恒定頻率控制

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調(diào)整發(fā)電功率進(jìn)行頻率調(diào)整，即頻率的三次調(diào)整控制。而電力系統(tǒng)頻率控制與有功功率控制密切相關(guān)，其實(shí)質(zhì)就是當(dāng)系統(tǒng)機(jī)組輸入功率與負(fù)荷功率失去平衡而使頻率偏離額定值時(shí)，控制系統(tǒng)必須調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，以保證電力系統(tǒng)頻率的偏移在允許范圍之內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)頻率控制，系統(tǒng)中需要有足夠的備用容量來(lái)應(yīng)對(duì)計(jì)劃外負(fù)荷的變動(dòng)，而且還須具有一定的調(diào)整速度以適應(yīng)負(fù)荷的變化。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)頻率控制的研究主要有兩方面的任務(wù)：①分析和研究系統(tǒng)中各種因素對(duì)系統(tǒng)頻率的影響，如發(fā)電機(jī)出力、其本身的特性及相應(yīng)的調(diào)速裝置、負(fù)荷波動(dòng)和旋轉(zhuǎn)備用容量等，從而可以準(zhǔn)確地尋找有效進(jìn)行調(diào)頻的切入點(diǎn)。②建立頻率控制模型，即在某一特定的系統(tǒng)條件下，選擇恰當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)和負(fù)荷模型(在互聯(lián)系統(tǒng)中還應(yīng)考慮多系統(tǒng)互聯(lián)的模型)，并采用最優(yōu)算法確定模型參數(shù)，在維持系統(tǒng)頻率在給定水平的同時(shí)，考慮機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配和保持電鐘的準(zhǔn)確性。根據(jù) GB/T 15945-1995，我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率fN為 50Hz，電力系統(tǒng)正常頻率允許偏差為±0.2Hz（該標(biāo)準(zhǔn)適用于電力系統(tǒng)，但不適用于電氣設(shè)備中的頻率允許偏差），系統(tǒng)容量較小時(shí)可放寬到±0.5Hz[1]。

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一次調(diào)頻是指當(dāng)電力系統(tǒng)頻率偏離目標(biāo)頻率時(shí)，發(fā)電機(jī)組通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)反應(yīng)，調(diào)整有功出力以維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。一次調(diào)頻的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，但是只能做到有差控制。

二次調(diào)頻，也稱為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC），是指發(fā)電機(jī)組提供足夠的可調(diào)整容量及一定的調(diào)節(jié)速率，在允許的調(diào)節(jié)偏差下實(shí)時(shí)跟蹤頻率，以滿足系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。二次調(diào)頻可以做到頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)，且能夠?qū)β?lián)絡(luò)線功率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。

三次調(diào)頻的實(shí)質(zhì)是完成在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度，其目的是在滿足電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和系統(tǒng)安全的前提下合理利用能源和設(shè)備，以最低的發(fā)電成本或費(fèi)用獲得更多的、優(yōu)質(zhì)的電能。

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恒定頻率控制電力系統(tǒng)頻率控制的必要性

（1）頻率對(duì)電力用戶的影響：

1)電力系統(tǒng)頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，出現(xiàn)次 品和廢品。

2)電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備 的準(zhǔn)確性和性能，頻率過(guò)低時(shí)有些設(shè)備甚至無(wú)法工作。

3)電力系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo) 致其所帶動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響電力用戶設(shè)備的正常運(yùn)行。

（2）頻率對(duì)電力系統(tǒng)的影響：

1)頻率下降時(shí)，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)會(huì)變大。

2)頻率下降到47-48Hz時(shí)，火電廠由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)(如送風(fēng)機(jī))的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降。不能及時(shí)制止，出現(xiàn)頻率雪崩會(huì)造成大面積停電，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。

3)發(fā)電廠的廠用機(jī)械多使用異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)功率降低，影響電廠正常運(yùn)行。

4)電力系統(tǒng)頻率下降時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使無(wú)功消耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降。

恒定頻率控制電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性

（1）維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)：

電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的所有發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷消耗(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來(lái)維持的。但是電力系統(tǒng)的負(fù)荷是時(shí)刻變化的，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化。為了保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)，就是要及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組有功功率。

（2）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：

當(dāng)系統(tǒng)頻率在額定值附近時(shí)，雖然頻率滿足要求，但沒(méi)有說(shuō)明哪些機(jī)組參與并聯(lián)運(yùn)行，并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組各應(yīng)該發(fā)多少有功功率。電力系統(tǒng)有功功率控制的任務(wù)之一就是要解決這個(gè)問(wèn)題。這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題。

（3）保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行：

電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，已經(jīng)出現(xiàn)了將幾個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)在一起組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，有的聯(lián)合電力系統(tǒng)實(shí)行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的電功率和電量按事先約定的協(xié)議進(jìn)行。這時(shí)電力系統(tǒng)有功功率控制要對(duì)不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線上通過(guò)的功率和電量實(shí)行控制。

頻率控制，又稱頻率調(diào)整，是使輸出信號(hào)頻率與給定頻率保持確定關(guān)系的自動(dòng)控制方法。頻率控制是電力系統(tǒng)中維持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的主要方法是調(diào)整發(fā)電功率和進(jìn)行負(fù)荷管理。按照調(diào)整范圍和調(diào)節(jié)能力的不同，頻率調(diào)整可分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻。電力系統(tǒng)頻率調(diào)整也是電力市場(chǎng)的重要組成部分。

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頻率控制可采用以下兩種措施：

（1）正常運(yùn)行時(shí)，采用自動(dòng)頻率控制(AFC)或自動(dòng)發(fā)電控制AGC)，其主要是在負(fù)荷緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，以保持頻率恒定，保持系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)線上的功率小于規(guī)定值，同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率時(shí)，還要考慮按最優(yōu)經(jīng)濟(jì)原則分配機(jī)組出力。

（2）緊急狀態(tài)下頻率控制，在系統(tǒng)中有功功率出現(xiàn)大擾動(dòng)，頻率出現(xiàn)大偏差時(shí)，盡快恢復(fù)頻率至正常值，以保證電力系統(tǒng)的安全。

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恒定頻率控制三次調(diào)頻的概念

頻率的三次調(diào)整指各發(fā)電廠執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)度預(yù)先下達(dá)的發(fā)電計(jì)劃，定時(shí)調(diào)控發(fā)電機(jī)的有功出力，和在非預(yù)計(jì)的負(fù)荷變化經(jīng)一次調(diào)整和二次調(diào)整積累到一定程度時(shí)，重新按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則分配各發(fā)電廠的有功出力。

恒定頻率控制三次調(diào)頻的原理

各發(fā)電廠按預(yù)先給定的負(fù)荷發(fā)電，這種給定的負(fù)荷是按經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)化的原則獲得的。這里只講電力系統(tǒng)有功功率的經(jīng)濟(jì)分配。電力系統(tǒng)中有功負(fù)荷合理分配的目標(biāo)是在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的一次能源。

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恒定頻率控制一次調(diào)頻的概念

系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)都裝有調(diào)速器，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)導(dǎo)致頻率變化時(shí)，調(diào)速器能感知發(fā)電機(jī)頻率的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥開(kāi)度或?qū)~的開(kāi)度，改變發(fā)電機(jī)的有功出力，力求系統(tǒng)功率平衡。

一次調(diào)頻中原動(dòng)機(jī)的作用為：當(dāng)原動(dòng)機(jī)配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速器隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化不斷改變進(jìn)汽量或進(jìn)水量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過(guò)渡。

需注意的是：

（1）頻率的一次調(diào)整是有限的，其只限于周期短、幅度小、頻率高的隨機(jī)負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移(負(fù)荷的變化周期在10s內(nèi))。

（2）頻率的一次調(diào)整是所有發(fā)電機(jī)組都可以參加的調(diào)頻任務(wù)。

恒定頻率控制一次調(diào)頻的原理

如圖1所示

，

（1）原始運(yùn)行點(diǎn)在O點(diǎn)；

（2）在負(fù)荷突然增加，發(fā)電機(jī)組的出力不能及時(shí)跟上機(jī)組將 減速，系統(tǒng)的頻率將下降。

（3）在系統(tǒng)頻率下降的同時(shí)，發(fā)電機(jī)組的功率將調(diào)速器的一 次調(diào)整作用而增大(OB')，負(fù)荷功率也因本身的調(diào)節(jié) 效應(yīng)而減少(B’A’)，經(jīng)過(guò)衰減振蕩過(guò)程，達(dá)到新的平 衡點(diǎn)O’。

(4)實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)。

在感應(yīng)電機(jī)I（M）的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）中,為了提高定子磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性,引入一種結(jié)合常規(guī)電壓模型法和電流模型法優(yōu)點(diǎn)的混合定子磁鏈觀測(cè)模型代替常用的電壓模型來(lái)觀測(cè)磁鏈。針對(duì)傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)表-滯環(huán)DTC中開(kāi)關(guān)頻率變化大和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的缺點(diǎn),提出一種具有恒定開(kāi)關(guān)頻率控制的DTC策略,使其在定子磁鏈旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi),利用空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)合成電壓矢量,以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確補(bǔ)償當(dāng)前定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩誤差,從而有效降低了電機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流畸變。最后,通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。

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恒定頻率控制二次調(diào)頻的概念

自動(dòng)或手動(dòng)操作調(diào)頻器，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)導(dǎo)致頻率變化時(shí)，使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平衡地移動(dòng)，從而使負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移縮小在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

需注意的是：

（1）二次調(diào)頻適用于調(diào)整負(fù)荷變化周期長(zhǎng)、變化幅度大、頻率較低的脈沖負(fù)荷。(沖擊性、間隙性負(fù)荷)(變化周期10s-3分鐘)

（2）二次調(diào)頻的作用較一次調(diào)頻作用大，提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，縮小頻率偏差。二次調(diào)頻是調(diào)頻的重要手段。

（3）二次調(diào)整不是系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組都參加，一般由系統(tǒng)中較少的電廠承擔(dān)，承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)的電廠稱為調(diào)頻廠，調(diào)頻廠可以分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。主調(diào)頻廠調(diào)節(jié)后，若頻率還不能恢復(fù)正常時(shí)，啟用輔助調(diào)頻廠，而非調(diào)頻廠只能按分配的負(fù)荷發(fā)電。

（4）當(dāng)調(diào)頻廠不位于負(fù)荷中心時(shí)，在調(diào)頻同時(shí)，還應(yīng)考慮控制調(diào)頻廠與系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡(luò)線上流通的功率不要超過(guò)允許值。

恒定頻率控制二次調(diào)頻的原理

如圖2所示

，

（1）運(yùn)行點(diǎn)O-O'-O''；

（2）二次調(diào)頻分為三部分：

1)由于調(diào)速器的作用而增大發(fā)電機(jī)組的功率；

2)因負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的功率；

3)由于二次調(diào)整發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率；

（3）可以實(shí)現(xiàn)是無(wú)差調(diào)節(jié)。

LTC1874是一款雙恒定頻率電流模式步降型DC/DC控制器，具有出色的AC和DC負(fù)載及線性調(diào)節(jié)功能，每個(gè)控制器都帶有精確的欠電壓鎖定功能，當(dāng)輸入電壓低于2.0V時(shí)，可關(guān)斷各個(gè)控制器

LTC1874是一款雙恒定頻率電流模式步降型DC/DC控制器，具有出色的AC和DC負(fù)載及線性調(diào)節(jié)功能，每個(gè)控制器都帶有精確的欠電壓鎖定功能，當(dāng)輸入電壓低于2.0V時(shí)，可關(guān)斷各個(gè)控制器。

LTC1874每個(gè)控制器的輸出電壓精度可達(dá)±2.5%，消耗的靜態(tài)電流僅為270μA。該產(chǎn)品采用突發(fā)模式(BurstMode)工作，可在較低的輸出電流下提高效率。

為最大限度地提高電池壽命，每個(gè)外部P溝道MOSFET的漏極可持續(xù)工作(100%占空比)。在關(guān)斷狀態(tài)下，每個(gè)控制器消耗的電流僅為8μA。其550kHz的高恒定運(yùn)行頻率可允許使用小型外部感應(yīng)器。

該產(chǎn)品其它特性如下：高效，達(dá)94%；寬VIN范圍，2.5V至9.8V；低輸出電壓，0.8V；每個(gè)控制器具有分立的關(guān)斷引腳。LTC1874采用小型16引腳窄SSOP封裝。適用于蜂窩電話、個(gè)人信息設(shè)備及便攜式計(jì)算機(jī) 。2100433B

轉(zhuǎn)速頻率控制(speed control with frequency signal)是指采用給定頻率和轉(zhuǎn)速反饋頻率實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速控制的技術(shù)，轉(zhuǎn)速頻率控制的給定頻率，可由石英晶體振蕩器及頻率合成技術(shù)得到，可達(dá)到很高精度，轉(zhuǎn)速反饋頻率可由轉(zhuǎn)速脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，其轉(zhuǎn)速脈沖變換具有硬性比例，不受溫度、電網(wǎng)電壓等外界因素的影響，無(wú)漂移。它比用測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速模擬控制有更高的穩(wěn)速精度。轉(zhuǎn)速頻率控制大致可分為頻率電壓變換器系統(tǒng)、比周系統(tǒng)、差頻系統(tǒng)和監(jiān)相系統(tǒng)四種控制 。

圖1所示為這種穩(wěn)速系統(tǒng)的原理圖。給定頻率和轉(zhuǎn)速反饋頻率都先通過(guò)頻率電壓變換器(f/N)變換成電壓信號(hào)，再輸入調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。由于兩個(gè)頻率電壓變換器的漂移在一定程度上可以互相補(bǔ)償，其穩(wěn)速精度略高于用測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋的模擬控制，一般可達(dá)0.1%。常用的頻率電壓變換器有飽和變壓器、電容充放電電路、計(jì)數(shù)限幅電路等 。

將鎖相技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)的速度控制上，可以得到轉(zhuǎn)速頻率控制中精度最高的一種穩(wěn)速系統(tǒng)，只要反饋脈沖與給定脈沖的相位鎖定，系統(tǒng)的精度就不會(huì)低于10。圖4為具有鎖相環(huán)的監(jiān)相穩(wěn)速系統(tǒng)原理圖。鑒相器(一種相位頻率比較裝置)采用MC4044電路，其輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器后加至電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)反饋信號(hào)與輸入?yún)⒖夹盘?hào)鎖定時(shí)，兩者具有相同的頻率，且有恒定的相位差。如果相位差偏離了給定的值，甚至有頗率差，則通過(guò)鑒相器可以將偏差檢測(cè)出來(lái)，輸出一誤差信號(hào)，經(jīng)低通濾波器和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣使反饋信號(hào)與參考信號(hào)的頻率相一致并具有一定的相位差，這時(shí)電動(dòng)機(jī)被鎖定在給定的速度值上。鑒相系統(tǒng)雖然精度很高，但適應(yīng)沖擊擾動(dòng)的能力差，故一般適用于負(fù)載平穩(wěn)的精密機(jī)械的穩(wěn)速控制 。

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