１ 3 原动机及调速器数学模型 3 .1 引 言 电力系统中向发电机提供机械功率和机械能的机械装置，如汽轮机、水轮机等统称为原动机。为了控制原动机向发电机输出的机械功率，并保持电网的正常运行频率，以及在各并列运行的发电机之间合理分配负荷，每一台原动机都配置了调速器。调速系统一般通过控制汽轮机的汽门开度或水轮机的导水叶开度来实现功率和频率调节。通过改变调速器的参数及给定值(一般是给定速度或给定功率)可以得到所要求的发电机功率-频率调节特性。 原动机及其调速器在电力系统中的作用及其与其他元件的关系简单示于图3-1。发电机的转速ω和给定速度ref作比较，其偏差ε进入调速器，以控制汽轮机汽门或水轮机导水叶开度μ，从而改变原动机输出的机械功率mP ，亦即发电机的输入机械功率，从而可调节速度和(或)调节发电机输出电功率eP 。 本章介绍电力系统分析中常用的汽轮机和水轮机的简化数学模型，汽轮机模型中主要考虑了蒸汽容积效应，水轮机模型中主要考虑了刚性引水管道的水锤效应。本章还介绍了汽轮机和水轮机的调速器数学模型及传递函数框图，推导了水轮机机械调速器的数学模型。 图3-1 原动机及调速器在电力系统中的作用示意图 3 .2 原动机数学模型 3 .2 .1 汽轮机数学模型 汽轮机是以一定温度和压力的水蒸气为工质的叶轮式发动机。在电力系统分析中均采用简化的汽轮机动态模型，其动态特性只考虑汽门和喷 嘴 间的蒸汽惯 性引起 的蒸汽容积效应。蒸汽容积效应可简述 如下 ： 当 改变汽门开度时 ，由 于汽门和喷 嘴 间存 在一定容积的蒸汽，此蒸汽的压力不 会 立 即发生 变化，因 而输入汽轮机的功率也 不 会 立 即发生 变化，而有 一个 时 滞 ，在数学上 用一个 一阶 惯 性环 节来表 示，即 pmTP 1 ２ 式中， 为汽门开度，mP 为汽轮机机械功率，均为以发电机额定工况下的相应值为基值的标幺值；T 为反映蒸汽容积效应的时间常数；p 为对时间的微分算子。 汽轮机数学模型就是指汽轮机汽门开度与输出机械功率间的传递函数关系。 在计及蒸汽容积效应时，汽轮机常采用以下3 种动态模型，即 (1) 只计及高压蒸汽容积效应的一阶模型，如图3-2(a)所示。设汽轮机传递函数为 CHmpTP 11 （3-1） 式中，mP 为汽轮机输出机械功率(标幺值)； 为汽门开度(标幺值)；CHT为高压蒸汽容积时间常数，一般为0.1~0.4s。 . . 图3-2 汽轮机数学模型 (a)...
