电力系统频率及其特性数学模型

可以用惯性环节来描述： GTs X PTBss1 K T TTs
对于再热式汽轮机要考 虑再热段充气时延
G Ts X P T B s s(1 K T T 1 Ts )K 1r T T rs rs
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(1 sTn)(1 sTT )
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汽轮机与无限大系统并联运行
B X B
C
E
D
f (X A )
发电机的功率变化对 系统的频率没有影响
F
X D
PC
G~
PG 系 统
发电机
F s 0 PG PT
汽轮机
进汽
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
Gn
s
1TW 0.5TWs
s 1
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1、调速器
只讨论小偏离的情况，假定：
1、系统稳态时的频率为 f N ，对应的原动机汽阀位置为 X B ，发 电机输出功率为 PG 。
2、D点移动微小距离 X D，正比于发生增加功率指令 PC ，DPC
3、当D点升高时，引起E点降低 X E ，通过错油门作用，使B点
第三节 电力系统的频率调节系统及其特性
1、调速器
B X B
E
进汽 PT
数学建模
C
f (X A )
2、原动机
D
F
X D
PC
G~
PG 系 统
发电机
汽轮机
调节指令
3、区域系统
数学分析 物理系统
物理映射
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一、调节系统的传递函数
转速
（汽轮机主轴）
假定流入油压机的油量与
A
转速反馈
导油阀的位置 X E 成正比
dXB dt
K3XE
XBsK3XsEs
飞摆测速机械
XB
B XE E
XC C
F
2
I
1
1
1
XA
A
XD D
接主轴
XBsK2PcKs4K K s31Fs
进汽
III II
IV
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X XEA
K1'XA k1f
K2' XDK4XB
机械杠杆反馈
机械加法器 B
开度反馈
蒸汽 调节
XDk2Pc
(同步器输出) 转速给定
+ D
-E -
放大执行 气阀 （错油门，油动机）开度
X E s K 1 F s K 2 P c s K 4 X B s
汽阀 汽轮机
•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。
整定
进气
测
积
量
分执
汽
转
放行
机
速
大
反馈
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调节指令
F (s)
PT
P Ts P G s1 K T n ns1 K T T Ts P cs
1 R
Pc(s) — +
GnT (s)
1
PT (s)
(1 sTn )(1 sTT )
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P Ts P G s1 K T n ns1 K T T Ts P cs
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2、原动机——汽轮机
•气阀位置 X B 的改变会导致进气量的变化，使汽轮机输入功率变 动 PT，因而引起发电机功率的变化 PG
•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”。
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5、单区域系统
在区域i内突然有一个负荷变化 PLi
控制
•由于调速器的作用，这个区
区j
域的频率变化为 f i
联络线
•发电机输入功率相应地变化了 PTi
PLi
控制 区i
控制 区k
•PTi 与PLi 之间不平衡，两者之差由三方面来平衡：
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
施加一个阶跃变化 Pc
P Ts P G s1 K T nns1 K T T Ts s P c
P G lis m P G s K n K T P c s 0
发电机稳态输出功率增量 P与G 控制指令 成正Pc 比，调
节过程不会出现振荡，过程是单调衰减的。
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3、联络线上的功率变化
P T i P LiddK W t i K L ifi P ti
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来自百度文库
4、汽轮发电机组的传递函数
XBsG nsP csR 1Fs GTs X PTBss1 K T TTs
F (s)
F(s)
1/ R
Pc(s)
—
+
Gn (s)
GT (s)
K n XB(S) K T PT (s)
1 sTn
1 sTT
调速器
汽轮机
1
R
Pc(s) — +
GnT (s)
1
PT (s)
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X
B
s
Kn 1 sTn
Pc
s
1 R
F
s
Kn
K2 K4
T
n
1 K3K 4
R
K2 K1
Gn
s
Kn 1sTn
XBsG nsP csR 1Fs
表示了原动机调节量与控制指令信号Pcs及系
统频率Fs间的动态特性
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升高 X B，从而原动机的输入功率增加PT，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 f ，引起
调速器响应，使A点向上移
动 X A， f 正比于X A 。
5、正方向如图中所标柱。 进汽
XB
B XE E
III
II
XC C
F
2
I
1
1
1
XA
A
XD D
接主轴
IV
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