電力系統(tǒng)的頻率變化因素都有哪些

1、談?wù)?a target="_blank">電力系統(tǒng)的頻率之爭(zhēng)，也就是50HzVS60Hz

最早的電氣設(shè)備運(yùn)行頻率從140Hz到25Hz甚至更低都有，取決于制造商的標(biāo)準(zhǔn)。比如尼亞加拉大瀑布的水力發(fā)電機(jī)組早期就是運(yùn)行在25Hz的。而后尼古拉特斯拉通過(guò)他自己的計(jì)算認(rèn)為60Hz和240V是電力系統(tǒng)最好的歸宿。他將自己設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)推薦給了西屋電氣公司。最后這一頻率被采納，并在美國(guó)慢慢成為了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然也不能說(shuō)50Hz沒(méi)60Hz有優(yōu)勢(shì)。其實(shí)，50Hz的優(yōu)勢(shì)在于輸電線的分布式電容電感效應(yīng)相對(duì)更小。而在60Hz運(yùn)行條件下的變壓器可以做的更小更輕便，并且燈泡閃爍更快，更不容易被察覺(jué)。但上述這些差別不足以讓某一頻率獲得一邊倒的優(yōu)勢(shì)。

2、電力系統(tǒng)的頻率為什么會(huì)變化？

理論上來(lái)說(shuō)我們是希望系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)電與負(fù)載在毫秒級(jí)別甚至更短的時(shí)間間隔上保持一致，讓電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定在50或是60Hz。但是事實(shí)很殘酷，電力系統(tǒng)的頻率是一直在波動(dòng)的。我們來(lái)從負(fù)載端和發(fā)電端分析為什么會(huì)波動(dòng)：

①負(fù)載端：作為電力用戶，我們一般是無(wú)法精確預(yù)估用戶的固定用電習(xí)慣。另外沒(méi)有系統(tǒng)頻率的實(shí)時(shí)信息。電力用戶也很少會(huì)因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)頻率不穩(wěn)定而突然改變自己的用電方式。所以這也就造就了當(dāng)前的電力系統(tǒng)運(yùn)行原則：發(fā)電根據(jù)負(fù)載變化進(jìn)行調(diào)整。

②發(fā)電端：發(fā)電機(jī)組會(huì)根據(jù)負(fù)載變化而調(diào)整自己的輸出以達(dá)到發(fā)電和負(fù)載的實(shí)時(shí)平衡。但是發(fā)電機(jī)組也會(huì)有“不如人意”的時(shí)候：大型火力，核能和生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組能可能突然出現(xiàn)故障而下網(wǎng)。另外連接發(fā)電機(jī)組的傳輸線可能出現(xiàn)故障，導(dǎo)致機(jī)組突然被隔離開(kāi)來(lái)。以上這些因素會(huì)導(dǎo)致發(fā)電和用電的不可預(yù)測(cè)性，也就使得發(fā)電端發(fā)出的電能可能瞬時(shí)多于或少于用電側(cè)的能耗。

通俗的說(shuō)一下就是：在發(fā)電少了的情況下（比如機(jī)組突然下網(wǎng)或是需求突然增高），系統(tǒng)會(huì)瞬間從同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)能中汲取能量，這就導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速變慢，從而系統(tǒng)頻率隨之下降。在發(fā)電過(guò)多的情況下（比如新能源機(jī)組突然增加發(fā)電或是需求突然減少），系統(tǒng)會(huì)把多余的能量作為常規(guī)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)能進(jìn)行累加，也就導(dǎo)致了轉(zhuǎn)速突然加快以及頻率的上升。所以為了應(yīng)對(duì)以上兩種情況，系統(tǒng)會(huì)提前調(diào)用一些機(jī)組容量以隨時(shí)調(diào)整發(fā)電端輸出。

3、機(jī)組故障后系統(tǒng)頻率怎么變化以及系統(tǒng)的要求

在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，負(fù)載變化是相對(duì)比較容易預(yù)測(cè)而且誤差較小的。但是機(jī)組或是傳輸線的突然故障一般是無(wú)法預(yù)測(cè)的。所以電力系統(tǒng)當(dāng)前的頻率響應(yīng)服務(wù)主要是針對(duì)大型機(jī)組或傳輸線故障問(wèn)題的。

綜上所述，電力系統(tǒng)的頻率變化是多方面因素決定的。小的頻率波動(dòng)可能是由于可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定和負(fù)載變化造成的。大的頻率波動(dòng)則是由于發(fā)電機(jī)組或重要輸電線路的故障造成的。