第三節(jié)電力系統(tǒng)頻率及其特性(數(shù)學(xué)模型).ppt

1、North China Electric Power University,1/32,2020/9/17,主要內(nèi)容,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 調(diào)速器 原動機汽輪機 汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù) 單區(qū)域系統(tǒng) 多區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性 單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,North China Electric Power University,2/32,2020/9/17,第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,1、調(diào)速器,2、原動機,3、區(qū)域系統(tǒng),North China Electric Power University,3/32,2020/9/17,

2、一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù),進(jìn)入原動機的動力元素是由調(diào)速器控制的，它是電力系統(tǒng)頻率和有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分。,不論汽輪機或者是水輪機，調(diào)速器的執(zhí)行環(huán)節(jié)都是利用液壓放大原理控制氣門（或者導(dǎo)水葉）的開度，盡管調(diào)速器構(gòu)成各異，但是他們主要部件的方程式的型式是相同的。,North China Electric Power University,4/32,2020/9/17,只討論小偏離的情況，假定： 1、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的頻率為 ，對應(yīng)的原動機汽閥位置為 ，發(fā)電機輸出功率為 。 2、D點移動微小距離 ，正比于發(fā)生增加功率指令 ， 3、當(dāng)D點升高時，引起E點降低 ，通過錯油門作用，使B點升高 ，從而原動機

3、的輸入功率增加 ，穩(wěn)態(tài)時兩者相等。,4、由于發(fā)電機功率增加，使系統(tǒng)頻率發(fā)生微小變化 ，引起調(diào)速器響應(yīng)，使A點向上移動 ， 正比于 。 5、正方向如圖中所標(biāo)柱。,1、調(diào)速器,North China Electric Power University,5/32,2020/9/17,假定流入油壓機的油量與導(dǎo)油閥的位置 成正比,North China Electric Power University,6/32,2020/9/17,表示了原動機調(diào)節(jié)量與控制指令信號 及系統(tǒng)頻率 間的動態(tài)特性,North China Electric Power University,7/32,2020/9/17,2、原

4、動機汽輪機,氣閥位置 的改變會導(dǎo)致進(jìn)氣量的變化，使汽輪機輸入功率變動 ，因而引起發(fā)電機功率的變化,汽輪機的調(diào)節(jié)閥門和第一級噴嘴之間有一定的空間，開啟/關(guān)閉氣門使進(jìn)入氣門的蒸汽量有所改變，但是這個空間的壓力不能立即改變，這樣就形成了機械功率滯后于氣門開度變化，也就是“汽容影響”。,可以用慣性環(huán)節(jié)來描述：,對于再熱式汽輪機要考慮再熱段充氣時延,North China Electric Power University,8/32,2020/9/17,3、原動機水輪機,在水流的穩(wěn)態(tài)情況下，水的流速是一定的。 當(dāng)迅速關(guān)小導(dǎo)向葉片的開度，導(dǎo)管中的水壓力會急劇上升；當(dāng)迅速開大導(dǎo)向葉片的開度，導(dǎo)管中的水壓力會

5、急劇下降。這就是水錘現(xiàn)象。 水輪機的功率不能隨著開度的變化而有一個時滯,North China Electric Power University,9/32,2020/9/17,4、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù),North China Electric Power University,10/32,2020/9/17,汽輪機與無限大系統(tǒng)并聯(lián)運行,發(fā)電機的功率變化對系統(tǒng)的頻率沒有影響,North China Electric Power University,11/32,2020/9/17,施加一個階躍變化,發(fā)電機穩(wěn)態(tài)輸出功率增量 與控制指令 成正比，調(diào)節(jié)過程不會出現(xiàn)振蕩，過程是單調(diào)衰減的。,Nort

6、h China Electric Power University,12/32,2020/9/17,5、單區(qū)域系統(tǒng),在區(qū)域i內(nèi)突然有一個負(fù)荷變化,1、發(fā)電機組動能提供的功率增量,2、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)引起的負(fù)荷功率的變化,3、聯(lián)絡(luò)線上的功率變化,由于調(diào)速器的作用，這個區(qū)域的頻率變化為,發(fā)電機輸入功率相應(yīng)地變化了,與 之間不平衡，兩者之差由三方面來平衡：,North China Electric Power University,13/32,2020/9/17,5、單區(qū)域系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動能提供的功率增量,動能隨控制區(qū)域等效發(fā)電機轉(zhuǎn)速（頻率）的平方而變化,North China Electric Pow

7、er University,14/32,2020/9/17,5、單區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的功率增量,聯(lián)絡(luò)線路的功率增量 為控制區(qū)域 i 輸出的總的有功功率增量，它等于與區(qū)域 i 相連的各聯(lián)絡(luò)線路中的功率增量之和。,North China Electric Power University,15/32,2020/9/17,5、單區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的功率增量,拉普拉斯變換,North China Electric Power University,16/32,2020/9/17,5、單區(qū)域系統(tǒng)考慮轉(zhuǎn)子動能的功率增量,拉普拉斯變換,North China Electric Power University,17

8、/32,2020/9/17,5、單區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),North China Electric Power University,18/32,2020/9/17,6、多區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),North China Electric Power University,19/32,2020/9/17,二、電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性,1、單區(qū)域系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)特性,2、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)特性,North China Electric Power University,20/32,2020/9/17,2、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)特性,North China Electric Power University,21/32

9、,2020/9/17,1、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,在不考慮外加控制功率的前提下，研究單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,North China Electric Power University,22/32,2020/9/17,施加一個階躍變化,稱為系統(tǒng)功率頻率特性系數(shù)或者稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，它標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或者減少時，在原動機調(diào)速器調(diào)節(jié)特性和負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下，系統(tǒng)頻率下降或上升的數(shù)值。,應(yīng)用終值定理,North China Electric Power University,23/32,2020/9/17,North China Electric Power University,24/32,

10、2020/9/17,例題：書P150,系統(tǒng)總額定容量,正常運行負(fù)荷,慣性常數(shù),調(diào)差系數(shù),負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù),當(dāng)負(fù)荷增量為,求 的變化曲線方程,North China Electric Power University,25/32,2020/9/17,相關(guān)參數(shù)計算,Kp=1/KL=2 Tp=2H/KL*=20s R=4.8/100,North China Electric Power University,26/32,2020/9/17,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); sysG

11、nT=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,27/32,2020/9/17,動態(tài)響應(yīng)曲線,North China Electric Power University,28/32,2020/9/17,2、多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，因為大系統(tǒng)在運行方面具有很多優(yōu)點,North China Electric Power University,29/32,2020/9/17,2、多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,在兩個互聯(lián)系統(tǒng)中，每個區(qū)域的負(fù)荷突然增量為 ， 不考慮控制功率,North China Electric Power University,30/32,2020/9/17,2、多區(qū)域電