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(gè)個(gè)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(shí)點(diǎn)不止這兩個(gè)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(jī)產(chǎn)生有功功率，可以等效為一個(gè)電源。任何電源都有電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于其空載電壓，直接受轉(zhuǎn)速影響，轉(zhuǎn)速越快電動(dòng)勢(shì)越高（E=Cen），發(fā)電機(jī)的實(shí)際端電壓U=E-Ir，而輸出功率P=UI，從上面的式子可以看出，發(fā)電機(jī)的端電壓與輸出有功功率之間沒(méi)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(jī)負(fù)荷過(guò)大時(shí)，端

2、電壓值將會(huì)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(lài)于同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，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(jī)端口輸出的電功率P2。電磁功率可以由電動(dòng)勢(shì)，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(dá)方式，這就是我們所謂的同步發(fā)電機(jī)功角特性。對(duì)于隱極機(jī)和凸極機(jī)來(lái)說(shuō)兩者Pem的表示有一些不同，這是由于凸極機(jī)的磁路不對(duì)稱(chēng)引起的（凸極機(jī)，隱極機(jī)），但是兩者更多的是共同點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率都保持不變時(shí)，電磁功率就由功角單一確定了。2、功

3、角、轉(zhuǎn)速功角是一個(gè)影響發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸出功率的一個(gè)很重要的參數(shù)，那么，功角到底是什么意思呢？功角可以理解為電動(dòng)勢(shì)與端電壓之間的相角差，當(dāng)忽略漏抗壓降時(shí)，可以用電動(dòng)勢(shì)與氣隙電動(dòng)勢(shì)之間的夾角等效，也就是勵(lì)磁磁場(chǎng)與氣隙合成磁場(chǎng)之間的夾角（磁通超前于電動(dòng)勢(shì)90°）。電能的轉(zhuǎn)換就是因?yàn)橛辛诉@樣一個(gè)夾角才得以進(jìn)行的，因?yàn)橹鞔磐ǔ皻庀洞艌?chǎng)，所以磁通從主機(jī)發(fā)出后要向后扭斜，產(chǎn)生一個(gè)切向的電磁力，使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（即電磁轉(zhuǎn)矩Tem，電磁轉(zhuǎn)矩的意思就是指當(dāng)電樞繞組中有電流通過(guò)時(shí)，通電的電樞繞組在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，該力與電機(jī)電樞鐵芯半徑的乘積即為電磁轉(zhuǎn)矩），與原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡（T1-T

4、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩=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(dòng)轉(zhuǎn)矩里）從而將通過(guò)轉(zhuǎn)軸輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為通過(guò)定子繞組輸出的電能。換一種說(shuō)法就是，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率P1在扣除一些損耗后，借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子傳遞給定子，定子上的這一功率是通過(guò)電磁感應(yīng)獲得的，所以稱(chēng)之為電磁功率。電磁力就是兩個(gè)磁場(chǎng)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的作用力。勵(lì)磁磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)之間保持同步速，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。同樣用磁場(chǎng)之間的作用來(lái)解釋一下為什么不能超過(guò)90°。當(dāng)較小時(shí)，如果某種原因使得增大，則通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)能力還能使電機(jī)重新達(dá)到一個(gè)新的平衡。但是當(dāng)一直增大，直至超過(guò)90°，此時(shí)如下圖所示，

5、電磁轉(zhuǎn)矩已經(jīng)不再是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而變成了驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)轉(zhuǎn)子就會(huì)不斷加速并最終失步。所以功角是有極限的。這里提到了失步，那么就不得不說(shuō)同步機(jī)是怎樣保持同步的。同步電機(jī)與異步電機(jī)的區(qū)別是同步電機(jī)在定子和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子通直流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子通交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)在電磁力的作用下保持靜止，即轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。我們經(jīng)常說(shuō)的有功與頻率有關(guān)，對(duì)于單個(gè)的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，我是這樣理解的：當(dāng)有功負(fù)荷與出力不平衡時(shí)，會(huì)引起轉(zhuǎn)速的變化。對(duì)于并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)，不存在這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檗D(zhuǎn)速很快就會(huì)達(dá)到新的同步速，這一點(diǎn)在下面的分析中會(huì)仔細(xì)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

6、以理解成是個(gè)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(chǎng)保持平衡，轉(zhuǎn)子的阻力來(lái)自定子繞組的電磁力矩，根據(jù)發(fā)電機(jī)的電樞反映，定子電流越大（負(fù)荷越大）對(duì)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(yùn)行參數(shù)。首先，明確一點(diǎn)，就是頻率是一個(gè)系統(tǒng)概念，單個(gè)發(fā)電機(jī)和頻率沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。電網(wǎng)系統(tǒng)頻率與負(fù)載無(wú)關(guān)，只與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率是一個(gè)恒定值，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與孤廠運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)的內(nèi)容是不同的。當(dāng)并網(wǎng)時(shí)，我們稱(chēng)調(diào)有功，而孤廠運(yùn)行的話，則是調(diào)節(jié)頻率，而這兩個(gè)調(diào)節(jié)的本質(zhì)卻是一樣的，都是改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽

7、門(mén)的開(kāi)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(jiǎn)化后，電磁功率由功角單一決定，那么為什么我們一般都說(shuō)電網(wǎng)中的有功功率與頻率有關(guān)呢？很顯然，頻率對(duì)有功的影響是通過(guò)功角作為中間環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體怎么來(lái)聯(lián)系的，我的理解是這樣的。電力系統(tǒng)頻率只與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，但是電力負(fù)荷本身卻存在一個(gè)負(fù)荷頻率效應(yīng)，如下圖所示，即當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，負(fù)荷會(huì)相應(yīng)減小，但這并不是說(shuō)負(fù)荷量決定了頻率的值，負(fù)荷對(duì)頻率的影響還是通過(guò)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)直接決定的。那為什么我們通常所說(shuō)的一次調(diào)頻中用來(lái)與負(fù)荷重新平衡的發(fā)電機(jī)的功率與二次調(diào)頻中發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率不是一個(gè)概念呢？這同樣可以通過(guò)一個(gè)圖來(lái)解釋?zhuān)褪前l(fā)電機(jī)組的頻率特性曲線，如

8、下所示。這個(gè)圖也反映了一個(gè)問(wèn)題，就是當(dāng)頻率降低時(shí)，發(fā)電機(jī)組的功率會(huì)增大，頻率反映在發(fā)電機(jī)中就是轉(zhuǎn)速了。也就是說(shuō)一次調(diào)頻是犧牲了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)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(gè)時(shí)候我們就要分析為什么轉(zhuǎn)速低了發(fā)電機(jī)出力會(huì)增加。這是發(fā)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)決定的。當(dāng)外界負(fù)荷增大的一瞬間，由于負(fù)載率突然增大，所以原動(dòng)機(jī)會(huì)減速，此時(shí)調(diào)速系統(tǒng)就會(huì)起作用使原動(dòng)機(jī)的進(jìn)汽或者進(jìn)水量增加，發(fā)電機(jī)的功率自然變大。而為了恢復(fù)轉(zhuǎn)速，就必須動(dòng)用二次調(diào)頻了。二次調(diào)頻的本質(zhì)是增加原動(dòng)機(jī)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(fù)荷與發(fā)電機(jī)組本身所具備的頻率特性所決定的，所以在很短的時(shí)

9、間就能在一個(gè)較低的頻率值下使系統(tǒng)功率重新平衡。現(xiàn)在來(lái)考慮二次調(diào)頻是怎么樣使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速重新上升的。二次調(diào)頻增加了原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1，即增大了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩相對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩過(guò)剩，所以轉(zhuǎn)子就會(huì)加速，并且使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)的角度加大，也即變大，電磁功率變大，Tem也會(huì)相應(yīng)增大，從而轉(zhuǎn)子收到的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大了。當(dāng)增大到某一數(shù)值使電磁轉(zhuǎn)矩剛好與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，轉(zhuǎn)子變不再加速，而平衡在功率角處，此時(shí)發(fā)電機(jī)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(jī)增發(fā)的功率剛好能滿(mǎn)足負(fù)荷增長(zhǎng)需求的時(shí)候，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)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(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的頻率在開(kāi)始階段會(huì)有一個(gè)較大的降低，但是很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)恢復(fù)至一個(gè)系統(tǒng)可以忍受的值，此時(shí)動(dòng)用二次調(diào)頻使發(fā)電機(jī)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(duì)互聯(lián)系統(tǒng)的影響（這一點(diǎn)以前說(shuō)過(guò)，覺(jué)得這段話寫(xiě)的不錯(cuò)）在大系統(tǒng)中，負(fù)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(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生的，即當(dāng)系統(tǒng)某處的負(fù)荷發(fā)生了