華電電力系統(tǒng)自動化有功調節(jié)

NorthChinaElectricPowerUniversity1/322024/6/5主要內容電力系統(tǒng)的頻率調節(jié)系統(tǒng)及其特性調節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數調速器原動機——汽輪機汽輪發(fā)電機組的傳遞函數單區(qū)域系統(tǒng)多區(qū)域閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)電網的頻率調節(jié)特性單區(qū)域電網的頻率特性多區(qū)域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity2/322024/6/5第三節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調節(jié)系統(tǒng)及其特性物理系統(tǒng)數學建模物理映射數學分析1、調速器2、原動機3、區(qū)域系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity3/322024/6/5一、調節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數進入原動機的動力元素是由調速器控制的，它是電力系統(tǒng)頻率和有功功率調節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分。不論汽輪機或者是水輪機，調速器的執(zhí)行環(huán)節(jié)都是利用液壓放大原理控制氣門（或者導水葉）的開度，盡管調速器構成各異，但是他們主要部件的方程式的型式是相同的。NorthChinaElectricPowerUniversity4/322024/6/51、調速器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，引起調速器響應，使A點向上移動，正比于。5、正方向如圖中所標柱。NorthChinaElectricPowerUniversity5/322024/6/51、調速器假定流入油壓機的油量與導油閥的位置成正比NorthChinaElectricPowerUniversity6/322024/6/51、調速器表示了原動機調節(jié)量與控制指令信號及系統(tǒng)頻率間的動態(tài)特性NorthChinaElectricPowerUniversity7/322024/6/52、原動機——汽輪機氣閥位置的改變會導致進氣量的變化，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節(jié)閥門和第一級噴嘴之間有一定的空間，開啟/關閉氣門使進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NorthChinaElectricPowerUniversity8/322024/6/53、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。當迅速關小導向葉片的開度，導管中的水壓力會急劇上升；當迅速開大導向葉片的開度，導管中的水壓力會急劇下降。這就是水錘現象。水輪機的功率不能隨著開度的變化而有一個時滯NorthChinaElectricPowerUniversity9/322024/6/54、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數NorthChinaElectricPowerUniversity10/322024/6/54、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數汽輪機與無限大系統(tǒng)并聯運行發(fā)電機的功率變化對系統(tǒng)的頻率沒有影響NorthChinaElectricPowerUniversity11/322024/6/54、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數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，調節(jié)過程不會出現振蕩，過程是單調衰減的。NorthChinaElectricPowerUniversity12/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)在區(qū)域i內突然有一個負荷變化1、發(fā)電機組動能提供的功率增量2、負荷的頻率調節(jié)效應引起的負荷功率的變化3、聯絡線上的功率變化由于調速器的作用，這個區(qū)域的頻率變化為發(fā)電機輸入功率相應地變化了

與之間不平衡，兩者之差由三方面來平衡：NorthChinaElectricPowerUniversity13/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——轉子動能提供的功率增量動能隨控制區(qū)域等效發(fā)電機轉速（頻率）的平方而變化NorthChinaElectricPowerUniversity14/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——聯絡線的功率增量聯絡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相連的各聯絡線路中的功率增量之和。NorthChinaElectricPowerUniversity15/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——聯絡線的功率增量拉普拉斯變換NorthChinaElectricPowerUniversity16/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——考慮轉子動能的功率增量拉普拉斯變換NorthChinaElectricPowerUniversity17/322024/6/55、單區(qū)域閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity18/322024/6/56、多區(qū)域閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity19/322024/6/5二、電網的頻率調節(jié)特性1、單區(qū)域系統(tǒng)的頻率調節(jié)特性2、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調節(jié)特性NorthChinaElectricPowerUniversity20/322024/6/5二、電網的頻率調節(jié)特性2、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調節(jié)特性NorthChinaElectricPowerUniversity21/322024/6/51、單區(qū)域電網的頻率特性在不考慮外加控制功率的前提下，研究單區(qū)域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity22/322024/6/51、單區(qū)域電網的頻率特性施加一個階躍變化稱為系統(tǒng)功率頻率特性系數或者稱為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率，它標志了系統(tǒng)負荷增加或者減少時，在原動機調速器調節(jié)特性和負荷調節(jié)效應共同作用下，系統(tǒng)頻率下降或上升的數值。應用終值定理NorthChinaElectricPowerUniversity23/322024/6/51、單區(qū)域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity24/322024/6/51、單區(qū)域電網的頻率特性例題：系統(tǒng)總額定容量正常運行負荷慣性常數調差系數負荷調節(jié)效應系數當負荷增量為求的變化曲線方程NorthChinaElectricPowerUniversity25/322024/6/5相關參數計算Kp=1/KL=2Tp=2H/KL*=20sR=4.8/100NorthChinaElectricPowerUniversity26/322024/6/5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')NorthChinaElectricPowerUniversity27/322024/6/5動態(tài)響應曲線NorthChinaElectricPowerUniversity28/322024/6/52、多區(qū)域電網的頻率特性現代電力系統(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NorthChinaElectricPowerUniversity29/322024/6/52、多區(qū)域電網的頻率特性在兩個互聯系統(tǒng)中，每個區(qū)域的負荷突然增量為，不考慮控制功率NorthChinaElectricPowerUniversity30/3220