有功與頻率關(guān)系總結(jié)

1、有功功率與頻率之間的關(guān)系考慮電力系統(tǒng)中有功功 率與頻率之間的關(guān)系，我從兩個個方面著 手去學(xué)習(xí)了，首先，分別理解有 功與頻率的概念，其次再探討兩者之間的關(guān)系以及相互影響，但是這其中涉 及到的知識點不止這兩個方面，還包括功角、轉(zhuǎn)矩等，下面是我的一些總 結(jié)。1有功功率電力系統(tǒng)中的發(fā)電機產(chǎn)生有功功率，可以等效為一個電源。任何 電 源都有電動勢e和內(nèi)阻r。發(fā)電機的電動勢相當(dāng)于其空載電壓，直接受轉(zhuǎn)速 影響，轉(zhuǎn)速越快電動勢越高（甘6n），發(fā)電機的實際端電壓u=e-h，而 輸出功率網(wǎng)從上面的式子可以看出，發(fā)電機的端電壓與輸出有功功率 之間沒有直接的聯(lián)系，但是有功功率的變化卻是影響電壓的因素，當(dāng)發(fā)電 機負荷過大

2、時，端電壓值將會顯著降低，兩者存在一種反比例關(guān)系，但是 采取一些控制措施，可以使得端電壓基本穩(wěn)定。電網(wǎng)中有功功率的產(chǎn)生依賴于同步發(fā)電機，同步發(fā)電機由原動機拖 動，在扣除了一些損耗后轉(zhuǎn)化為電磁功率pem,電磁功率在扣除另一部分損耗后，才是發(fā)電機端口輸出的電功率p2。電磁功率可以由電動 勢，電樞電流以及它們之間的夾角表示，但是這一描述在應(yīng)用中不太方 便，所以電磁功率就延伸了另一種表達方式，這就是我們所謂的同步發(fā)電 機功角特性。對于隱極機和凸極機來說兩者pem的表示有一些不同，這是由于凸極機的磁路不對稱引起的（凸極機表征氣隙合成磁場的磁極 （定子繞組產(chǎn)生的磁場）spemm eusinb msin2b

3、，隱極機 pemm-eusin b ），但是兩 xd 2 xqxd xt者更多的是共同點，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率都保持不變時，電磁功率就由功角單 一確定了。2、功角、轉(zhuǎn)速功角是一個影響發(fā)電機發(fā)電機輸出功率的一個很重要的參數(shù)，那么，功角b到底是什么意思呢？功角可以理解為電動勢與端電壓之間的相角差，當(dāng)忽略漏抗壓降時，b可以用電動勢與氣隙電動勢之間的夾角等效，電動勢90）。也就是勵磁磁場與氣隙合成磁場之間的夾角（磁通超前于電能的轉(zhuǎn)換就是因為有了這樣一個夾角才得以進行的， 因為主磁 通超前氣隙磁場，所以磁通從主機發(fā)出后要向后扭斜，產(chǎn)生一個切向 的電磁力，使轉(zhuǎn)子受到一個制動轉(zhuǎn)矩（即電磁轉(zhuǎn)矩tem，電磁轉(zhuǎn)矩的意

4、思就是指當(dāng)電樞繞組中有電流通過時，通電的電樞繞組在磁場中要 受到電磁力的作用，該力與電機電樞鐵芯半徑的乘積即為電磁轉(zhuǎn)矩） 與原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相平衡（ti “制動轉(zhuǎn)矩二tem,在以下的討論中不考 慮損耗那部分的轉(zhuǎn)矩，將其歸入到驅(qū)動轉(zhuǎn)矩里）從而將通過轉(zhuǎn)軸輸入的機械 能轉(zhuǎn)換為通過定子繞組輸出的電能。換一種說法就是，原動機 輸入的機械 功率r在扣除一些損耗后，借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場由轉(zhuǎn)子傳遞給定子，定子上 的這一功率是通過電磁感應(yīng)獲得的，所以稱之為電磁功率。電磁力就是兩個磁場之間發(fā)生相對運動時產(chǎn)生的作用力。勵磁磁場與 主磁場之間保持同步速，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。同樣用磁場之間的作用來解釋一下為什么b不能超過90。

5、當(dāng)b較小 時，如果某種原因使得b增大，貝龐過電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)能力還 能使電機重新達到一個新的平衡。但是當(dāng)b一直增大，直至超過90,此時如下圖所示，電磁轉(zhuǎn)矩已經(jīng)不再是制動轉(zhuǎn)矩，而變成了驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，此時轉(zhuǎn)子就會不斷加速并最終失步。所以功角是有極限的。表征氣隙合成磁場的磁極（定子繞組產(chǎn)生的磁場）xt1 nni主磁極（轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁 場）這里提到了失步，那么就不得不說同步機是怎樣保持同步的。同步電機與異步電機的區(qū)別是同步電機在定子和轉(zhuǎn)子繞組同時都會產(chǎn)生一個磁場，轉(zhuǎn)子通直流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和定子通交流電產(chǎn)生的旋 轉(zhuǎn)磁 場，兩個磁場在電磁力的作用下保持靜止，即轉(zhuǎn)子達到同步轉(zhuǎn)速。我們經(jīng) 常說的有功與

6、頻率有關(guān)，對于單個的發(fā)電機來說，我是這 樣理解的：當(dāng)有 功負荷與出力不平衡時，會引起轉(zhuǎn)速的變化。對于并網(wǎng)的發(fā)電機，不存在這 個問題，因為轉(zhuǎn)速很快就會達到新的同步速，這一點在下面的分析中會仔細 討論。增大轉(zhuǎn)速即增大轉(zhuǎn)子扭矩，但由于轉(zhuǎn)速跟頻率成正比，而且頻率 可以理解成是個固定的參數(shù)，所以如果增大轉(zhuǎn)子扭矩但又不能使轉(zhuǎn)速上升 只能增大轉(zhuǎn)子的阻力矩才能使轉(zhuǎn)子與定子磁場保持平衡，轉(zhuǎn)子的阻力來自 定子繞組的電磁力矩，根 據(jù)發(fā)電機的電樞反映，定子電流越大（負荷越 大）對轉(zhuǎn)子的阻力越大，所以頻率一定，增大轉(zhuǎn)子力矩就能增大有功。3、電力系統(tǒng)頻率 電力系統(tǒng)頻率是指電力系統(tǒng)同一的一種運行參數(shù)。首先， 明確一點，就是

7、頻率是一個系統(tǒng)概念，單個發(fā)電機和頻率沒有直接對應(yīng)關(guān) 系。電網(wǎng)系統(tǒng)頻率與負載無關(guān)，只與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)。因為電網(wǎng)頻率是一個恒定值，發(fā)電機并網(wǎng)與孤廠運行時，調(diào)節(jié)的內(nèi) 容是不同的。當(dāng)并網(wǎng)時，我們稱調(diào)有功，而孤廠運行的話，則是調(diào)節(jié)頻率， 而這兩個調(diào)節(jié)的本質(zhì)卻是一樣的，都是改變汽輪機的進汽門的開度。4、有功與頻率的關(guān)系從1的描述中可以看出當(dāng)電網(wǎng)簡化后，電磁功率由功角b單一決 定， 那么為什么我們一般都說電網(wǎng)中的有功功率與頻率有關(guān)呢？很顯然，頻率對 有功的影響是通過功角b作為中間環(huán)節(jié)來實現(xiàn)的，具體怎 么來聯(lián)系的，我的理解是這樣的電力系統(tǒng)頻率只與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)，但是電力負荷本身卻存在一個負荷 頻率效應(yīng)，如下圖所示

8、，即當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時，負荷會相應(yīng)減小，但這并不 是說負荷量決定了頻率的值，負荷對頻率的影響還是通過發(fā) 電機的轉(zhuǎn)速來直 接決定的。r那為什么我們通常所說的一次調(diào)頻中用來與負荷重新平衡的發(fā)電機的功率與二次調(diào)頻中發(fā)電機增發(fā)的功率不是一個概念呢？這同樣可以通過一個圖來解釋，就是發(fā)電機組的頻率特性曲線，如下所示這個圖也反映了一個問題，就是當(dāng)頻率降低時，發(fā)電機組的功率 會增 大，頻率反映在發(fā)電機中就是轉(zhuǎn)速了。也就是說一次調(diào)頻是犧牲了發(fā)電機 的轉(zhuǎn)速來達到系統(tǒng)功率的重新平衡，所以一次調(diào)頻肯定是要有頻率差的。而這個時候我們就要分析為什么轉(zhuǎn)速低了發(fā)電機出力會增加。這是發(fā) 電機的調(diào)速系統(tǒng)決定的。當(dāng)外界負荷增大的一瞬

9、間，由于負載率突然增 大，所以原動機會減速，此時調(diào)速系統(tǒng)就會起作用使原動機的進汽或者進 水量增加，發(fā)電機的功率自然變大。而為了恢復(fù)轉(zhuǎn)速，就必須動用二次調(diào)頻了。二次調(diào)頻的本質(zhì)是增 加 原動機輸入功率。二次調(diào)頻滯后于一次調(diào)頻的原因也可以這樣理 解，一次調(diào) 頻是負荷與發(fā)電機組本身所具備的頻率特性所決定的，所以在很短的時間 就能在一個較低的頻率值下使系統(tǒng)功率重新平衡?，F(xiàn)在來考慮二次調(diào)頻是怎么樣使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速重新上升的。二次調(diào)頻 增加了原動機的輸入功率pl,即增大了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩相對電磁 轉(zhuǎn)矩過剩，所以轉(zhuǎn)子就會加速，并且使發(fā)電機的勵磁磁場超前于氣隙合成磁場的角度加大，也即b變大，電磁功率變大，

10、tem 也會相應(yīng)增大，從而轉(zhuǎn)子收到的制動轉(zhuǎn)矩變大了。當(dāng)b增大到某一數(shù)值6 使電磁轉(zhuǎn)矩剛好與驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相等時，轉(zhuǎn)子變不再加速，而平衡在功率角處，此時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與出力都較調(diào)節(jié)以前變大了，這就是二次調(diào)頻的效 果。當(dāng)發(fā)電機增發(fā)的功率剛好能滿足負荷增長需求的時候，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速 就會重新恢復(fù)正常值，使系統(tǒng)頻率維持在50hz。所以當(dāng)系統(tǒng)中的負荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)的頻率在開始階段會有一個較 大的降低，但是很短的時間內(nèi)就會恢復(fù)至一個系統(tǒng)可以忍受的值，此時動用 二次調(diào)頻使發(fā)電機增發(fā)功率，以保證系統(tǒng)的頻率質(zhì)量。5、有功與頻率的關(guān)系對互聯(lián)系統(tǒng)的影響（這一點以前說過，覺得這段話寫 的不錯）在大系統(tǒng)中，負荷的變化總是發(fā)生在局部系統(tǒng)，而頻率的變化卻是 在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生的，即當(dāng)系統(tǒng)某處的負