調頻和調壓問題探討

朱雪凌 劉雪楓

摘要：為了更好地了解調壓和調頻的相關問題，從三個方面比較分析了調頻和調壓的異同點，能夠更好地掌握調頻和調壓重點和難點，達到事半功倍的效果。

關鍵詞：《電力系統穩態分析》;調壓和調頻;相同點;不同點

《電力系統穩態分析》是電氣工程及其自動化專業的一門專業課，第五章和第六章內容分別是“電力系統的有功功率和頻率調整”及“電力系統的無功功率和電壓調整”，這兩章內容雖然是關于電能質量兩個不同指標“電壓和頻率”的相關內容，但有很多相似的部分，通過分析對比它們的異同點，可以更好地掌握這兩章內容。

這兩章都包括三部分內容，即功率平衡、功率的最優分配、調頻和調壓，下面就從這三個方面來逐一闡述。

一、功率平衡

1、相同點

由于頻率主要和有功功率有關，當有功功率平衡時，頻率保持恒定，電壓主要和無功功率有關，當無功功率平衡時，電壓保持恒定，所以這兩章的第一個問題都是關于功率的平衡問題，前者是關于有功功率平衡的問題，后者是關于無功功率平衡問題。不管是有功功率的平衡還是無功功率的平衡，都是電源功率平衡于負荷、損耗和廠用電功率之和，除此之外還要多一部分功率作為備用容量。

2、不同點

不同之一是關于備用容量。有功功率的備用容量大，用途也比較廣泛，按照作用不同，有功功率備用容量可以分為負荷備用（以熱備用的形式存在）、事故備用（視事故大小可以以熱備用或冷備用形式存在）、檢修備用（視需要而設，不是必須的）和國民經濟備用。而無功功率備用容量沒有具體體現用在什么地方，只需要取最大無功功率負荷的7%～8%即可。

不同之二是關于電源的種類。發電機即可以發出有功功率又可以發出無功功率，所以發電機即是有功功率電源又是無功功率電源，而有功功率電源只有發電機一種形式。在功率傳輸的過程中，會在電力網即變壓器和線路中產生損耗，變壓器的無功功率損耗由繞組中的漏抗和勵磁支路的電納產生的感性無功功率兩部分組成，一臺變壓器在額定負荷下無功功率損耗為其額定容量的百分之十幾，電力網往往都是多電壓網絡，有多臺變壓器，無功功率損耗相當可觀，由于變壓器電阻遠小于電抗、電導遠小于電納，有功功率損耗要小得多。電力線路上的無功功率損耗也是由兩部分組成，分別是由磁場決定的電抗和由電場決定的電納消耗的無功功率，值得注意的是電抗和電納消耗的無功功率分別為感性和容性。綜上，由于無功功率損耗較大，無功功率電源僅僅靠發電機是遠遠不夠的，所以又有了電容器和調相機、靜止補償器和靜止調相機等無功電源，這是和有功電源不同的地方，無功功率電源的種類比較多。

二、功率的最優分配

1、相同點

調頻和調壓的問題本質上就是調整有功功率和無功功率，在調整功率之前的首要問題就是功率的最優分配，所以這兩章的第二個問題都是關于功率的最優分配，而且都包含電源和負荷兩部分內容，前者是有功功率電源的最優組合和有功功率負荷的最優分配，后者是無功功率電源的最優分配和無功功率負荷的最優補償。

2、不同點

不同點之一為問題復雜性的對象，有功功率是電源、無功功率是負荷。有功功率電源的最優組合是一個比較復雜的問題，包括機組最優組合的順序、數量和開停機時間，所以復雜問題簡單化，只要了解各類發電廠的運行特點，進而掌握它們在豐水期和枯水期的合理組合。而無功功率負荷的最優補償問題的數學分析比較困難，它包括最優補償容量的確定、設備的選擇和順序的選擇，解決的方法也簡化為求解在某節點補償無功功率后節約的費用和消耗的費用差的最大值，結論為最優網損微增率準則。

不同點之二為解決目標最優的對象，有功功率是負荷，無功功率是電源。有功功率負荷的最優分配和無功功率電源的最優分配的問題都是在滿足一定的等約束條件和不等約束條件的情況下，如何使得目標函數最優，數學上最優問題就是求極值，解決的方法就是對變量求導，讓導數等于零得出結論。但是這兩個問題不能直接對目標函數求導，因為它們的目標函數是滿足一定條件的目標函數，需要重新建立一個包含目標函數和等約束條件的一個新的函數，再按照前面介紹對變量求導并等于零，至于不等約束條件得出結論后再去校核。有功功率負荷最優分配的目標是煤耗量最小，得出的結論是等耗量微增率準則，如果考慮網損再加上網損修正系數，如果考慮水電廠再加上水煤換算系數;無功功率電源最優分配的目標是有功功率損耗最小，得出的結論是等網損微增率準則。

三、調頻和調壓

1、相同點

當有功功率負荷發生變化時，頻率發生偏移，需要進行調頻，同樣當無功功率負荷發生變化時，電壓發生偏移，需要進行調壓。它們的共同點都是需要根據負荷的變化把負荷進行分類。

2、不同點

不同點之一，調頻和調壓針對的負荷變化情況不同。根據負荷變化周期的長短和幅度的大小，把負荷分為三種。第一種負荷變化周期短、幅度小;第二種負荷變化周期長、幅度大;第三種負荷變化周期最長、幅度最大，是由于生產、生活和氣象等發生變化引起的負荷變動。調頻針對的是第一種和第二種負荷變化，分別稱為“一次調頻”和“二次調頻”;我們經常所說的調壓是針對第三種負荷，而對于第二種負荷引起的電壓波動也會采取相應的措施。

不同點之二，調頻為集中調整，電壓為分散調整。不考慮頻率的暫態過程的話整個系統的頻率都一樣，所以調頻的手段也比較集中，不管是“一次調頻”和“二次調頻”都是通過改變發電機的有功功率來實現頻率的調整的。電壓和頻率不同，嚴格來說，任何兩點的電壓都不同，但我們也不可能調整所有點的電壓，而是調整電壓中樞點的電壓，綜上，調壓的手段也比較分散，電力系統的四類原件發電機、變壓器、線路和負荷都可以調壓，根據不同的情況可以分別采取通過改變發電機端電壓調壓、改變變壓器分接頭調壓、改善線路參數調壓以及在負荷側通過補償設備調壓。

四、總結

綜上，從功率平衡、功率的最優分配、調頻和調壓三個方面全面分析了調頻和調壓的不同點和相同點，把調頻和調壓兩個問題看成一個問題來分析和比較，達到既了解總體又了解細節的效果。

參考文獻

[1]陳珩.電力系統穩態分析[M].中國電力出版社，2007.

[2]査叢梅.電力系統分析[M].中國電力出版社，2013.