调频和调压问题探讨

朱雪凌 刘雪枫

摘要：为了更好地了解调压和调频的相关问题，从三个方面比较分析了调频和调压的异同点，能够更好地掌握调频和调压重点和难点，达到事半功倍的效果。

关键词：《电力系统稳态分析》;调压和调频;相同点;不同点

《电力系统稳态分析》是电气工程及其自动化专业的一门专业课，第五章和第六章内容分别是“电力系统的有功功率和频率调整”及“电力系统的无功功率和电压调整”，这两章内容虽然是关于电能质量两个不同指标“电压和频率”的相关内容，但有很多相似的部分，通过分析对比它们的异同点，可以更好地掌握这两章内容。

这两章都包括三部分内容，即功率平衡、功率的最优分配、调频和调压，下面就从这三个方面来逐一阐述。

一、功率平衡

1、相同点

由于频率主要和有功功率有关，当有功功率平衡时，频率保持恒定，电压主要和无功功率有关，当无功功率平衡时，电压保持恒定，所以这两章的第一个问题都是关于功率的平衡问题，前者是关于有功功率平衡的问题，后者是关于无功功率平衡问题。不管是有功功率的平衡還是无功功率的平衡，都是电源功率平衡于负荷、损耗和厂用电功率之和，除此之外还要多一部分功率作为备用容量。

2、不同点

不同之一是关于备用容量。有功功率的备用容量大，用途也比较广泛，按照作用不同，有功功率备用容量可以分为负荷备用（以热备用的形式存在）、事故备用（视事故大小可以以热备用或冷备用形式存在）、检修备用（视需要而设，不是必须的）和国民经济备用。而无功功率备用容量没有具体体现用在什么地方，只需要取最大无功功率负荷的7%～8%即可。

不同之二是关于电源的种类。发电机即可以发出有功功率又可以发出无功功率，所以发电机即是有功功率电源又是无功功率电源，而有功功率电源只有发电机一种形式。在功率传输的过程中，会在电力网即变压器和线路中产生损耗，变压器的无功功率损耗由绕组中的漏抗和励磁支路的电纳产生的感性无功功率两部分组成，一台变压器在额定负荷下无功功率损耗为其额定容量的百分之十几，电力网往往都是多电压网络，有多台变压器，无功功率损耗相当可观，由于变压器电阻远小于电抗、电导远小于电纳，有功功率损耗要小得多。电力线路上的无功功率损耗也是由两部分组成，分别是由磁场决定的电抗和由电场决定的电纳消耗的无功功率，值得注意的是电抗和电纳消耗的无功功率分别为感性和容性。综上，由于无功功率损耗较大，无功功率电源仅仅靠发电机是远远不够的，所以又有了电容器和调相机、静止补偿器和静止调相机等无功电源，这是和有功电源不同的地方，无功功率电源的种类比较多。

二、功率的最优分配

1、相同点

调频和调压的问题本质上就是调整有功功率和无功功率，在调整功率之前的首要问题就是功率的最优分配，所以这两章的第二个问题都是关于功率的最优分配，而且都包含电源和负荷两部分内容，前者是有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配，后者是无功功率电源的最优分配和无功功率负荷的最优补偿。

2、不同点

不同点之一为问题复杂性的对象，有功功率是电源、无功功率是负荷。有功功率电源的最优组合是一个比较复杂的问题，包括机组最优组合的顺序、数量和开停机时间，所以复杂问题简单化，只要了解各类发电厂的运行特点，进而掌握它们在丰水期和枯水期的合理组合。而无功功率负荷的最优补偿问题的数学分析比较困难，它包括最优补偿容量的确定、设备的选择和顺序的选择，解决的方法也简化为求解在某节点补偿无功功率后节约的费用和消耗的费用差的最大值，结论为最优网损微增率准则。

不同点之二为解决目标最优的对象，有功功率是负荷，无功功率是电源。有功功率负荷的最优分配和无功功率电源的最优分配的问题都是在满足一定的等约束条件和不等约束条件的情况下，如何使得目标函数最优，数学上最优问题就是求极值，解决的方法就是对变量求导，让导数等于零得出结论。但是这两个问题不能直接对目标函数求导，因为它们的目标函数是满足一定条件的目标函数，需要重新建立一个包含目标函数和等约束条件的一个新的函数，再按照前面介绍对变量求导并等于零，至于不等约束条件得出结论后再去校核。有功功率负荷最优分配的目标是煤耗量最小，得出的结论是等耗量微增率准则，如果考虑网损再加上网损修正系数，如果考虑水电厂再加上水煤换算系数;无功功率电源最优分配的目标是有功功率损耗最小，得出的结论是等网损微增率准则。

三、调频和调压

1、相同点

当有功功率负荷发生变化时，频率发生偏移，需要进行调频，同样当无功功率负荷发生变化时，电压发生偏移，需要进行调压。它们的共同点都是需要根据负荷的变化把负荷进行分类。

2、不同点

不同点之一，调频和调压针对的负荷变化情况不同。根据负荷变化周期的长短和幅度的大小，把负荷分为三种。第一种负荷变化周期短、幅度小;第二种负荷变化周期长、幅度大;第三种负荷变化周期最长、幅度最大，是由于生产、生活和气象等发生变化引起的负荷变动。调频针对的是第一种和第二种负荷变化，分别称为“一次调频”和“二次调频”;我们经常所说的调压是针对第三种负荷，而对于第二种负荷引起的电压波动也会采取相应的措施。

不同点之二，调频为集中调整，电压为分散调整。不考虑频率的暂态过程的话整个系统的频率都一样，所以调频的手段也比较集中，不管是“一次调频”和“二次调频”都是通过改变发电机的有功功率来实现频率的调整的。电压和频率不同，严格来说，任何两点的电压都不同，但我们也不可能调整所有点的电压，而是调整电压中枢点的电压，综上，调压的手段也比较分散，电力系统的四类原件发电机、变压器、线路和负荷都可以调压，根据不同的情况可以分别采取通过改变发电机端电压调压、改变变压器分接头调压、改善线路参数调压以及在负荷侧通过补偿设备调压。

四、总结

综上，从功率平衡、功率的最优分配、调频和调压三个方面全面分析了调频和调压的不同点和相同点，把调频和调压两个问题看成一个问题来分析和比较，达到既了解总体又了解细节的效果。

参考文献

[1]陈珩.电力系统稳态分析[M].中国电力出版社，2007.

[2]査丛梅.电力系统分析[M].中国电力出版社，2013.