电力系统强迫功率振荡分析

电力系统中持续的周期性小扰动可能引起联络线的大幅度强迫功率振荡。本文通过特征分析方法，阐明了电力系统强迫功率振荡的机理，指出了这类强迫功率振荡与负阻尼低频振荡的不同，并介绍了１９９４年４月２６日南方互联电力系统“４．２６”事故的仿真结果。     

电力系统强迫功率振荡的基础理论

以单机无穷大系统模型为基础,阐述了电力系统强迫功率振荡的基础理论,分析了影响电力系统强迫功率振荡的主要因素,并对单机无穷大系统的强迫功率振荡进行了仿真验证。电力系统强迫功率振荡理论指出,持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡,当扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振,导致大幅度的功率振荡。谐振引起的强迫振荡的幅值与扰动的幅值、系统固有的振荡阻尼大小有关:扰动的幅值越大,谐振幅值越大;系统固有的振荡阻尼越强,谐振幅值越小。谐振引起的强迫振荡的表现形式类似于属于自由振荡的电力系统负阻尼低频振荡,但两种振荡的起因不同。     

电力系统强迫功率振荡研究综述

电力系统强迫功率振荡理论的提出很好地弥补了负阻尼低频振荡理论在解释某些起因不明低频振荡事故中的不足,是对低频振荡理论研究的有力补充。本文从强迫功率振荡的基础理论、激发原因、扰动源定位以及治理方法等方面较为系统地总结了其现有的研究成果,在此基础上对电力系统强迫功率振荡的研究方向做了进一步探讨。     

基于谐振控制的STATCOM抑制强迫功率振荡方法

电力系统强迫功率振荡是由持续的周期性扰动源引发的,基于提高系统阻尼的传统低频振荡抑制方法并不能完全抑制强迫功率振荡。为此提出了一种基于谐振控制器(resonant controller,RC)的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)抑制强迫功率振荡的方法,利用RC在中心频率处可提供无穷大增益、从而能够无静差跟踪正弦量的特点,有效抑制强迫功率振荡。通过建立系统功率模型和推导传递函数分析强迫功率振荡机理,在此基础上理论证明了所提方法的抑制原理。然后设计基于RC的STATCOM控制策略,并分析所提方法对STATCOM直流母线电压波动的影响。在典型的单机无穷大系统和四机两区系统中的仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

风电场接入电网强迫功率振荡研究

强迫功率振荡理论可以解释电力系统非负阻尼功率振荡。考虑了风电场（由变桨距定速异步感应发电机组成）接入电网时,风速扰动引起系统传输功率的振荡,建立风力发电机组模型,仿真分析了风速扰动引起系统传输功率的振荡情况。结果表明,风速扰动的频率接近或等于系统固有振荡频率时,会引起大幅度的功率振荡,且随着风速扰动幅值的增大,系统功率振荡的幅值也增大。     

负阻尼和强迫功率振荡的特征分析与区分方法

电力系统中的功率振荡根据其产生机理的不同可以分为负阻尼振荡和强迫功率振荡。虽然这两种功率振荡形式比较接近,但对其采用的控制措施却完全不同。因此如何根据广域测量系统的实时数据来区分功率振荡的类型成为了采取合适措施抑制功率振荡的前提条件。基于此,以支持向量机方法作为工具,提出了一种通过辨识实时功率振荡曲线来区分其振荡性质的实用方法。针对2种功率振荡的起因与特点,该方法采用希尔伯特-黄变换求取振荡曲线主导模式的包络线,并在该包络线上等间距选取100个采样点作为样本对支持向量机的神经网络进行训练和测试。以16机68节点系统功率振荡仿真曲线为训练样本,训练得到了用于功率振荡类型区分的支持向量机模型。并将其应用于16机68节点系统和实际大规模区域电网的振荡类型区分,分析结果表明所提方法能够准确地区分振荡类型,具有工程实际应用价值。     

强迫功率振荡特征提取及扰动源识别方法

强迫功率振荡是电网面临的主要动态稳定问题之一,需要准确地识别强迫功率振荡的扰动源,以采取有针对性的抑制措施。对此,利用维格纳-维莱分布(Wigner-Ville distribution,WVD)进行强迫功率振荡时频特征提取,以获得振荡信号的时频特征,再利用二维随机变量相关度来进行强迫功率振荡扰动源识别。对某电厂强迫功率振荡实例进行分析,发现汽轮机阀门开度与机组功率振荡具有非常相似的时频分布特征,且二者的时频相关度较高,从而确定汽轮机阀门波动是本次强迫功率振荡的扰动源。     

周期性负荷扰动引发强迫功率振荡分析

周期性负荷扰动会引发电力系统强迫功率振荡。文中基于单机无穷大系统和2机系统分析,解释了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的机理。通过对多机系统模态分析的推导,获得了节点负荷功率扰动对系统固有振荡模式的影响因子,分析了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的主要影响因素。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机39节点系统的仿真分析,有助于更好地理解周期性负荷扰动引发的强迫功率振荡。     

电力系统强迫功率振荡实例及机理分析

介绍了某地区电网发生的2次功率低频振荡事件,阐述了振荡机理,提出了解决方案。通过相量测量单元波形分析总结了其基本特征,用单机无穷大系统进行了理论计算,同时根据故障场景开展了PSD-BPA时域仿真,证明了2次事件均属于强迫低频振荡。根据2次振荡事件中汽轮机调门流量特性等特点,结合现场试验,证实油动机的抖动是造成功率振荡的扰动源。对调门流量特性的相关参数进行了优化,修正了拐点处的流量特性,避免了类似强迫低频振荡事件的再次发生。     

基于参数辨识的强迫功率振荡扰动源定位方法

基于对广域测量系统量测数据参数的辨识,提出一种实现电网强迫功率振荡扰动源位置判断的方法。根据强迫振荡的能量函数,推导出基于参数辨识的扰动源定位方法,并根据理论分析指出该方法能够适用于振荡的稳态和瞬态阶段。通过对实际振荡案例分析,验证了所述方法的正确性和可行性。理论和实际分析结果表明,该方法能够快速判断强迫功率振荡扰动源的位置,易于实现在线计算。     

电力系统强迫功率振荡的等效电路定位分析法

强迫功率振荡事故发生时,最有效的应对办法是找到扰动源.文中以单机无穷大系统中原动机注入不平衡功率引发强迫振荡为例,根据振荡达到稳态时线性化系统变量关系以及能量转化的特性,把强迫振荡的功率偏差和频率偏差用相量表示,再将稳态的振荡过程转化为一个电路进行分析,并将此电路分析方法推广到多机系统.在此基础之上,给出了4种判断扰动传播方向的方法,并据此找出扰动源所在的位置.通过10机39节点系统仿真验证了该方法的有效性.     

电力系统强迫功率振荡及其影响因素研究

近年来,跨区域电网中出现了多次功率振荡并且呈现出新的振荡特性,但是根据经典的负阻尼转矩机理却无法解释这类振荡产生的原因,而强迫功率振荡机制可以很好地揭示这类振荡的起因。基于经典阻尼转矩理论在多机系统中对强迫振荡源作用下的电力系统受迫振荡机制进行分析,详细推导并论证了跨区大电网发生强迫功率振荡的影响因素,并指出系统的稳态响应是多种影响因素累加的综合效应。     

由风力发电引起的电力系统强迫功率振荡

强迫功率振荡理论可以解释电力系统非负阻尼功率振荡,建立了风力发电机组模型,仿真分析了计及风电场接入电网时风速扰动引起系统传输功率的振荡的情况,结果表明,风速扰动的频率接近或等于系统功率振荡的固有频率时,会引起大幅度的功率振荡.且随着风速扰动幅值的增大,系统功率振荡的幅值也增大.     

多机电力系统的强迫功率振荡特性研究

推导了多机电力系统强迫功率振荡近似稳态响应的表达式,在此基础上应用左右特征向量和参与因子等参数对多机系统发生强迫功率振荡时的振荡分布特性、扰动源位置对系统响应的影响等问题进行了分析。介绍了应用电力系统仿真软件DIgSILENT进行电力系统小干扰稳定性分析的一般方法。通过对4机2区系统的仿真分析对多机系统强迫功率振荡特性进行验证并与负阻尼和弱阻尼振荡进行比较,有助于更加深入地认识电力系统强迫功率振荡。     

电力系统强迫功率振荡扰动源的对比分析

电力系统中持续周期性小扰动由于共振可能引起联络线的大幅度强迫功率振荡,扰动源很难发现和捕捉。文中以两机等值系统模型为基础,在机理上研究了原动机功率与负荷两者持续周期性小扰动所造成电网功率振荡的区别,阐述了2种扰动源的不同性质。基于MATLAB对两者引起的电网强迫功率振荡进行了时域仿真分析。结果表明:相同幅值和频率情况下,原动机功率扰动比负荷扰动所引起的电网功率振荡幅值更大,接近其理论放大倍数。原动机功率扰动引起电网强迫功率振荡的可能性更大。该研究结果对理解目前电力系统存在的低频振荡现象具有一定的参考价值。     

基于能量机理的强迫功率振荡特性分析

使用能量函数法可以有效定位强迫功率振荡的扰动源。基于传统理论方法的能量函数,只能反映势能在电力系统中的传播和分布特性,无法说明扰动源发电机如何产生向外输出的势能。从发电机功角特性公式出发,考虑更多变量的影响,对能量函数重新进行推导,分析了扰动源发电机和非扰动源发电机相关变量的幅值相角关系,提出了一种能够解释扰动源发电机如何产生向外输出的势能及非扰动源发电机不产生向外输出势能的分析方法。在多母线双机对称系统上对提出的方法进行了仿真,分析了势能恒定分量在发电机、变压器和输电线路上的分布特性。仿真结果验证了所提分析方法的有效性。     

基于线性化模型的电力系统强迫功率振荡分析

电力系统强迫功率振荡为持续的周期性小扰动所引起低频振荡现象。基于电力系统的线性化模型,从频域分析的角度阐述了强迫振荡的机理、主要影响因素和工程分析方法,得出如下结论:当扰动频率接近系统固有的振荡频率时,可能激发系统的强迫功率振荡;固有振荡模式的阻尼比越小,强迫功率振荡幅值越大;对系统固有振荡模式参与程度较高的机组上施加扰动,同时输出响应对此模式的可观性亦较好时,强迫功率振荡幅值取得极大值。     

南方电网强迫功率振荡事故分析及其处置措施

电网强迫功率振荡事故的处置经验相对缺乏,值得深入研究。分析近年来南方电网多起强迫功率振荡事故,指出强迫振荡与弱阻尼（或负阻尼）振荡的差异,提出南方电网应急处置强迫振荡事故的措施,并建议在南方电网总调能量管理系统（EMS）增加基于同步相量测量装置（PMU）数据的暂态能量流计算功能,以便于快速、准确锁定振荡源。     

原动机周期性扰动引发强迫功率振荡特性研究

大型水电、火电集中外送系统存在的功率振荡是中国能源外送面临的突出难题,严重限制了外送功率的提升。近年来,实际电网中多次发生强迫功率振荡,前期研究表明,原动机周期性扰动很容易引起电网强迫功率振荡。结合计及原动机调速系统的Phillips-Heffron模型,分析得出共振时扰动源机组的机械负阻尼转矩系数ＫＲＥ为较大正值;同时进行能量分析,振荡时扰动源机组的势能与非扰动源机组的势能变化呈现明显不同的增长趋势。因此,结合发生强迫功率振荡时各机组的转矩和能量性质,能够实现对原动机周期性扰动类型扰动源的定位。     

基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫振荡,通过切除扰动原则可以使振荡迅速衰减。为了能够找到扰动源的具体位置,使振荡快速平息,对共振稳态时线性化系统能量转换特性进行了分析,结合实际电网扰动源自动定位存在的一些问题,对能量函数法进行了改进,提出了利用耗散功率进行扰动源识别的新方法。基于该方法,对4机2区系统、某实际大电网仿真模型以及广域测量系统(wide area measure system,WAMS)实测数据进行了仿真分析,结果表明利用耗散功率能够快速准确地确定强迫功率振荡扰动源的位置,说明了利用耗散功率进行扰动源识别方法的可行性以及对实际电网的适用性。