电力系统频率及其特性(数学模型).ppt

NorthChinaElectricPowerUniversity 1 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 2 32 2020 3 26 第三节电力系统的频率调节系统及其特性 1 调速器 2 原动机 3 区域系统 NorthChinaElectricPowerUniversity 3 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 4 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 5 32 2020 3 26 假定流入油压机的油量与导油阀的位置成正比 NorthChinaElectricPowerUniversity 6 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 7 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 8 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 9 32 2020 3 26 4 汽轮发电机组的传递函数 NorthChinaElectricPowerUniversity 10 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 11 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 12 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 13 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 14 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 15 32 2020 3 26 5 单区域系统 联络线的功率增量 拉普拉斯变换 NorthChinaElectricPowerUniversity 16 32 2020 3 26 5 单区域系统 考虑转子动能的功率增量 拉普拉斯变换 NorthChinaElectricPowerUniversity 17 32 2020 3 26 5 单区域闭环调节系统 NorthChinaElectricPowerUniversity 18 32 2020 3 26 6 多区域闭环调节系统 NorthChinaElectricPowerUniversity 19 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 20 32 2020 3 26 2 多区域系统的频率调节特性 NorthChinaElectricPowerUniversity 21 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 22 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 23 32 2020 3 26 NorthChinaElectricPowerUniversity 24 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 25 32 2020 3 26 相关参数计算 Kp 1 KL 2Tp 2H KL 20sR 4 8 100 NorthChinaElectricPowerUniversity 26 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 27 32 2020 3 26 动态响应曲线 NorthChinaElectricPowerUniversity 28 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 29 32 2020 3 26 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 NorthChinaElectricPowerUniversity 30 32 2020 3 26 2 多区