電力系統(tǒng)機電振蕩非線性現(xiàn)象的研究

摘 要：電力系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，導致了機電振蕩現(xiàn)象，對機電振蕩現(xiàn)象的研究，有利于區(qū)域電網(wǎng)的研究。電力系統(tǒng)作為一個非線性系統(tǒng)，其非線性特性一定會對機電振蕩產(chǎn)生影響。所以，采用非線性化的分析方法，通過獲得電力系統(tǒng)的機電振蕩響應軌跡，能夠更準確的得出系統(tǒng)在非線性程度不同時，響應曲線的變化?；诖?，本文就電力系統(tǒng)機電振蕩的非線性現(xiàn)象展開分析。

關鍵詞：電力系統(tǒng)；機電振蕩；非線性現(xiàn)象

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.205

0 前言

電力系統(tǒng)的非線性特性能夠直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定分析效果，因此受到了廣大電力研究人員大重視。電力系統(tǒng)非線性特性影響機電振蕩隨時間的推移，改變Prony分析等結(jié)果。近年來關于電力系統(tǒng)機電振蕩的非線性現(xiàn)象的研究，主要以模態(tài)級數(shù)法和正規(guī)形方法兩種，這兩種研究方法，都是將非線性方程應用泰勒級數(shù)在平衡點處展開，然后通過高階項來反映出不同振蕩現(xiàn)象之間的交互作用。

1 影響電力系統(tǒng)變化的條件

電力系統(tǒng)的機電振蕩時，發(fā)電機的頻率、轉(zhuǎn)速、輸出電磁的功率也都會隨之發(fā)生變化。為更加清晰的分析電力系統(tǒng)的非線性現(xiàn)象，我們依據(jù)電力系統(tǒng)軌跡辨識技術中的時域仿真技術，構建一個仿真環(huán)境。在這一仿真環(huán)境中，給發(fā)電機一端加以三相短路故障，并給予不同的擾動條件，然后觀察其功角、轉(zhuǎn)速以及輸出電磁功率的響應曲線[1]。當擾動量為3個周波時間時，發(fā)電機的功角會發(fā)生連續(xù)突變，在電力系統(tǒng)的影響下，慢慢最時間逐漸減小，系統(tǒng)也漸漸恢復運行穩(wěn)定的狀態(tài)。

當擾動量增大時，電力系統(tǒng)也會遭受更大的沖擊，當非線性電力系統(tǒng)運行的初始點開始遠離穩(wěn)定點時，電力系統(tǒng)的故障響應曲線的初始峰值會隨之增大，振蕩周期也相應邊長，頻率降低。電力系統(tǒng)的整體規(guī)模越大，其運行系統(tǒng)就離穩(wěn)定運行點越遠，非線性程度就會越強。這時如果發(fā)生機電振蕩，電力系統(tǒng)的頻率就會降低，甚至可能低于0.1Hz。當擾動量增大到一定程度時，系統(tǒng)可能會失去穩(wěn)定。

2 影響機電振蕩相應變化的因素

準確研究機電振蕩過程中的發(fā)電機轉(zhuǎn)速、功角、輸出電磁功率的變化現(xiàn)象，有利于機電振蕩抑制器的研究。在上述的仿真環(huán)境中，擾動量達到6.5各周波時間時，電力系統(tǒng)會失去穩(wěn)定，當擾動量到達6個周波時間時，系統(tǒng)的初始振幅達到最大，非線性特性的影響作用也達到了穩(wěn)定域的最大值。當擾動量設置到6各周波時間時，系統(tǒng)的阻尼也隨時間增加，減少振蕩幅值。這時，由于電力系統(tǒng)的非線性特性，當振蕩周期達到短路故障時的最大值時，發(fā)電機的功角、轉(zhuǎn)速、輸出電磁功率的振蕩周期也會隨著時間的推移逐漸減少[2]。

利用來源于電力系統(tǒng)軌跡辨識技術和非線性特性的方法，如Prony 分析法、正規(guī)形方法等，都能夠獲取到系統(tǒng)的線下化低階模型，從而得到相應的傳遞函數(shù)，并由此確定電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行范圍。著中方法的應用，能夠為進一步設計機電振蕩抑制器提供有效參考。

3 無窮大電源存在小擾動時電力系統(tǒng)的機電振蕩變化

電力系統(tǒng)中的負荷波動與勵磁調(diào)速系統(tǒng)存在的不穩(wěn)定性，會為系統(tǒng)的運行帶來持續(xù)性的小量擾動。在一定條件下，可能會引起電力系統(tǒng)的大幅度功率震蕩。當功率震蕩出現(xiàn)增幅狀態(tài)時，會導致系統(tǒng)失去穩(wěn)定，嚴重時，甚至會導致電力系統(tǒng)的解列。為此，我們簡要研究一下小擾動對電力系統(tǒng)的機電振蕩的影響[3]。

首先，重新設置仿真環(huán)境如下：當電力系統(tǒng)正常運行時，電源節(jié)點的電壓無窮大，其頻率、電壓、相角值都處于穩(wěn)定狀態(tài)，在無窮大電源穩(wěn)定的基礎上，增加一定的小擾動。當無窮大電源節(jié)點內(nèi)擾動量的頻率逐漸增大時，無窮大電源節(jié)點就會出現(xiàn)一個小的擾動量，電力系統(tǒng)的機電振蕩就會隨著其擾動頻率的變化人變化。隨著道東頻率的不斷增加，機電振蕩的功角、轉(zhuǎn)速和電磁功率都會隨之呈現(xiàn)先增大再逐漸降低，并趨于穩(wěn)定的變化曲線。

根據(jù)此種變化影響，當發(fā)電機組處于運行狀態(tài)時，存在振蕩頻率。當電力系統(tǒng)的擾動頻率與電力系統(tǒng)的原有振蕩頻率逐漸接近時，系統(tǒng)就會發(fā)生強迫功率振蕩現(xiàn)象[4]。在重新設置的仿真環(huán)境中，無窮大電源內(nèi)部的振動頻率在1.1-1.2Hz時，當擾動頻率也處于該區(qū)間時，電力系統(tǒng)的振蕩幅值會處于峰值。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文以仿真環(huán)境為基礎，分析了電力系統(tǒng)的機電振蕩的非線性現(xiàn)象。當仿真模型中增加擾動量達到6.5各周波時間時，電力系統(tǒng)會失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的非線性特性，會因地機電振蕩過程中，響應曲線不一致的衰減速度，且非線性程度越高，其衰減速度越快；非線性程度越低，衰減速度也就越慢。當對電力系統(tǒng)施加小量擾動時，會引起系統(tǒng)出現(xiàn)強迫功率震蕩。電力系統(tǒng)阻尼對于機電振蕩現(xiàn)象能夠起到調(diào)節(jié)作用，但不能起到?jīng)Q定性作用。當電力系統(tǒng)阻尼處于較強狀態(tài)時，擾動頻率與原有頻率接近時，依舊會出現(xiàn)較大振蕩幅值的機電振蕩現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]馬列.非線性電力系統(tǒng)機電振蕩的方法分析[J].中國電力教育，2013（05）：209-210.

[2]馬景蘭，王偉，萬京生，張永麗.電力系統(tǒng)低頻振蕩中的非線性奇異現(xiàn)象[J].中國工程科學，2009（08）：93-96.

[3]趙輝，范冬林，岳有軍，王紅君.一類非線性電力系統(tǒng)混沌振蕩產(chǎn)生機理的研究[J].電源技術，2015（08）：1755-1757+1776.

[4]左劍，張程穩(wěn)，肖逸，李銀紅，段獻忠.基于灰狼優(yōu)化算法的多機電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)最優(yōu)設計[J/OL].

作者簡介：余冬平（1981-），男，浙江嘉興人，大專，助理工程師，主要研究方向：施工管理。endprint