电力系统频率及其特性(数学模型)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,North China Electric Power University,1,/32,2024/11/18,主要内容,电力系统的频率调节系统及其特性,调节系统的传递函数,调速器,原动机,汽轮机,汽轮发电机组的传递函数,单区域系统,多区域闭环调节系统,电网的频率调节特性,单区域电网的频率特性,多区域电网的频率特性,North China Electric Power University,2,/32,2024/11/18,第三节 电力系统的频率调节系统及其特性,物理系统,数学建模,物理映射,数学分析,1,、调速器,2,、原动机,3,、区域系统,North China Electric Power University,3,/32,2024/11/18,一、调节系统的传递函数,进入原动机的动力元素是由调速器控制的，它是电力系统频率和有功功率调节系统的基本组成部分。,不论汽轮机或者是水轮机，调速器的执行环节都是利用,液压放大原理,控制气门（或者导水叶）的开度，尽管调速器构成各异，但是他们主要部件的方程式的型式是相同的。,North China Electric Power University,4,/32,2024/11/18,只讨论,小偏离,的情况，假定：,1,、系统稳态时的频率为 ，对应的原动机汽阀位置为 ，发电机输出功率为 。,2,、,D,点移动微小距离 ，正比于发生增加功率指令 ，,3,、当,D,点升高时，引起,E,点降低 ，通过错油门作用，使,B,点升高 ，从而原动机的输入功率增加 ，稳态时两者相等。,4,、由于发电机功率增加，使系统频率发生微小变化 ，引起调速器响应，,使,A,点向上移动 ，正比于,。,5,、正方向如图中所标柱。,1、调速器,North China Electric Power University,5,/32,2024/11/18,假定流入油压机的油量与导油阀的位置 成正比,North China Electric Power University,6,/32,2024/11/18,表示了原动机调节量与控制指令信号 及系统频率 间的动态特性,North China Electric Power University,7,/32,2024/11/18,2、原动机汽轮机,气阀位置 的改变会导致进气量的变化，使汽轮机输入功率变动 ，因而引起发电机功率的变化,汽轮机的调节阀门和第一级喷嘴之间有一定的空间，开启,/,关闭气门使进入气门的蒸汽量有所改变，但是这个空间的压力不能立即改变，这样就形成了机械功率滞后于气门开度变化，也就是“汽容影响”。,可以用惯性环节来描述：,对于再热式汽轮机要考虑再热段充气时延,North China Electric Power University,8,/32,2024/11/18,3、原动机水轮机,在水流的稳态情况下，水的流速是一定的。,当迅速关小导向叶片的开度，导管中的水压力会急剧上升；当迅速开大导向叶片的开度，导管中的水压力会急剧下降。这就是水锤现象。,水轮机的功率不能随着开度的变化而有一个时滞,North China Electric Power University,9,/32,2024/11/18,4、汽轮发电机组的传递函数,North China Electric Power University,10,/32,2024/11/18,汽轮机与无限大系统并联运行,发电机的功率变化对系统的频率没有影响,North China Electric Power University,11,/32,2024/11/18,施加一个阶跃变化,发电机稳态输出功率增量 与控制指令 成正比，调节过程不会出现振荡，过程是单调衰减的。,North China Electric Power University,12,/32,2024/11/18,5、单区域系统,在区域,i,内突然有一个负荷变化,1,、发电机组动能提供的功率增量,2,、负荷的频率调节效应引起的负荷功率的变化,3,、联络线上的功率变化,由于调速器的作用，这个区域的频率变化为,发电机输入功率相应地变化了,与 之间不平衡，两者之差由三方面来平衡：,North China Electric Power University,13,/32,2024/11/18,5、单区域系统转子动能提供的功率增量,动能随控制区域等效发电机转速（频率）的平方而变化,North China Electric Power University,14,/32,2024/11/18,5、单区域系统联络线的功率增量,联络线路的功率增量 为控制区域,i,输出的总的有功功率增量，它等于与区域,i,相连的各联络线路中的功率增量之和。,North China Electric Power University,15,/32,2024/11/18,5、单区域系统联络线的功率增量,拉普拉斯变换,North China Electric Power University,16,/32,2024/11/18,5、单区域系统考虑转子动能的功率增量,拉普拉斯变换,North China Electric Power University,17,/32,2024/11/18,5、单区域闭环调节系统,North China Electric Power University,18,/32,2024/11/18,6、多区域闭环调节系统,North China Electric Power University,19,/32,2024/11/18,二、电网的频率调节特性,1,、单区域系统的频率调节特性,2,、多区域系统的频率调节特性,North China Electric Power University,20,/32,2024/11/18,2,、多区域系统的频率调节特性,North China Electric Power University,21,/32,2024/11/18,1、单区域电网的频率特性,在不考虑外加控制功率的前提下，研究单区域电网的频率特性,North China Electric Power University,22,/32,2024/11/18,施加一个阶跃变化,称为系统功率频率特性系数或者称为系统的单位调节功率，它标志了系统负荷增加或者减少时，在原动机调速器调节特性和负荷调节效应共同作用下，系统频率下降或上升的数值。,应用终值定理,North China Electric Power University,23,/32,2024/11/18,North China Electric Power University,24,/32,2024/11/18,例题：书,P150,系统总额定容量,正常运行负荷,惯性常数,调差系数,负荷调节效应系数,当负荷增量为,求 的变化曲线方程,North China Electric Power University,25,/32,2024/11/18,相关参数计算,Kp=1/K,L,=2,Tp=2H/K,L*,=20s,R=4.8/100,North China Electric Power University,26,/32,2024/11/18,程序,Matlab程序,Kp=2;Tp=20;Tn=0.08;Tt=0.3;R=4.8/100;,sysGp=zpk(,-1/Tp,Kp/Tp);,sysGnT=zpk(,-1/Tn,-1/Tt,1/Tt/Tn);sys2=sysGnT/R;,sysCom=feedback(sysGp,sys2);,Y,t=step(sysCom,5);,SysMod=feedback(sysGp,1/R);,Ym,tm=step(SysMod,5);,plot(t,-Y*0.01*50,tm,-Ym*0.01*50),legend(Com,Simple),North China Electric Power University,27,/32,2024/11/18,动态响应曲线,North China Electric Power University,28,/32,2024/11/18,2、多区域电网的频率特性,现代电力系统的规模越来越大，因为大系统在运行方面具有很多优点,North China Electric Power University,29,/32,2024/11/18,2、多区域电网的频率特性,在两个互联系统中，每个区域的负荷突然增量为 ，,不考虑控制功率,North China Electric Power University,30,/32,2024/11/18,2、多区域电网的频率特性,如果两个区域具有相同的参数,North China Electric Power University,31,/32,2024/11/18,小结,1,、调速器的传递函数,2,、原动机的传递函数,3,、汽轮发电机组的传递函数,4,、单区域系统的传递函数,5,、单区域系统的频率特性,6,、单区域系统的频率特性计算,7,、多区域系统的频率特性,负荷变，无控制，频率变，何如？,