电力系统频率问题浅析与频率特性研究

徐长龙

摘要：随着电力系统的快速发展，系统的频率性也变得越发复杂，同时系统的安全稳定运行对于频率也有了更高的要求。在电力系统的运行过程中系统频率问题日益显著，为了确保电力系统频率问题能够得到有效解决，进而保证系统的稳定运行，在本文当中我们针对电力系统频率事故的出现并结合频率特性对事故原因展开分析，进而总结出系统惯量、估计发电机组调频性能监测对于系统频率动态的影响，希望能够更好的保障电力系统的稳定运行，为人民的生活提供可靠的电力保障。

关键词：电力系统；频率问题；频率特性

引言

电力系统中电压频率与无功率及有功功率之间关系复杂、相互影响，线路输送过程中有功功率增加会导致电压损耗增加，进而影响线路末端的电压，导致系统频率下降。而系统电压升高、降低都会影响负荷消耗，进而导致有功增加或减少，影响系统频率变化。在建立系统运行过程中系统频率特性给电网的安全稳定运行带来更加艰巨的挑战，这也是影响系统频率特性的主要因素。

一、分析电力系统运行过程中频率方面的存在的影响

负面问题：电力系统运行过程中频率的波动导致系统运行不平衡，当前发电过程中主要是依靠风能、太阳能等新能源进行发电，而新能源本身发现本身具有间歇性及随机性，因此也加剧了电网瞬时功率的不平衡。此外因为风电机组对于频率波动十分敏感，很容易导致系统出现脱网现象，因此应该给整个电力系统带来影响，功率较大很容易造成电网频率出现骤降现象。

正面问题：电力电子装置的高可控性也使得整个系统具有更好的频率调节能力，进而能够有效解决新能源发电给电力系统带来频率问题。经过相关研究表明，在新能源发电过程中加强对新能源发电有功功率附加的控制力度，对整个发同步发电机频率影响特性进行模拟，可以有效提高系统频率的支撑力。

2. 分析系统频率与频率特性之间的关系

在电力系统的稳定运行下其频率的变化会影响负荷有关功率的变化，进而形成特性曲线，被称为有功功率的静态特性曲线，简称为电力负荷频率静态特性。结合有关功率与频率之间的关系，我们将电力负荷主要分为以下几个类型：第一，与频率变化无关的负荷，如整流负荷、电热器等。第二，与频率变化之间成正比关系，如卷扬机。第四，和频率之间成成正比关系的负荷，比如静水头中阻力大一些的给水泵等。

三、监测影响电力系统频率特性的相关策略

2.1新能源高渗透时域仿真技术       

通过对简化模型的分析总结频率变化趋势及影响电力系统运行的关键因素，实际在整个电力系统的运行过程中，分析频率特性依旧以电力系统中时域仿真技术为准，主要是结合MATLAB对电力系统的三种运行场景进行数字仿真和分析，同时与前面的结论进行比较。场景一，考虑对新能源选择的火力发电系统展开分析；场景二、主要考虑新能源及功率闭环方式的调频，确保调频容量满足要求。场景三、考虑新能源通过参考频率闭环方式对电力系统进行调频。

2.2总惯量频率调节手段

对电力系统的总惯量进行监测，确保机组调频性能有助于系统的稳定运行，同时对机组行为进行规范。但对于当前的电力系统而言，扰动下频率动态行为是最为直观的体现，同时对系统频率进行最大动态频率偏差、达到最大偏差的时间及稳态频率偏差等相关指标进行评估和分析反应调节手段的相关特性。经过分析研究发现，不同调频手段与系统指标产生的影响不同，调节相关参数能够有效控制系统的频率及动态行为。在未来的电力系统运行过程中，不同调节手段对系统频率行为的影响是最值得关注和研究的方向。

2. 在电力系统中频率问题的处理手段

为了确保整个电力系统的频率能够在额定值上下稳定运行，确保电力系统正常运行的三种调频手段主要如下：

第一次调频，通过发电机组调频器对系统进行调频。在整个电力系统出现负荷变化时，机组输入功率、输出功率会出现不平衡，同时机组的转速也会受到影响，进而导致系统出现频率变化，随后各个机组的调频器也会反映出频率的变化，对近期或进水阀门开度进行调节，进而改变发电机组的处理情况，确保有功功率能够达到平衡。该方式要求所有发电机组都参与调频，但系统频率无法恢复到原值。

第二次调频，通过发电机组调频器当中的同步器对系统进行调频，机组调频器中同步机由伺服电动机等相关元器件组成，对于电动机的正反转进行控制，进而调整转速的整定值。在装有发电控制系统ADG的电场中可以利用ADG实现二次调频的目的。该调配方式下只有部分机组参与了调频，同时频率可以恢复到原值。

第三次调频，结合电力系统经济调度原则对发电机有功功率进行合理分配，被称为三次调频。该调配方式不仅能够确保频率在额定值下稳定运行，同时还可以确保电力系统在最经济的状态下运行定，这一方式主要是由调度中心中的能量管理系统EMS来完成。但因为各方面原因只有少数的电力系统可以完成三次调配，与频率静态调节效应类似，也存在电压静态调节效应，因为电力系统符合消耗的无功功率和电压之间也有零次方、一次方、二次方以及多次方，由此可见无故功率与电压之间也存在非线性关系。电压如果减小，无功功率也会减小，电压如果增大，无功功率也会变大，因此如果电力系统出现无功失衡的现象，电压会发生变化，负荷也会参与对电压的调节。该现象实际为负荷电压静态调节效应，同理发电机也有电压静态调节效应，但该调节方式与频率静态调节不同，电压静态调节很难找到一个全网静态调节的系数，因此与此相关的研究和分析相对较少。

2. 结束语

频率稳定是确保电力系统稳定运行的主要前提。但在电力系统的不断发展下，系统的频率特性变得越发复杂，在国内外出现多起事故，其中都与频率有着不可分割的关系。在本文当中我们也针对电力系统中频率问题应对方法的调频方式做了简要的分析，希望能够为电力系统的稳定运行提供更好的参考。而为了对整个系统频率变化进行更好的掌握，在本文当中我们结合了相关监测方法对机组频率性能进行监测，确保整个电力系统更好的为社会提供可靠的服务。       

参考文献     

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