电力系统一次调频动态仿真实验设计.pdf
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1、 ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.26 No.4 Aug.2023 电力系统一次调频动态仿真实验设计巴 宇,张颖杰,孙建军,孙长海(大连理工大学 电气工程省级实验教学中心,辽宁 大连 116024)摘 要:针对学校一流专业建设、一流人才培养的需求,依托先进科研成果,设计了基于 Simulink 的电力系统一次调频动态仿真模型。该模型主要包含发电机组、负荷、联络线等核心模块,简化了参数设置,便于电力系统实验教学使用。通过电力系统动态模拟综合实验验证,该仿真模型可以得到准确的
2、稳态结果,同时保留了一定程度的动态过程,可满足本科实验教学需要。关键词:电力系统;一次调频;实验教学;动态仿真中图分类号:TM711 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.04.035Design of power system primary response dynamic simulation experimentBA Yu,ZHANG Yingjie,SUN Jianjun,SUN Changhai(Electrical Engineering Experimental Teaching Center,Dalian University o
3、f Technology,Dalian 116024,China)Abstract:Based on scientific research work,a dynamic simulink model of power system frequency re-sponse is presented in response to the needs of first-class major construction and first-class personnels cultivation.The model mainly consists of core blocks including g
4、enerator unit,load,and tie line,which simplifies the setup of parameters.It is designed easy to use in experiment teaching.Verified by a class of“power system dynamic simulation experiment”,the model is proved to get accurate steady state result while retaining a certain degree of dynamic process.Th
5、e presented work can meet the needs of undergraduate experiment teaching.Key words:power system;primary response;experiment teaching;dynamic simulation 收稿日期:2021-03-16 修改日期:2021-03-22作者简介:巴宇,博士,工程师,主要研究方向为电力系统实验教学。E-mail:bayu 基金项目:国家本科教学工程项目(项目编号:ZL2022095);大连理工大学教改项目(项目编号:YB2022013)。随着特高压大电网及能源互联网建
6、设的不断深入,保障大电网持续稳定运行成为首要任务,更凸显出电力系统分析理论和专业人才培养的重要性 1。“电力系统稳态分析”是大连理工大学电气工程专业核心骨干课程,共 48 学时。通过该课程学习,要求学生充分掌握电力系统组成、运行状态、稳态分析、计算方法等知识点。理论部分着重讲授基础理论、概念、分析方法等,内容较为抽象,例如静态频率特性;一、二次调频的过程和特点,学生较难理解和掌握。目前,部分高校使用 PSASP2-3、ETAP 4等专业软件进行潮流与短路分析实验,但缺少调频部分实验实践类课程。因此,依托大连理工大学教师科研成果,本文开展电力系统一次调频动态仿真实验设计。采用基于 Matlab
7、的 Simulink 建立仿真模型,Simulink 可应用于电路 5、控制 6及电机 7仿真等多个实验教学领域,具有使用灵活,通用性强的特点,可用于解决不同学科的教学难题。1 电力系统一次调频原理电力系统一次调频过程是三个环节共同作用的结果:(1)所有旋转元件的惯性作用;(2)发电机组的调速器对频率变化的响应;(3)部分负荷具有的功率-频率特性作用。1.1 旋转元件惯性作用电力系统中存在众多同步转动设备,如发电机、电动机的转子等,通常在研究中将这些分散的元件等效为同轴刚体转动问题。在这一问题中,发电机的发电功率提供刚体加速转动力矩,负荷吸收功率提供刚体转动的阻力力矩。若发电与负荷存在功率差,
8、则使等效刚体转速变快或变慢,也即是电网频率的升高与降低。这一过程使用式(1)来描述:P=Mddt(1)式中,P 为原动机的机械功率与发电机的电磁功率偏差,M 为等效刚体的惯性时间常数,为旋转角速度。1.2 发电机组调速器的频率响应发电机组调速器,是原动机内部的一套反馈控制装置,反馈始于对发电机转子转速的测量装置,受控部件为原动机之后的出气阀门(汽轮机)或导叶开度(水轮机)。通过对转速的反馈,转化为阀门或导叶开度,当转速低于额定转速时,由于反馈作用提高原动机动力或进水量,进而提高转速,反之则降低转速。调速器反馈装置中,转速(即频率)与阀门开度的比例关系是可以调节的系数。这一系数被称为发电机的功频
9、静特性系数或单位调节功率 KG,其计算方法如公式(2):KG=-PGf(2)式中 PG为发电机一次调节功率,f 为电力系统频率。1.3 负荷的功率-频率特性负荷的功率-频率特性,是指某些负荷实际消耗的功率具有频率敏感性,当频率上升时,负荷实际吸收功率增加,而当频率下降时,负荷实际吸收功率下降。一般使用负荷功率-频率特性系数 KL描述负荷功率随频率变化而变动数量的大小。该系数有时也被称为负荷的频率调节效应系数。KL=PLf(3)(3)式中,PL为负荷由于频率变化造成的吸收功率变化量,f 为电力系统频率。2 仿真模块设计科研领域所使用的仿真模型因为需要准确的动态细节,其所使用的模块划分较细,主要包
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