NorthChinaElectricPowerUniversity1/322024/6/5主要內容電力系統的頻率調節系統及其特性調節系統的傳遞函數調速器原動機——汽輪機汽輪發電機組的傳遞函數單區域系統多區域閉環調節系統電網的頻率調節特性單區域電網的頻率特性多區域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity2/322024/6/5第三節電力系統的頻率調節系統及其特性物理系統數學建模物理映射數學分析1、調速器2、原動機3、區域系統NorthChinaElectricPowerUniversity3/322024/6/5一、調節系統的傳遞函數進入原動機的動力元素是由調速器控制的，它是電力系統頻率和有功功率調節系統的基本組成部分。不論汽輪機或者是水輪機，調速器的執行環節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、系統穩態時的頻率為，對應的原動機汽閥位置為，發電機輸出功率為。2、D點移動微小距離，正比于發生增加功率指令，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，穩態時兩者相等。4、由于發電機功率增加，使系統頻率發生微小變化，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量與控制指令信號及系統頻率間的動態特性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，因而引起發電機功率的變化汽輪機的調節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”。可以用慣性環節來描述：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——水輪機在水流的穩態情況下，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、汽輪發電機組的傳遞函數NorthChinaElectricPowerUniversity10/322024/6/54、汽輪發電機組的傳遞函數汽輪機與無限大系統并聯運行發電機的功率變化對系統的頻率沒有影響NorthChinaElectricPowerUniversity11/322024/6/54、汽輪發電機組的傳遞函數施加一個階躍變化發電機穩態輸出功率增量與控制指令成正比，調節過程不會出現振蕩，過程是單調衰減的。NorthChinaElectricPowerUniversity12/322024/6/55、單區域系統在區域i內突然有一個負荷變化1、發電機組動能提供的功率增量2、負荷的頻率調節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，這個區域的頻率變化為發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、單區域系統——轉子動能提供的功率增量動能隨控制區域等效發電機轉速（頻率）的平方而變化NorthChinaElectricPowerUniversity14/322024/6/55、單區域系統——聯絡線的功率增量聯絡線路的功率增量為控制區域i輸出的總的有功功率增量，它等于與區域i相連的各聯絡線路中的功率增量之和。NorthChinaElectricPowerUniversity15/322024/6/55、單區域系統——聯絡線的功率增量拉普拉斯變換NorthChinaElectricPowerUniversity16/322024/6/55、單區域系統——考慮轉子動能的功率增量拉普拉斯變換NorthChinaElectricPowerUniversity17/322024/6/55、單區域閉環調節系統NorthChinaElectricPowerUniversity18/322024/6/56、多區域閉環調節系統NorthChinaElectricPowerUniversity19/322024/6/5二、電網的頻率調節特性1、單區域系統的頻率調節特性2、多區域系統的頻率調節特性NorthChinaElectricPowerUniversity20/322024/6/5二、電網的頻率調節特性2、多區域系統的頻率調節特性NorthChinaElectricPowerUniversity21/322024/6/51、單區域電網的頻率特性在不考慮外加控制功率的前提下，研究單區域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity22/322024/6/51、單區域電網的頻率特性施加一個階躍變化稱為系統功率頻率特性系數或者稱為系統的單位調節功率，它標志了系統負荷增加或者減少時，在原動機調速器調節特性和負荷調節效應共同作用下，系統頻率下降或上升的數值。應用終值定理NorthChinaElectricPowerUniversity23/322024/6/51、單區域電網的頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity24/322024/6/51、單區域電網的頻率特性例題：系統總額定容量正常運行負荷慣性常數調差系數負荷調節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動態響應曲線NorthChinaElectricPowerUniversity28/322024/6/52、多區域電網的頻率特性現代電力系統的規模越來越大，因為大系統在運行方面具有很多優點NorthChinaElectricPowerUniversity29/322024/6/52、多區域電網的頻率特性在兩個互聯系統中，每個區域的負荷突然增量為，不考慮控制功率NorthChinaElectricPowerUniversity30/3220