频率与有功功率

在发电机中，旋转的磁场会产生交流电压，频率就是磁场旋转的速度。发电机的转速直接决定了电网频率，两者成正比关系。

在技术上，50Hz和60Hz的频率在一些特定领域具有不同的优势。由于50Hz的发电机转速较低，对机器设备的制造、安装和调试精度要求较低，因此相对成本较低。而60Hz则适用于一些高速旋转设备，例如电动机、风扇等，可以提供更高的输出功率。

至于电网频率的调节，我们国家的交流电频率为50Hz。对于三相交流电系统，通过公式f=p*n/60（其中f为频率，p为磁极对数，n为发电机转速，60表示60秒）可以看出，通过调整磁极对数和发电机转速，我们可以得到所需的电网频率。

值得注意的是，作为发电机原动机的汽轮机，其进汽量的变化只会影响发电机输出功率的转换，即机械能转化为电能，而不会导致转速的提升。当汽轮机进汽量增加时，发电负荷也会相应增加，这时电气专业会通过增加励磁电流来响应(励磁电流变大，磁场变强，线圈切割磁场后产生的电磁功率变大)，这就是他们所说的“加无功”。而在汽机专业看来，负荷的增加则被视为“有功”的增加。

发电机输出的电磁功率会随着负荷功率的变化而变化，而且是制动性质的。原动机转化来的机械能是驱动性质的。如果原动机转化来的机械能大于发电机输出的电磁功率，多余的能量会让发电机加速，反之会让发电机减速。电网频率会随着发电机转速的变化而发生变化，这就是电力系统有功功率和频率关系的本质。

负荷的改变是引起频率变化的主要原因。负荷变化后，发电机制动性质的电磁功率随之变化，但原动机功率来不及变化，导致发电机的加速或减速，从而引起系统频率的变化。

简单地说，一次调频所有发电机都参与，是依靠调速器实现的。实质是根据偏离额定值的转速偏差信号，调节原动机出力维持功率平衡。很显然，必须有转速偏差，调速器才能调节出力，所以一次调频一定是有稳态偏差的，不可能把系统频率调回额定。

如果系统的负荷变化较大导致频率偏差超过允许值，这时候就不能再依赖发电机的一次调频了。电力系统中会预先选择一部分有足够容量、速度，且符合安全和经济原则的电厂进行二次调频，二次调频是依靠调频器（又称同步器）去实现的。二次调频并非依靠直线的斜率，而是通过上下移动发电机的出力特性，直接改变发电机出力。所以，持续增加发电机二次调频的出力，二次调频能够实现无差，系统完全可以回到初始状态的额定频率，负荷的增量被完全满足，系统不存在频率差，同时发电机一次调频出力和负荷频率调整效应对应的功率均被调为零。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s/VNZobpImGLM73V4w9srcUA