大或过小都会影响产品的质量乃至整个电力系统的稳定性 ， 从而造成严重的经济损失 。 电力系统中的发电、变电、输电、配电和用电设备是按额定频率进行设计和制造的 ， 这些设备在额定频率下运行 ， 其效能最佳 。 当频率偏离额定值 ， 将影响电力用户产品的数量和质量 ， 严重是会造成废品 ， 导致用电设备无法正常工作 ， 此外还会影响电力系统本身的正常运行和安全运行 。 当频率降低时 ， 会造成汽轮机叶片振动增大 ， 降低其寿命 ， 有时会造成共振 ， 使叶片断裂；同时还会造成由异步电动机驱动的电厂厂用电机械出力下降 ， 导致发电机出力下降 ， 使系统频率进一步下降 ， 从而出现频率崩溃现象[3] 。 有核电站的电力系统 ， 频率偏移过大会使反应堆冷却介质泵自动断开 ， 从而导致反应堆停止运行[4] 。 当频率过高时 ， 也会影响大容量汽轮机叶片和大轴的寿命 ， 因此频率过高也应引起注意[5] 。 另一方面 ， 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 ， 结果引起电压下降 ， 当频率降至45~46Hz时 ， 发电机和励磁机转速均显著下降 ， 导致各发电机的电动势下降 ， 全系统的电压水平大为降低 ， 如果系统原来的电压水平偏低 ， 还可能引起电压不断下降 ， 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[6] 。
2负荷的频率静态特性及负荷与频率的关系
【电子技术应用@影响电力系统频率特性的因素研究】系统处于运行稳定时 ， 系统中负荷的有功功率随频率的变化特性称为有功功率-频率静态特性 ， 简称负荷的频率静态特性 。 根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几类：
（1）不受频率影响的负荷 ， 如白炽灯、电热器、照明、电热和整流负荷等 。
（2）与频率成正比的负荷 ， 通常负荷的阻力矩等于常数的属于此类 ， 如带金属切削机床和磨粉机的电动机、球磨机、往复式水泵压缩机和卷扬机等 。
（3）与频率的二次方成正比例的负荷 ， 如网损、变压器中的涡流损耗 。
（4）与频率三次方成正比的负荷：如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等 。
（5）与频率的高次方成正比例的负荷 ， 如静水头阻力很大的给水泵等 。
系统实际负荷是上述各类负荷的组合 ， 称为综合负荷 ， 其有功功率与频率的关系可以表示为：
电子技术应用@影响电力系统频率特性的因素研究
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上式表示负荷有功功率与频率呈非线性关系 。 当频率下降时 ， 负荷有功功率将减少；当频率升高时 ， 负荷有功功率将增加[7] 。 这就是说 ， 当系统有功功率失去平衡而引起频率变化时 ， 系统负荷也参与对频率的调节 ， 其特性有助于系统有功功率在新的频率下重新获得平衡 ， 这种现象称为负荷的频率静态调节效应 。 负荷的频率静态调节效应一般用负荷的频率静态调节效应系数表示 ， 它等于负荷有功功率标幺值的变化量与频率标幺值的变化量的比值[8] ， 即


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