【2019-2020年整理】第三节电力系统频率及其特性(数学模型)

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汽轮机与无限大系统并联运行
B C E F D
X D
f (X A )
Kn Gn s 1 sTn
1 X B s Gn s Pc s F s R
表示了原动机调节量与控制指令信号Pc s 及系 统频率F s 间的动态特性
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主要内容
• 电力系统的频率调节系统及其特性
– 调节系统的传递函数
• 调速器 • 原动机——汽轮机
– 汽轮发电机组的传递函数 – 单区域系统
• 多区域闭环调节系统 • 电网的频率调节特性
– 单区域电网的频率特性 – 多区域电网的频率特性
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可以用惯性环节来描述：
PT s KT GT s X B s 1 TT s
PT s KT 1 K r Tr s GT s X B s (1 TT s)1 Tr s
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对于再热式汽轮机要考 虑再热段充气时延
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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 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。
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第三节 电力系统的频率调节系统及其特性
1、调速器
B C E F D
X D
f (X A )
X B
2、原动机
P C
调节指令
G ~
P G
系 统
发电机 汽轮机
进汽
P T
3、区域系统
数学分析 数学建模 物理系统
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物理映射
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进汽 2 XB B XC C XE E F D 1 1 A XD 接主轴
I 1
XA
III II
IV
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' X E K1' X A K 2 X D K 4 X B X A k1f X k P 2 c D
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一、调节系统的传递函数
•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 测 量 转 速 积 分 放 大 反馈 执 行
1/ R
F (s)
Gn (s)
—
P c (s)
F ( s )
1 R
+

Kn 1 sTn 调速器
XB (S)
GT ( s )
KT 1 s TT 汽轮机
PT ( s )
P c (s)
+
—
GnT (s)
1 (1 sTn )(1 sTT )

PT ( s )
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X E s X B s K 3 s
dX B K 3 X E dt
XB B
XC C XE E F D 1
I 1
1 A XA
XD
接主轴
K 2 Pc s K1F s X B s s K4 K3
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III
进汽
IV II
1 TW s Gn s 0.5TW s 1
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4、汽轮发电机组的传递函数
1 X B s Gn s Pc s F s R
PT s KT GT s X B s 1 TT s
进气 汽 机

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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 。
DPC 2、D点移动微小距离 X D ，正比于发生增加功率指令 PC ，
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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
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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 ，因而引起发电机功率的变化 PG PT
•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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Kn X B s 1 sT n K2 K n K4 T 1 n K3 K 4 R K2 K1
1 P s F s c R
机械杠杆反馈 机械加法器 B (同步器输出) 转速给定 D + -E 开度反馈 放大执行
蒸汽 调节 汽阀
汽轮机
转速 （汽轮机主轴）
X E s K1F s K 2 Pc s K 4 X B s
气阀 （错油门，油动机） 开度 A 转速反馈 飞摆测速机械
2
假定流入油压机的油量与 导油阀的位置 X E 成正比