一次調(diào)頻的隨機過程

一次調(diào)頻的隨機過程分析1

引言

電網(wǎng)周波是隨時間動態(tài)變化的隨機變量，含有不同的頻率成分。電網(wǎng)的一次調(diào)頻是一個隨機過程。因為系統(tǒng)負荷可看作由以下3種具有不同變化規(guī)律的變動負荷所組成[1]：①變化幅度較小，變化周期較短，（一般為10s以內(nèi)）的隨機負荷分量；②變化幅度較大，變化周期較長（一般為10s到3min）的負荷分量，屬于這類負荷的主要有電爐、軋鋼機械等；③變化緩慢的持續(xù)變動負荷，引起負荷變化的主要原因是工廠的作息制度，人民的生活規(guī)律等。一次調(diào)頻所調(diào)節(jié)的正是疊加在長周期變化分量上的隨機分量，這就決定了電網(wǎng)一次調(diào)頻的隨機性質(zhì)。

系統(tǒng)規(guī)模不大時，電力系統(tǒng)的調(diào)峰和調(diào)頻問題的研究主要從靜態(tài)的角度開展。例如，在20世紀80年代中期以前，研究的重點主要是電廠負荷的靜態(tài)經(jīng)濟分配、安全經(jīng)濟的靜態(tài)調(diào)度、靜態(tài)最優(yōu)潮流等，它們對系統(tǒng)的許多動態(tài)信息，尤其是許多時間方向上的動態(tài)約束信息關(guān)心不夠，這在系統(tǒng)規(guī)模和負荷發(fā)展相對有限的早期是可以接受的。然而，隨著系統(tǒng)規(guī)模和負荷的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的調(diào)峰和調(diào)頻出現(xiàn)了許多新的問題和特點，這時再從靜態(tài)的角度進行解決已很難達到多方協(xié)調(diào)的效果。

基于靜態(tài)范疇的一次調(diào)頻特性的概念是把電網(wǎng)中各臺機組負荷分配規(guī)律簡單地歸結(jié)為與不等率成反比的關(guān)系，而實際情況并非如此簡單。在考察汽輪發(fā)電機組對周波變化的一次調(diào)頻響應(yīng)時，不僅要看周波變化的幅度，還要看周波變化的速度，因此要涉及到不同機組對不同頻率的負荷擾動適應(yīng)能力的差異，如再熱機組與非再熱機組。而這一點用靜特性概念是不能描述的，所以必須重新從動態(tài)角度來考慮問題。

另外，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)對周波變化的各頻率分量的響應(yīng)能力不同。例如，對設(shè)計有高壓調(diào)節(jié)閥動態(tài)過開能力與沒有此能力的再熱機組，即使二者靜特性完全一致，它們對不同頻率的周波變化信號的功率輸出響應(yīng)也可能不一致。因此，也需要從動態(tài)范疇重新考慮這個問題。

本文從隨機過程的角度對一次調(diào)頻的動態(tài)特性進行研究并給出了定量的描述，是對文[3]的補充和發(fā)展。

2

一次調(diào)頻的隨機信號特征分析

2.1

一次調(diào)頻的隨機信號特征

參與一次調(diào)頻的機組，其負荷分配及電網(wǎng)周波變化是一次調(diào)頻過程中的重要參量，它們是隨機變量。

一次調(diào)頻過程中電網(wǎng)周波的變化幅度和各機組負荷的變化幅度表征了頻率調(diào)節(jié)的品質(zhì)和機組的調(diào)頻貢獻。本文將研究電網(wǎng)周波及一次調(diào)頻機組負荷變化的方差、譜密度及其相互關(guān)系。

2.2

用于一次調(diào)頻隨機過程分析的數(shù)學模型

一次調(diào)頻過程的主要研究對象是電力系統(tǒng)慣性中心的頻率。作為簡化，可以認為電力系統(tǒng)頻率是統(tǒng)一的，各臺機組的轉(zhuǎn)速均相等，這樣的假設(shè)實際上是忽略了發(fā)電機之間的相對搖擺，認為發(fā)電機之間嚴格保持同步運行。其結(jié)果是忽略了高階模型中的小時間常數(shù)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了模型降階。

對于電網(wǎng)中所有頻段的負荷擾動，二次調(diào)頻所調(diào)節(jié)的是那些可預知的長周期變化量，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)的是電網(wǎng)中的隨機負荷變化，所以，可用具有特定功率譜的隨機信號表示負荷擾動。下面給出用于發(fā)電機組一次調(diào)頻隨機過程分析的數(shù)學模型[4]如圖1所示，圖中，δi為電網(wǎng)中第i臺機組的不等率；αi為電網(wǎng)中第i臺機組裝機容量/電力系統(tǒng)裝機容量；Gi(s)為第i臺汽輪機的傳遞函數(shù)。

對凝汽式汽輪機，其傳遞函數(shù)為

對再熱式汽輪機（帶30%以上負荷），其傳遞函數(shù)為式中

Tsi為油動機時間常數(shù)；TVHi為高壓缸容積時間常數(shù)；TRHi為再熱容積時間常數(shù)；αH為高壓缸功率占整個汽輪機功率的份額量；為便于區(qū)別，各變量前加作為標記，即怒3船

穴宮一牙次壯調(diào)依頻雀隨開機打過逗程鋪的漁統(tǒng)葉計床特撐性千分斬析

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