2010年3月 第29卷第3期 聚装黄彩·心·，中 理论与方法 分布式电力系统动态模型及频率调节特性研究 赵玉全刘雪飞贾勤 (海湾安全技术有限公司秦皇岛066004) 摘要：针对分布式电源和配电系统建立动态耦合模型，通过对有功/频率特性进行解耦，对存在分布式发电机情况下的分布 式配电系统的频率动态性能进行了仿真研究，说明了进行频率二次调节的必要性。 关键词：分布式发电；DG系统；耦合模型：频率调节 中图分类号：TM621.5文献标识码：A Research on the dynamic models and frequency adjustment characteristics of distributed power system Zhao Yuquan Liu Xuefei Jia Qin (Gulf Security Techngiue Co.Ltd,Qinhuangdao 066004,China) Abstract:Presents the dynamic coupled models of distributed source and distribution system.Then the frequency per- formance of the combined distribution system is simulated by uncoupling the characteristics of the active power/frequency under disturbance.And the simulation results show the necessity of the secondary frequency regulation. Keywords:distributed generation;DG system;coupling model;frequency regulation 1.2配电系统建模 0引言 采用辐射形配电系统。其数学表达式可简写为负荷 分布式发电(DG)相对于传统的集中式供电方式而 潮流方程组： 言，指将发电系统以小规模（数千瓦至50MW的小型模块 式)、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热 R一习1化1y1属ma-8+6如a-】 或（和）冷能的系统)。当今分布式供电方式主要指用液 体或气体燃料的内燃机、微型燃气轮机和各种工程用的燃 V,Il V,I Eg,sin(8)-b,cos(.) 料电池，具有良好的环保性能，与“小机组”已不是同一 (2) 概念。 式中：P:,Q为每条母线的有功和无功功率，|VI、IV,| 分布式发电(DG)与大电网相结合被公认为21世纪 为母线电压幅值，g与b,为线路电抗参数，6，为转子角 电力工业的发展方向之一，而DG系统接人电网，会对电 度。方程中关联矩阵与导纳矩阵、线路参数取决于系统。 网的结构和运行产生很大影响。如何保持频率和电压稳 1,3通过配电系统将单个发电机模型耦合 定是近年来的新课题，本文对此进行了研究。 单个发电机的局部状态空间须扩展，包括系统耦合变 1建立动态模型 量，它允许动态特性从系统上一点传输所有其他点上。选 择耦合变量的状态方程为： 1.1各类发电机动态模型的矩阵形式： Pa =Kroc+DpPL (3) xc=Acxc十CMPG (1) 将式(3)与动态模型相加，则系统模型的形式为： 式中：c是局部变量，xc是xr的导数，表示状态变量的时 xex=Axt十DpP, (4) 间变化。Ac为局部系统矩阵，其元素由发电机参数的线 式中：x为扩展状态空间向量（局部变量加上耦合变量 性系数组成。将发电机的参数带人矩阵，可得模型矩阵。 P),A为系统分块矩阵。 根据系数矩阵，可画出类发电机的模块图。 设控制输人为u(k),其控制变量为wf为调速器的参 作者简介：赵玉全，工程师，主要研究方向为智能控制与安全技术。 中国科技核心期刊 一 23 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
2010年3月 理论与方法 了雾艺桑溪家亭 第29卷第3期 考频率。频率一次调整过程中，w…为常数；二次调整过程 PG 中，w心为变量，含在式(1)中。 Gain7 示波器1 以汽轮机为例，配电系统与汽轮机模型耦合后的扩展 1.47 状态变量有4个：ac,P.,a,Pc;输人变量P,为系统扰动； 输入量PL Gainl w为控制输人变量是调速器的参考频率。扩展状态空 间为： 忧动 示被器2 rm=Axt十DpPL Gain2 on=[wc,P:a,Pc] r-1.4700 0.8000 0 07 Integratorl Scopel 0 -5.0000 4.75000 A= -4.0000 0 -0.20000 0.75000 0 0 0 Wref Xom=LWG,P:a,PG] Signal Builde Scope? Dp-[-0.8000 0 0 1.2000] 2发电机频率的二次调节动态模型 图】配电系统与汽轮机耦合的系统模块图 对于颜率的二次动态调节过程，每台发电机的状态空 对图1所示耦合模型进行仿真，采用的发电机及配电 间由c和P。组成。发电机的频率二次调节方程为连续 系统模型参数略。系统总负荷为15Pu,分布式发电总容 时间系统模型时，汽轮发电机衰减方程： 量从0.7pu到2.5pu。设在24号母线有一台0.7pu的 wG =a(k:/r)wrd-aPG (5) 汽轮机(700kW),当时间为2s时增加21号母线上负荷 发电机频率二次调节方程为离散时间系统模型时，设0.1pu作为负荷扰动。 k=0,1,2,…为二次频率调节的时间步长序列，衰减方程 3.1系统中无二次调节频率，频率偏差随扰动变化 可写为离散时间形式： 此时wd为常量，即不加二次调节。输入量P,为阶跃 信号时，观测到的频率c随扰动的变化曲线如图2所示。 oo[k]-o%wd[k]-aPo[k] (6) 为说明整个系统全部的动态特性，计算时间大大超过了一 则频率二次调整的动态模型可以表示为： 次调整过程的时间(2~5$)。仿真结果如图2所示。 0.01r OG[k+1]=AWc[k]+B,u[k]-A,D,d[k](7) 式中：∑及粗体的系数，和r表示每台发电机对角矩阵 -0.01 的系数；下标s表示频率的二次调整时间尺度。 0.02 定义： 0.03 A,=(1+∑K,T,)- (8) -0.04 6810121416 时间/s B,=A,∑rk (9) 图2无二次频率调节时频率偏移随扰动的情况 当采用有功功率P。作为颜率的二次调节状态变量 时，则动态模型为： 系统中若没有频率的二次调节，负荷的扰动将使系统 Pc[k+1]=(1-K,T,∑)Pc[]+ 频率偏移平衡点。汽轮机的转子频率在50Hz附近振荡， K,TA,B wk]+D,d[k] (10) 且有轻微的下降。 式(10)对所有类型发电机都是相同的，矩阵AB,如 3.2系统中增加二次频率调节，频率偏差随扰动变化 上所示。该方程可用于跟踪由系统扰动和w变化引起的 二次调整过程中频率控制信号w为变量，定义w P。变化。 模块为一个可变信号发生器。 仍按图1模块图进行仿真比较，频率偏差随扰动的变 3仿真研究 化如图3示。 图1为30母线配电系统与汽轮机耦合模块图。 -24 中国科技核心期刊 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
2010年3月 第29卷第3期 聚葉瓷'千， 理论与方法 1.5 参考文献 0.5 [1]BORBELY A M,KREIDER J F.Distributed genera- tion:The power paradigm for the new millennium [M].CRC Press,2001. 246810214161820 时间/s [2]张广超，宋文爱.基于递归法的℉T计算机仿真[J门 图3有二次频率调节时频率偏移随扰动的情况 国外电子测量技术，2008,26(6)：9-11. [3]MOORE T.Emerging markets for distributed 可见，当t=3s时，负荷的扰动使频率波动，t=10s resources[J].EPRI Journal,1998,23(2):9-17. [4]高嵩，李欣然，朱湘有，等.基于CPLD和USB技术的 时，二次频率调节动作，系统频率回到正常稳态额定值 50Hz。 电力负荷特性在线采集系统设计[J].测控技术， 2009,28(10):18-21. 4结束语 [5]张楚雄，许文昭.分布式防火墙模型的改进方法[」门 电力系统通信，2006,27(5)：63-64. 本文建立了分布式发电机、配电系统，以及二者耦合 [6]李政，刘桐然，冯婧，等.电力负荷控制系统现场调试 的模型，分别对有无频率二次调节时的分布式发电系统进 技术分析[J].电子测量技术，2009,32(10)：12-15. 行仿真。无二次调频时，负荷的扰动将使系统频率偏移平 [7]肖静薇，谢维兵.电力系统间谐波的检测技术[J].电 衡点，而增加二次频率调节，系统频率会回到正常额定值。 工技术，2008,9：10-11. 因此，存在分布发电机时二级频率控制是非常必要的。 [8]梁东莺，毛蔚.小波变换在有源电力滤波器谐波分析 中的应用[J].计算机工程与设计，2009,30(14)： 3472-3477. (上接第19页) 综合两个角度的性能分析，本文设计的m码复合 外电子测量技术，2009,28(5)：29-30. Walsh码的编码扩频方式更优。 [3]田日才.扩颍通信[M们.北京：清华大学出版社，2007： 189-191. 4结束语 [4]BAHL S K.Design and prototyping a fast Hadamard 多进制扩频系统不仅能提高带宽利用率，还适用于高 transformer for WCDMA rapid systems prototyping 速数据传输的环境。本文重点对多进制扩频系统的编码 [C].14th IEEE International Workshop,2003: 结构进行了设计，并建立了多进制扩频传输系统模型。最 134-140. 后通过仿真证明：本文设计的编码结构，相对于传统编码 [5]董建婷.点到多点无线扩频传输系统的研究与开发 结构，使多进制扩频传输系统性能得到了提高。对于选择 [D].北京：北京邮电大学，2004. 使用多进制扩频系统进行高数据速率传输的科研人员来 [6]王传鑫，许斌.基于QPSK图传链路信号的多径信号 说，选择本文的扩频编码方式，具有一定的现实意义。 BER仿真[J门.国外电子测量技术，2008,27(12)：7-9. [7]许斌，江修富，郝建华.复合编码扩频系统的设计与实 参考文献 现[J].装备指挥技术学院学报，2005,16(2)：88-90. [1]沈允春.扩谱技术[M.北京：国防工业出版社， [8]刘福声，罗鹏飞.统计信号处理[M们.长沙：国防科大 1995:1-2. 出版社，1999：141-142. [2]崔永，许斌.多进制编码扩频系统的仿真研究[」门.国 中国科技核心期刊 一 25- 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net