頻率特性是指在交流電路中，當輸入電壓的頻率發生變化時，負載阻抗也會發生變化，從而具備不同的幅頻特性和相頻特性，對不同頻率的信號作用不同，這種變化關係就是頻率特性。
基本介紹
- 中文名：頻率特性
- 外文名：frequency characteristic
- 套用：電力系統頻率分析
推導過程,電力系統頻率特性,負荷靜態頻率特性,發電機靜態頻率特性,變頻負荷的套用,
推導過程
在二連線埠RLC串聯電路中，若定義阻抗
則當負載側有另一個阻抗
時，將一組交流電壓加在阻抗兩端，可以得到經過RLC串聯電路後的電壓為
即經過RLC電路後，電壓信號的幅值和相角都發生了變化，當輸入電壓的頻率不同，則相應地，網路的阻抗也不同，對幅值和相角的影響也不同，定義傳遞函式為
將傳遞函式幅值化後，可以表達為
幅值部分和相角部分分別稱為幅頻特性和相頻特性，統稱頻率特性。
電力系統頻率特性
電網運行頻率屬於電能質量眾多基本指標中的一個，同時頻率也能很好的顯示出系統的運行狀態。正常的情況下，系統負荷發生擾動時，那么系統中的線上發電機組的調速系統就開始以自動回響的方式調節發電機組的出力大小,使得整個系統的功率回歸平衡，從而保證系統的頻率偏差在系統運行所運行的正常範圍內。但是，如果系統發生重載的線路開短、子系統解列、大發電機組的跳閘、非常大的負荷擾動等時，系統的功率平衡的狀態遭破壞,依靠正常的調節系統也無法維持系統的功率頻率，那么系統頻率就會出現急劇下降的或者上升，甚至會發生系統崩潰，大片的地方發生停電現象。因此對於現代的大型電力系統的頻率特性以及動態變化過程的特點有必要做深入的了解,而能夠更好的保證電力系統安全穩定運行。
負荷靜態頻率特性
電力系統中的頻率發生變化時，系統中的有功負荷也會隨著頻率變化而變化。這種系統的有功功率負荷與頻率變化之間的特性關係就是負荷的靜態頻率特性。而依據負荷與頻率變化的關係的不同可以把負荷分成下列幾類:
1)和頻率變化無任何關係的負荷，比如電阻爐、照明負荷和整流負荷等;
2)和頻率成正比例關係的負荷，比如壓縮機、卷揚機、球磨機和往復水泵等;
3)和頻率的三次方成正比關係的負荷，比如循環水泵和通風機等;
4)和頻率的高次方成正比關係的負荷。
發電機靜態頻率特性
電機組的輸出功率和頻率之間的變化關係就是發電機組的功率-頻率特性。發電機組的輸出功率的變化主要是由其調速系統通過改變原動機的進汽(或進水量)，從而調整發電機輸入功率的大小以應對負荷的變化需求。發電機的靜態頻率特性主要是由發電機組的單位調節功率表示，稱為發電機組的功頻特性係數KG。
變頻負荷的套用
不同的負荷模型對電力系統的運行、分析有著不同的影響。 常規的負荷模型通常不考慮負荷特性,國內常採用 50% 恆阻抗和 50% 感應電動機模型。這種模型在系統正常運行時不存在問題,但是當系統發生故障,則會出現潮流不收斂或者頻率下降較大等問題,則在進行系統分析時,會出現結果有所偏差。 而採用變頻模型,則是通過改變電機的負阻抗特性減弱其對電網的不利影響。 現代生活中,變頻負荷越來越多,由此看來,研究變頻負荷模型的系統回響特性具有重要的意義。常用的變頻負荷是變頻異步電動機,通常由整流、濾波與再次整流構成。
常用的控制方式為 VVVF 變頻與矢量控制變頻方式。 兩者的原理都是先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源,然後再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供電動機。 不同控制方式的變頻模型其動態特性或可實施性等都有所不同。 因此,在大多數的文獻中主要是通過對變頻負荷模型的控制方式不同來進行研究。 而忽略了通過建立不同的變頻負荷模型來得到更符合實際負荷特性的負荷模型。
當負載增加,採用矢量控制的變頻電動機模型的頻率變化最小,因此,當發生小擾動時,該負荷模型對系統影響最小。而採用動態向量法的變頻電動機模型與不考慮頻率特性的異步電動機模型基本一致。 當發生短路故障時,兩種變頻負荷模型都優於不考慮頻率特性的負荷模型,並且波形結果與實際負荷情況更接近。 變頻負荷模型的頻率下降較少,而不考慮頻率特性是頻率嚴重下降,其中採用動態向量法的模型下降最少。 另外,從電動機的有功功率來看,變頻負荷模型波動較小,其中採用矢量控制的變頻電機模型的波動最小。因此,在發生大擾動時,採用考慮頻率特性的變頻模型更符合實際情況。
