基于共振機理的低頻振蕩擾動源在電力系統中的應用

劉健+郄凱旋+王德周+吳強

摘 要：本文分析了電力系統中共振機理的低頻振蕩擾動源的應用，闡述了在當前形勢下，加強對共振機理的低頻振蕩擾動源在電力系統中應用的重要性，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源進行研究。

關鍵詞：共振機理；低頻振蕩擾動源；電力系統

中圖分類號：TM 712 文獻標識碼：A

電力系統中發生低頻振蕩的問題，其共振機理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機功率變化的原因進行研究，并結合MATLAB建立了相關的機網耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機調節汽門擾動的分析，進而達到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發生條件

低頻振蕩主要是指在電力系統運行中，由于發電機組在干擾下轉子之間會產生相對搖擺，并且輸電線路上的功率會發生頻率很低的振蕩。低頻振蕩的產生主要分為兩個方面：一是長距離、重負荷輸電線上；二是采用的是勵磁系統。低頻振蕩發生后可能會持續一段時間，但有可能持續很長時間，導致震蕩幅值持續增長引起系統的穩定性遭到破壞。

2低頻振蕩的共振機理

在電力系統中，通常發電機采用二階經典模型表示單機-無窮大系統，二階常系數非齊次微分方程式通過將轉子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉子慣性常數，為阻尼系數，為同步力矩系數，為轉子角偏移，為機械的功率變化。通常我們將原動機功率的變化忽視后，轉子運動方程式也發生了相應的轉變，轉化為二階常系數齊次微分方程，而當原動機功率不能進行忽略時，會采用特解進行對方程式的解讀。通過上述方程可用求極值的方式算出當振幅達到最大值時，對應的角的頻率為：

（2）

式中為系統無阻尼自然振蕩角頻率，為阻尼因子。

通過該公式可以看出角頻率比系統無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機調速系統特性

控制轉速和負荷是調速系統的基本功能，現在主要使用的是數字電液調速系統，該系統具有一定的靈活性。調速系統的構成主要分為四個部分：感應機構、傳動放大機構、執行機構以及反饋機構。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導致轉速上升引起汽輪機出現安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負荷擺動的現象。因此速度變動率的值一般取為5%。實際情況下速度變動率各段的數值是不一樣的。如圖1所示。在某一個階段的速度變動力過小，靜態特性曲線出現平穩的情況，汽輪機調節汽門會出現比較大的變化。

4仿真模型及結果

在圖2的調速系統模型中，各參數為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關閉）。

調節汽門開度擾動引起的汽輪機功率變化可以用汽輪機模型來表示，，，，，.

參數為：

經過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中。可出，對應的共振頻率為。

仿真結果：

在對調速系統靜態特性曲線進行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機調速系統的轉子速度偏差擾動頻率為系統共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

從仿真的結果我們可以看出，假如汽輪機調速系統靜特性結果不在理想的范圍內，并且速度變動率存在局部過小的問題，這樣就會使調節汽門的開度變化受到運行點轉子速度擾動偏差較小時產生較大的影響。引起電力系統較大幅值的震蕩的原因可能是當擾動頻率與系統固有振蕩頻率接近。

全液壓調速系統在當前的電力系統中仍然有一部分的機組還在使用，通過脈沖泵對該調速系統的轉速進行測量，全液壓調節系統在進行使用時，通常油泵會出現產生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉速的測量進行干擾，導致油動機活塞出現振動的情況，直接引起汽輪機功率產生波動。其原因是當全液壓調速系統油壓按照正弦規律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統固有頻率相接近。

結語

綜上，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機理、汽輪機調速系統特性以及建立仿真模型進行研究，希望能為技術實踐提供有益參考。

參考文獻

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統低頻振蕩綜述[J].電力與能源，2014（01）：38-42.

[2]韓軍，田俊生.電力系統低頻振蕩研究綜述[J].長治學院學報，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了電力系統中共振機理的低頻振蕩擾動源的應用，闡述了在當前形勢下，加強對共振機理的低頻振蕩擾動源在電力系統中應用的重要性，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源進行研究。

關鍵詞：共振機理；低頻振蕩擾動源；電力系統

中圖分類號：TM 712 文獻標識碼：A

電力系統中發生低頻振蕩的問題，其共振機理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機功率變化的原因進行研究，并結合MATLAB建立了相關的機網耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機調節汽門擾動的分析，進而達到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發生條件

低頻振蕩主要是指在電力系統運行中，由于發電機組在干擾下轉子之間會產生相對搖擺，并且輸電線路上的功率會發生頻率很低的振蕩。低頻振蕩的產生主要分為兩個方面：一是長距離、重負荷輸電線上；二是采用的是勵磁系統。低頻振蕩發生后可能會持續一段時間，但有可能持續很長時間，導致震蕩幅值持續增長引起系統的穩定性遭到破壞。

2低頻振蕩的共振機理

在電力系統中，通常發電機采用二階經典模型表示單機-無窮大系統，二階常系數非齊次微分方程式通過將轉子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉子慣性常數，為阻尼系數，為同步力矩系數，為轉子角偏移，為機械的功率變化。通常我們將原動機功率的變化忽視后，轉子運動方程式也發生了相應的轉變，轉化為二階常系數齊次微分方程，而當原動機功率不能進行忽略時，會采用特解進行對方程式的解讀。通過上述方程可用求極值的方式算出當振幅達到最大值時，對應的角的頻率為：

（2）

式中為系統無阻尼自然振蕩角頻率，為阻尼因子。

通過該公式可以看出角頻率比系統無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機調速系統特性

控制轉速和負荷是調速系統的基本功能，現在主要使用的是數字電液調速系統，該系統具有一定的靈活性。調速系統的構成主要分為四個部分：感應機構、傳動放大機構、執行機構以及反饋機構。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導致轉速上升引起汽輪機出現安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負荷擺動的現象。因此速度變動率的值一般取為5%。實際情況下速度變動率各段的數值是不一樣的。如圖1所示。在某一個階段的速度變動力過小，靜態特性曲線出現平穩的情況，汽輪機調節汽門會出現比較大的變化。

4仿真模型及結果

在圖2的調速系統模型中，各參數為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關閉）。

調節汽門開度擾動引起的汽輪機功率變化可以用汽輪機模型來表示，，，，，.

參數為：

經過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中。可出，對應的共振頻率為。

仿真結果：

在對調速系統靜態特性曲線進行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機調速系統的轉子速度偏差擾動頻率為系統共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

從仿真的結果我們可以看出，假如汽輪機調速系統靜特性結果不在理想的范圍內，并且速度變動率存在局部過小的問題，這樣就會使調節汽門的開度變化受到運行點轉子速度擾動偏差較小時產生較大的影響。引起電力系統較大幅值的震蕩的原因可能是當擾動頻率與系統固有振蕩頻率接近。

全液壓調速系統在當前的電力系統中仍然有一部分的機組還在使用，通過脈沖泵對該調速系統的轉速進行測量，全液壓調節系統在進行使用時，通常油泵會出現產生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉速的測量進行干擾，導致油動機活塞出現振動的情況，直接引起汽輪機功率產生波動。其原因是當全液壓調速系統油壓按照正弦規律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統固有頻率相接近。

結語

綜上，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機理、汽輪機調速系統特性以及建立仿真模型進行研究，希望能為技術實踐提供有益參考。

參考文獻

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統低頻振蕩綜述[J].電力與能源，2014（01）：38-42.

[2]韓軍，田俊生.電力系統低頻振蕩研究綜述[J].長治學院學報，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了電力系統中共振機理的低頻振蕩擾動源的應用，闡述了在當前形勢下，加強對共振機理的低頻振蕩擾動源在電力系統中應用的重要性，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源進行研究。

關鍵詞：共振機理；低頻振蕩擾動源；電力系統

中圖分類號：TM 712 文獻標識碼：A

電力系統中發生低頻振蕩的問題，其共振機理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機功率變化的原因進行研究，并結合MATLAB建立了相關的機網耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機調節汽門擾動的分析，進而達到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發生條件

低頻振蕩主要是指在電力系統運行中，由于發電機組在干擾下轉子之間會產生相對搖擺，并且輸電線路上的功率會發生頻率很低的振蕩。低頻振蕩的產生主要分為兩個方面：一是長距離、重負荷輸電線上；二是采用的是勵磁系統。低頻振蕩發生后可能會持續一段時間，但有可能持續很長時間，導致震蕩幅值持續增長引起系統的穩定性遭到破壞。

2低頻振蕩的共振機理

在電力系統中，通常發電機采用二階經典模型表示單機-無窮大系統，二階常系數非齊次微分方程式通過將轉子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉子慣性常數，為阻尼系數，為同步力矩系數，為轉子角偏移，為機械的功率變化。通常我們將原動機功率的變化忽視后，轉子運動方程式也發生了相應的轉變，轉化為二階常系數齊次微分方程，而當原動機功率不能進行忽略時，會采用特解進行對方程式的解讀。通過上述方程可用求極值的方式算出當振幅達到最大值時，對應的角的頻率為：

（2）

式中為系統無阻尼自然振蕩角頻率，為阻尼因子。

通過該公式可以看出角頻率比系統無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機調速系統特性

控制轉速和負荷是調速系統的基本功能，現在主要使用的是數字電液調速系統，該系統具有一定的靈活性。調速系統的構成主要分為四個部分：感應機構、傳動放大機構、執行機構以及反饋機構。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導致轉速上升引起汽輪機出現安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負荷擺動的現象。因此速度變動率的值一般取為5%。實際情況下速度變動率各段的數值是不一樣的。如圖1所示。在某一個階段的速度變動力過小，靜態特性曲線出現平穩的情況，汽輪機調節汽門會出現比較大的變化。

4仿真模型及結果

在圖2的調速系統模型中，各參數為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關閉）。

調節汽門開度擾動引起的汽輪機功率變化可以用汽輪機模型來表示，，，，，.

參數為：

經過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中。可出，對應的共振頻率為。

仿真結果：

在對調速系統靜態特性曲線進行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機調速系統的轉子速度偏差擾動頻率為系統共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

從仿真的結果我們可以看出，假如汽輪機調速系統靜特性結果不在理想的范圍內，并且速度變動率存在局部過小的問題，這樣就會使調節汽門的開度變化受到運行點轉子速度擾動偏差較小時產生較大的影響。引起電力系統較大幅值的震蕩的原因可能是當擾動頻率與系統固有振蕩頻率接近。

全液壓調速系統在當前的電力系統中仍然有一部分的機組還在使用，通過脈沖泵對該調速系統的轉速進行測量，全液壓調節系統在進行使用時，通常油泵會出現產生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉速的測量進行干擾，導致油動機活塞出現振動的情況，直接引起汽輪機功率產生波動。其原因是當全液壓調速系統油壓按照正弦規律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統固有頻率相接近。

結語

綜上，針對目前共振機理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機理、汽輪機調速系統特性以及建立仿真模型進行研究，希望能為技術實踐提供有益參考。

參考文獻

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統低頻振蕩綜述[J].電力與能源，2014（01）：38-42.

[2]韓軍，田俊生.電力系統低頻振蕩研究綜述[J].長治學院學報，2012（05）：61-65.endprint