恒定頻率控制基本任務和要求

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調整發(fā)電功率進行頻率調整，即頻率的三次調整控制。而電力系統(tǒng)頻率控制與有功功率控制密切相關，其實質就是當系統(tǒng)機組輸入功率與負荷功率失去平衡而使頻率偏離額定值時，控制系統(tǒng)必須調節(jié)機組的出力，以保證電力系統(tǒng)頻率的偏移在允許范圍之內。為了實現(xiàn)頻率控制，系統(tǒng)中需要有足夠的備用容量來應對計劃外負荷的變動，而且還須具有一定的調整速度以適應負荷的變化。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)頻率控制的研究主要有兩方面的任務：①分析和研究系統(tǒng)中各種因素對系統(tǒng)頻率的影響，如發(fā)電機出力、其本身的特性及相應的調速裝置、負荷波動和旋轉備用容量等，從而可以準確地尋找有效進行調頻的切入點。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?shù)陌l(fā)電機和負荷模型(在互聯(lián)系統(tǒng)中還應考慮多系統(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，考慮機組負荷的經(jīng)濟分配和保持電鐘的準確性。根據(jù) GB/T 15945-1995，我國電力系統(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（該標準適用于電力系統(tǒng)，但不適用于電氣設備中的頻率允許偏差），系統(tǒng)容量較小時可放寬到±0.5Hz[1]。

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恒定頻率控制電力系統(tǒng)頻率控制的必要性

（1）頻率對電力用戶的影響：

1)電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉速變化，出現(xiàn)次 品和廢品。

2)電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設備 的準確性和性能，頻率過低時有些設備甚至無法工作。

3)電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉速和輸出功率降低，導 致其所帶動機械的轉速和出力降低，影響電力用戶設備的正常運行。

（2）頻率對電力系統(tǒng)的影響：

1)頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大。

2)頻率下降到47-48Hz時，火電廠由異步電動機驅動的輔機(如送風機)的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降。不能及時制止，出現(xiàn)頻率雪崩會造成大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。

3)發(fā)電廠的廠用機械多使用異步電動機帶動的，系統(tǒng)頻率降低將使電動機功率降低，影響電廠正常運行。

4)電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使無功消耗增加，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：

電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內并聯(lián)運行的所有發(fā)電機組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內所有負荷消耗(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來維持的。但是電力系統(tǒng)的負荷是時刻變化的，從而導致系統(tǒng)頻率變化。為了保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內，就是要及時調節(jié)系統(tǒng)內并聯(lián)運行機組有功功率。

（2）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性：

當系統(tǒng)頻率在額定值附近時，雖然頻率滿足要求，但沒有說明哪些機組參與并聯(lián)運行，并聯(lián)運行的機組各應該發(fā)多少有功功率。電力系統(tǒng)有功功率控制的任務之一就是要解決這個問題。這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度問題。

（3）保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調運行：

電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地擴大，已經(jīng)出現(xiàn)了將幾個區(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)議進行。這時電力系統(tǒng)有功功率控制要對不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡線上通過的功率和電量實行控制。

頻率控制，又稱頻率調整，是使輸出信號頻率與給定頻率保持確定關系的自動控制方法。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)頻率調整的主要方法是調整發(fā)電功率和進行負荷管理。按照調整范圍和調節(jié)能力的不同，頻率調整可分為一次調頻、二次調頻和三次調頻。電力系統(tǒng)頻率調整也是電力市場的重要組成部分。

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一次調頻是指當電力系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時，發(fā)電機組通過調速系統(tǒng)的自動反應，調整有功出力以維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。一次調頻的特點是響應速度快，但是只能做到有差控制。

二次調頻，也稱為自動發(fā)電控制（AGC），是指發(fā)電機組提供足夠的可調整容量及一定的調節(jié)速率，在允許的調節(jié)偏差下實時跟蹤頻率，以滿足系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。二次調頻可以做到頻率的無差調節(jié)，且能夠對聯(lián)絡線功率進行監(jiān)視和調整。

三次調頻的實質是完成在線經(jīng)濟調度，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備，以最低的發(fā)電成本或費用獲得更多的、優(yōu)質的電能。

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頻率控制可采用以下兩種措施：

（1）正常運行時，采用自動頻率控制(AFC)或自動發(fā)電控制AGC)，其主要是在負荷緩慢變化時，調節(jié)發(fā)電機的輸出功率，以保持頻率恒定，保持系統(tǒng)中聯(lián)絡線上的功率小于規(guī)定值，同時調節(jié)發(fā)電機功率時，還要考慮按最優(yōu)經(jīng)濟原則分配機組出力。

（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，頻率出現(xiàn)大偏差時，盡快恢復頻率至正常值，以保證電力系統(tǒng)的安全。

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恒定頻率控制一次調頻的概念

系統(tǒng)中所有的發(fā)電機都裝有調速器，當負荷變動導致頻率變化時，調速器能感知發(fā)電機頻率的變化，自動調節(jié)進汽閥開度或導水葉的開度，改變發(fā)電機的有功出力，力求系統(tǒng)功率平衡。

一次調頻中原動機的作用為：當原動機配置自動調速系統(tǒng)，它的調速器隨機組轉速的變化不斷改變進汽量或進水量，使原動機的運行點不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡。

需注意的是：

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

（2）頻率的一次調整是所有發(fā)電機組都可以參加的調頻任務。

恒定頻率控制一次調頻的原理

如圖1所示

，

（1）原始運行點在O點；

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

（3）在系統(tǒng)頻率下降的同時，發(fā)電機組的功率將調速器的一 次調整作用而增大(OB')，負荷功率也因本身的調節(jié) 效應而減少(B’A’)，經(jīng)過衰減振蕩過程，達到新的平 衡點O’。

(4)實現(xiàn)有差調節(jié)。

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恒定頻率控制二次調頻的概念

自動或手動操作調頻器，當負荷變動導致頻率變化時，使發(fā)電機組的頻率特性平衡地移動，從而使負荷變動引起的頻率偏移縮小在允許的波動范圍內。

需注意的是：

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

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

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

（4）當調頻廠不位于負荷中心時，在調頻同時，還應考慮控制調頻廠與系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡線上流通的功率不要超過允許值。

恒定頻率控制二次調頻的原理

如圖2所示

，

（1）運行點O-O'-O''；

（2）二次調頻分為三部分：

1)由于調速器的作用而增大發(fā)電機組的功率；

2)因負荷本身的調節(jié)效應而減少的功率；

3)由于二次調整發(fā)電機增發(fā)的功率；

（3）可以實現(xiàn)是無差調節(jié)。

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恒定頻率控制三次調頻的概念

頻率的三次調整指各發(fā)電廠執(zhí)行系統(tǒng)調度預先下達的發(fā)電計劃，定時調控發(fā)電機的有功出力，和在非預計的負荷變化經(jīng)一次調整和二次調整積累到一定程度時，重新按經(jīng)濟調度原則分配各發(fā)電廠的有功出力。

恒定頻率控制三次調頻的原理

各發(fā)電廠按預先給定的負荷發(fā)電，這種給定的負荷是按經(jīng)濟調度最優(yōu)化的原則獲得的。這里只講電力系統(tǒng)有功功率的經(jīng)濟分配。電力系統(tǒng)中有功負荷合理分配的目標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。

在感應電機I（M）的直接轉矩控制（DTC）中,為了提高定子磁鏈觀測的準確性,引入一種結合常規(guī)電壓模型法和電流模型法優(yōu)點的混合定子磁鏈觀測模型代替常用的電壓模型來觀測磁鏈。針對傳統(tǒng)開關表-滯環(huán)DTC中開關頻率變化大和轉矩脈動大的缺點,提出一種具有恒定開關頻率控制的DTC策略,使其在定子磁鏈旋轉坐標系內,利用空間電壓矢量調制技術合成電壓矢量,以實時準確補償當前定子磁鏈與轉矩誤差,從而有效降低了電機運行中的轉矩脈動和電流畸變。最后,通過仿真和實驗驗證了方案的可行性。

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負載及線性調節(jié)功能，每個控制器都帶有精確的欠電壓鎖定功能，當輸入電壓低于2.0V時，可關斷各個控制器

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負載及線性調節(jié)功能，每個控制器都帶有精確的欠電壓鎖定功能，當輸入電壓低于2.0V時，可關斷各個控制器。

LTC1874每個控制器的輸出電壓精度可達±2.5%，消耗的靜態(tài)電流僅為270μA。該產品采用突發(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，每個外部P溝道MOSFET的漏極可持續(xù)工作(100%占空比)。在關斷狀態(tài)下，每個控制器消耗的電流僅為8μA。其550kHz的高恒定運行頻率可允許使用小型外部感應器。

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

轉速頻率控制(speed control with frequency signal)是指采用給定頻率和轉速反饋頻率實現(xiàn)電動機穩(wěn)速控制的技術，轉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得到，可達到很高精度，轉速反饋頻率可由轉速脈沖發(fā)生器產生，其轉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，無漂移。它比用測速發(fā)電機反饋的轉速模擬控制有更高的穩(wěn)速精度。轉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。給定頻率和轉速反饋頻率都先通過頻率電壓變換器(f/N)變換成電壓信號，再輸入調節(jié)器對電動機轉速進行控制。由于兩個頻率電壓變換器的漂移在一定程度上可以互相補償，其穩(wěn)速精度略高于用測速發(fā)電機反饋的模擬控制，一般可達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、計數(shù)限幅電路等 。

將鎖相技術應用到電動機的速度控制上，可以得到轉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)過低通濾波器后加至電動機驅動電路。當反饋信號與輸入?yún)⒖夹盘栨i定時，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，則通過鑒相器可以將偏差檢測出來，輸出一誤差信號，經(jīng)低通濾波器和電動機驅動電路調節(jié)電動機的轉速，這樣使反饋信號與參考信號的頻率相一致并具有一定的相位差，這時電動機被鎖定在給定的速度值上。鑒相系統(tǒng)雖然精度很高，但適應沖擊擾動的能力差，故一般適用于負載平穩(wěn)的精密機械的穩(wěn)速控制 。

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