華電電力系統(tǒng)自動化第11講_有功調(diào)節(jié)02

1、North China Electric Power University第十一講 電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)（2）肖仕武Office:J5B309Tel:8079489922022-3-28主要內(nèi)容l電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性n調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)u調(diào)速器u原動機汽輪機n汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù)n單區(qū)域系統(tǒng)l多區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)l電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性n單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性n多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性32022-3-28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)物理系統(tǒng)數(shù)學建模數(shù)學建模物理映射物理映射數(shù)學分析數(shù)學分析1、調(diào)速器、調(diào)速器2、原動機、原動機3、區(qū)域系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)42022-3-28

2、一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進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)頻率和進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。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)都是利用液壓放大液壓放大原理原理控制氣門（或者導水葉）的開度，盡管調(diào)速器構(gòu)成各異，但控制氣門（或者導水葉）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。是他們主要部件的方程式的型式是相同的。52022-3-281、調(diào)速器只討論只討論小偏離小偏離的情況，假定：的情況，假定：1、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的頻率

3、為、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的頻率為 ，對應(yīng)的原動機汽閥位置為，對應(yīng)的原動機汽閥位置為 ，發(fā)，發(fā)電機輸出功率為電機輸出功率為 。2、D點移動微小距離點移動微小距離 ，正比于發(fā)生增加功率指令，正比于發(fā)生增加功率指令 ，3、當、當D點升高時，引起點升高時，引起E點降低點降低 ，通過錯油門作用，使，通過錯油門作用，使B點點升高升高 ，從而原動機的輸入功率增加，從而原動機的輸入功率增加 ，穩(wěn)態(tài)時兩者相等。，穩(wěn)態(tài)時兩者相等。NfBXGPDXCPCPD EXBXTP4、由于發(fā)電機功率增加，使系、由于發(fā)電機功率增加，使系統(tǒng)頻率發(fā)生微小變化統(tǒng)頻率發(fā)生微小變化 ，引起，引起調(diào)速器響應(yīng)，使調(diào)速器響應(yīng)，使A點向上移點向上移動動

4、， 正比于正比于 。5、正方向如圖中所標柱。、正方向如圖中所標柱。fAXfAX62022-3-281、調(diào)速器cDABDAEPkXfkXXKXKXKX21421EBXKdtXd3假定流入油壓機的油量與假定流入油壓機的油量與導油閥的位置導油閥的位置 成正比成正比EX ssXKsXEB3 sXKsPKsFKsXBcE421 3412KsKsFKsPKsXcB72022-3-281、調(diào)速器 243421111nBcnnnKXsP sF ssTRKKKTK KKRK sFRsPsGsXcnB1 nnnsTKsG1表示了原動機調(diào)節(jié)量與控制指令信號表示了原動機調(diào)節(jié)量與控制指令信號 及系及系統(tǒng)頻率統(tǒng)頻率 間的

5、動態(tài)特性間的動態(tài)特性 sPc sF82022-3-282、原動機汽輪機氣閥位置氣閥位置 的改變會導致進氣量的變化，使汽輪機輸入功率變的改變會導致進氣量的變化，使汽輪機輸入功率變動動 ，因而引起發(fā)電機功率的變化，因而引起發(fā)電機功率的變化 BXTPGP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)關(guān)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，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，也就是也就是“汽容影響汽容影響”。

6、可以用慣性環(huán)節(jié)來描述：可以用慣性環(huán)節(jié)來描述： sTKsXsPsGTTBTT1 sTsTsTKKsXsPsGrTrrTBTT1)1 (1對于再熱式汽輪機要考對于再熱式汽輪機要考慮再熱段充氣時延慮再熱段充氣時延92022-3-283、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。在水流的穩(wěn)態(tài)情況下，水的流速是一定的。當迅速關(guān)小導向葉片的開度，導管中的水壓力會急當迅速關(guān)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(xiàn)象。壓力會急劇下降。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

7、水輪機的功率不能隨著開度的變化而有一個時滯 10.51WnWT sGsT s102022-3-284、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù) sFRsPsGsXcnB1 sTKsXsPsGTTBTT1112022-3-284、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù)汽輪機與無限大系統(tǒng)并聯(lián)運行汽輪機與無限大系統(tǒng)并聯(lián)運行發(fā)電機的功率變化對發(fā)電機的功率變化對系統(tǒng)的頻率沒有影響系統(tǒng)的頻率沒有影響 TGPPsF0 sPsTKsTKsPsPcTTnnGT11122022-3-284、汽輪發(fā)電機組的傳遞函數(shù) sPsTKsTKsPsPcTTnnGT11施加一個階躍變化施加一個階躍變化cP sPsTKsTKsPsPcTTnnGT11 cTnGs

8、GPKKsPsPlim0發(fā)電機穩(wěn)態(tài)輸出功率增量發(fā)電機穩(wěn)態(tài)輸出功率增量 與控制指令與控制指令 成正比，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。調(diào)節(jié)過程不會出現(xiàn)振蕩，過程是單調(diào)衰減的。GPcP132022-3-285、單區(qū)域系統(tǒng)在區(qū)域在區(qū)域i內(nèi)突然有一個負荷變化內(nèi)突然有一個負荷變化 LiP1、發(fā)電機組動能提供的功率增量、發(fā)電機組動能提供的功率增量2、負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)引起的負荷功率的變化、負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)引起的負荷功率的變化3、聯(lián)絡(luò)線上的功率變化、聯(lián)絡(luò)線上的功率變化由于調(diào)速器的作用，這個區(qū)由于調(diào)速器的作用，這個區(qū)域的頻率變化為域的頻率變化為if發(fā)電機輸入功率相應(yīng)地變化了發(fā)電機輸入功率相應(yīng)

9、地變化了TiPtiiLiKiLiTiPfKdtdWPP 與與 之間不平衡，兩者之差由三方面來平衡：之間不平衡，兩者之差由三方面來平衡：LiPTiP142022-3-285、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KiNNiKiWffW2iNifffKiNNiKiNNiNKiWffWfffW212dtfdfWdtdWiNKiNKi2152022-3-285、單區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的功率增量聯(lián)絡(luò)線路的功率增量聯(lián)絡(luò)線路的功率增量 為控制區(qū)域為控制區(qū)域 i 輸出的總的有功功率增輸出的總的有功功率增量，它等于與區(qū)域量，它等

10、于與區(qū)域 i 相連的各聯(lián)絡(luò)線路中的功率增量之和。相連的各聯(lián)絡(luò)線路中的功率增量之和。TiPnjtijtiPP1ijLjitjitijXUUPPsinjijiLjiijtijtijXUUddPPcosfdt2dtfdtfTPjiijtij2njjiijtidtfdtfTP12162022-3-285、單區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的功率增量njjiijtidtfdtfTP12 sFsFTssPjinjijti12拉普拉斯變換拉普拉斯變換172022-3-285、單區(qū)域系統(tǒng)考慮轉(zhuǎn)子動能的功率增量dtfdfWdtdWiNKiNKi2tiiLiKiLiTiPfKdtdWPP PiPiPiiPitiLiTisTKsGs

11、FsGPPsP1*iNKiNitiiLiiNiLiTiPWHPfKdtfdfHPP*2拉普拉斯變換拉普拉斯變換182022-3-285、單區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)192022-3-286、多區(qū)域閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)202022-3-28二、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、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、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)特性212022-3-28二、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、多區(qū)域系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)特性222022-3-281、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

12、性0cP sPsGsGRsGsFLnTPP11232022-3-281、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 sPsGsGRsGsFLnTPP11施加一個階躍變化施加一個階躍變化LP sPsGsGRsGsFLnTPP11 LLLLPPsPRKPPKRKsFsf11lim0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，它標志了系統(tǒng)負荷增加或者減少時，在原動機調(diào)速器調(diào)節(jié)特性和負荷志了系統(tǒng)負荷增加或者減少時，在原動機調(diào)速器調(diào)節(jié)特性和負荷調(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。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)用終值定理應(yīng)用終值定理24

13、2022-3-281、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 sPsGsGRsGsFLnTPP11 TnnTPPPsTsTsGsTKsG1111 sPsTsTsTKRsTKsFLTnPPPP1111111 sPsTsPsTRRTRKRKsFLLPPPP11111 sFLf1252022-3-281、單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性例題：例題：系統(tǒng)總額定容量系統(tǒng)總額定容量正常運行負荷正常運行負荷慣性常數(shù)慣性常數(shù)調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)當負荷增量為當負荷增量為求求 的變化曲線方程的變化曲線方程MWPN2000MWPL20MWPL1000sH0 . 55 . 0*LK%8 . 4*Rf262022-3-2

14、8相關(guān)參數(shù)計算lKp=1/KL=2lTp=2H/KL*=20slR=4.8/100272022-3-28程序l 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,-Y

15、m*0.01*50) legend(Com,Simple)282022-3-28動態(tài)響應(yīng)曲線292022-3-282、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)點方面具有很多優(yōu)點302022-3-282、多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性1212/NNaPP 在兩個互聯(lián)系統(tǒng)中，每個區(qū)域的負荷突然增量為在兩個互聯(lián)系統(tǒng)中，每個區(qū)域的負荷突然增量為 ，不考慮控制功率不考慮控制功率1LP2LP11221221111221122aPPPaPaPfLLtLLtiiLiKiLiTiPfKdtdWPP0021ccPPfff21fRPfRPGG2211111/iLiiKR 2121ttPaP121?a 312022-3-282、多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性112212121aRRRKKKLLL22122112LLttLLPPPPPPf11221221111221122aPPPaPaPfLLtLL如果兩個區(qū)域