華電電力系統(tǒng)自動(dòng)化有功調(diào)節(jié)

NorthChinaElectricPowerUniversity1/322024/6/5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(dòng)機(jī)——汽輪機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)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NorthChinaElectricPowerUniversity2/322024/6/5第三節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模物理映射數(shù)學(xué)分析1、調(diào)速器2、原動(dòng)機(jī)3、區(qū)域系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity3/322024/6/5一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(jī)或者是水輪機(jī)，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(kāi)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。NorthChinaElectricPowerUniversity4/322024/6/51、調(diào)速器只討論小偏離的情況，假定：1、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的頻率為，對(duì)應(yīng)的原動(dòng)機(jī)汽閥位置為，發(fā)電機(jī)輸出功率為。2、D點(diǎn)移動(dòng)微小距離，正比于發(fā)生增加功率指令，3、當(dāng)D點(diǎn)升高時(shí)，引起E點(diǎn)降低，通過(guò)錯(cuò)油門作用，使B點(diǎn)升高，從而原動(dòng)機(jī)的輸入功率增加，穩(wěn)態(tài)時(shí)兩者相等。4、由于發(fā)電機(jī)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(diǎn)向上移動(dòng)，正比于。5、正方向如圖中所標(biāo)柱。NorthChinaElectricPowerUniversity5/322024/6/51、調(diào)速器假定流入油壓機(jī)的油量與導(dǎo)油閥的位置成正比NorthChinaElectricPowerUniversity6/322024/6/51、調(diào)速器表示了原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)量與控制指令信號(hào)及系統(tǒng)頻率間的動(dòng)態(tài)特性NorthChinaElectricPowerUniversity7/322024/6/52、原動(dòng)機(jī)——汽輪機(jī)氣閥位置的改變會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣量的變化，使汽輪機(jī)輸入功率變動(dòng)，因而引起發(fā)電機(jī)功率的變化汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥門和第一級(jí)噴嘴之間有一定的空間，開(kāi)啟/關(guān)閉氣門使進(jìn)入氣門的蒸汽量有所改變，但是這個(gè)空間的壓力不能立即改變，這樣就形成了機(jī)械功率滯后于氣門開(kāi)度變化，也就是“汽容影響”。可以用慣性環(huán)節(jié)來(lái)描述：對(duì)于再熱式汽輪機(jī)要考慮再熱段充氣時(shí)延NorthChinaElectricPowerUniversity8/322024/6/53、原動(dòng)機(jī)——水輪機(jī)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(kāi)度，導(dǎo)管中的水壓力會(huì)急劇上升；當(dāng)迅速開(kāi)大導(dǎo)向葉片的開(kāi)度，導(dǎo)管中的水壓力會(huì)急劇下降。這就是水錘現(xiàn)象。水輪機(jī)的功率不能隨著開(kāi)度的變化而有一個(gè)時(shí)滯NorthChinaElectricPowerUniversity9/322024/6/54、汽輪發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)NorthChinaElectricPowerUniversity10/322024/6/54、汽輪發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)汽輪機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的功率變化對(duì)系統(tǒng)的頻率沒(méi)有影響NorthChinaElectricPowerUniversity11/322024/6/54、汽輪發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)施加一個(gè)階躍變化發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出功率增量與控制指令成正比，調(diào)節(jié)過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)振蕩，過(guò)程是單調(diào)衰減的。NorthChinaElectricPowerUniversity12/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)在區(qū)域i內(nèi)突然有一個(gè)負(fù)荷變化1、發(fā)電機(jī)組動(dòng)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(gè)區(qū)域的頻率變化為發(fā)電機(jī)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(lái)平衡：NorthChinaElectricPowerUniversity13/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供的功率增量動(dòng)能隨控制區(qū)域等效發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）的平方而變化NorthChinaElectricPowerUniversity14/322024/6/55、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。NorthChinaElectricPowerUniversity15/322024/6/55、單區(qū)域系統(tǒng)——聯(lián)絡(luò)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(zhuǎn)子動(dòng)能的功率增量拉普拉斯變換NorthChinaElectricPowerUniversity17/322024/6/55、單區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity18/322024/6/56、多區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity19/322024/6/5二、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NorthChinaElectricPowerUniversity20/322024/6/5二、電網(wǎng)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NorthChinaElectricPowerUniversity21/322024/6/51、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NorthChinaElectricPowerUniversity22/322024/6/51、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性施加一個(gè)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(shí)，在原動(dòng)機(jī)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NorthChinaElectricPowerUniversity23/322024/6/51、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity24/322024/6/51、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性例題：系統(tǒng)總額定容量正常運(yùn)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N(yùn)orthChinaElectricPowerUniversity25/322024/6/5相關(guān)參數(shù)計(jì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線NorthChinaElectricPowerUniversity28/322024/6/52、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(lái)越大，因?yàn)榇笙到y(tǒng)在運(yùn)行方面具有很多優(yōu)點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversity29/322024/6/52、多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性在兩個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷突然增量為，不考慮控制功率NorthChinaElectricPowerUniversity30/3220