电力系统负荷频率控制(LFC)仿真平台

资 源 简 介

本系统旨在模拟和分析电力系统在面临负载波动时的频率稳定性。该项目的核心功能是实现对单区域或多区域电力系统的自动化频率调节，确保系统频率在负载突变后能够迅速恢复至标称值。具体实现方法包括建立包含调速器、汽轮机、发电机转子以及负载特性的数学闭环动态模型，并通过传递函数或状态空间方程在Simulink环境中进行搭建。系统集成了多种控制策略，如传统的比例积分微分控制(PID)、模糊逻辑控制以及模型预测控制，用于消除稳态频率偏差。在多区域互联系统中，该项目实现了区域控制偏差(ACE)的实时计算与处理，能够同时协调局

详 情 说 明

电力系统负荷频率控制(LFC)仿真平台

项目介绍

本仿真平台旨在模拟电力系统在遭受负荷扰动时的动态频率响应过程。通过构建双区域互联电力系统的数学模型，系统能够演示自动发电控制（AGC）在维持系统频率稳定和联络线功率平衡中的作用。该工具采用比例积分（PI）控制策略，实时计算并调节区域控制偏差（ACE），使系统在负荷突变后能够平稳恢复至标称运行状态。

功能特性

• 双区域动态模拟：完整模拟两个相互连接的控制区域，包含各自的发电机、调速器、汽轮机及负荷特性。
• 闭环反馈控制：集成了基于ACE信号的PI控制器，支持比例增益和积分增益的灵活配置。
• 物理过程仿真：涵盖了转子惯性动力学、机组调速响应、汽轮机延迟效应及联络线同步功率交换。
• 性能评价指标：自动计算频率最大跌落值（下探频率）及系统恢复至稳态的调节时间。
• 可视化分析：提供频率偏差、联络线功率、ACE指令及机械功率输出等多维度的实时变化曲线。

使用方法

1. 环境准备：确保计算机已安装MATLAB R2016b或更高版本，无需安装额外的工具箱。
2. 参数配置：在主程序脚本开头部分，可根据研究需求修改各区域的惯性常数（H）、调差系数（R）、频率偏倚系数（B）等物理参数。
3. 扰动设置：通过修改负载突变参数（dist1或dist2）来模拟不同区域发生的负荷增加或减少情况。
4. 运行程序：直接运行主脚本，程序将自动执行数值积分运算。
5. 结果获取：仿真结束后，程序会自动弹出包含四个子图的分析窗口，并在命令行窗口输出频率波动的统计指标。

系统要求

• 软件：MATLAB (2016b及以上版本)
• 操作系统：Windows, macOS 或 Linux
• 硬件：支持MATLAB运行的基础硬件配置即可

实现逻辑说明

本仿真平台的实现流程分为三个阶段：

第一阶段：系统建模与参数初始化。定义了两个区域的物理常数。区域1和区域2均包含惯性常数H、阻尼系数D、调速器时间常数Tg、汽轮机时间常数Tt以及一次调频所需的调差系数R。

第二阶段：动态方程构建与数值求解。代码将系统抽象为由9个状态变量组成的微分方程组：

1. 区域1与区域2的频率偏差 (df)；
2. 区域1与区域2的汽轮机机械功率偏差 (dPm)；
3. 区域1与区域2的调速器阀位偏差 (dPg)；
4. 联络线交换功率偏差 (dP12)；
5. 两个区域基于ACE信号的积分控制项 (intACE)。

利用MATLAB内置的ode45求解器，在规定时间跨度（如40秒）内对上述非线性或线性微分方程进行积分，模拟时间序列下的系统演化过程。

第三阶段：后处理与指标评估。在每一时刻计算区域控制偏差（ACE），公式定义为联络线功率偏差与频率偏倚项（B * df）之和。最后统计频率响应轨迹的峰值和进入稳态误差范围的时间。

关键算法与实现细节

• ODE数值积分：采用Runge-Kutta 4,5阶算法（ode45）处理多维状态空间方程，确保了动态模拟的精度与收敛性。
• 控制律设计：控制器输出指令 u = -Ki * int(ACE) - Kp * ACE。这种结构结合了比例控制的快速响应和积分控制的消除稳态误差特性，专门用于消除LFC系统中的二次调频偏差。
• 转子动力学实现：通过转子运动方程（Swing Equation）模拟功率不平衡与频率变化效率之间的解耦关系。
• 联络线模型：基于两个区域频率偏差的积分运算得到联络线功率波动，反映了区域间的能量支援与同步特性。
• 状态解耦：在微分方程子函数中，通过数组映射实现9个状态变量的解耦计算，清晰地展现了调速系统与发电机系统的能量流动逻辑。