電力系統機電振蕩非線性現象的研究

摘 要：電力系統網絡規模的不斷擴大，導致了機電振蕩現象，對機電振蕩現象的研究，有利于區域電網的研究。電力系統作為一個非線性系統，其非線性特性一定會對機電振蕩產生影響。所以，采用非線性化的分析方法，通過獲得電力系統的機電振蕩響應軌跡，能夠更準確的得出系統在非線性程度不同時，響應曲線的變化。基于此，本文就電力系統機電振蕩的非線性現象展開分析。

關鍵詞：電力系統；機電振蕩；非線性現象

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

0 前言

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

1 影響電力系統變化的條件

電力系統的機電振蕩時，發電機的頻率、轉速、輸出電磁的功率也都會隨之發生變化。為更加清晰的分析電力系統的非線性現象，我們依據電力系統軌跡辨識技術中的時域仿真技術，構建一個仿真環境。在這一仿真環境中，給發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，發電機的功角會發生連續突變，在電力系統的影響下，慢慢最時間逐漸減小，系統也漸漸恢復運行穩定的狀態。

當擾動量增大時，電力系統也會遭受更大的沖擊，當非線性電力系統運行的初始點開始遠離穩定點時，電力系統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。電力系統的整體規模越大，其運行系統就離穩定運行點越遠，非線性程度就會越強。這時如果發生機電振蕩，電力系統的頻率就會降低，甚至可能低于0.1Hz。當擾動量增大到一定程度時，系統可能會失去穩定。

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電機轉速、功角、輸出電磁功率的變化現象，有利于機電振蕩抑制器的研究。在上述的仿真環境中，擾動量達到6.5各周波時間時，電力系統會失去穩定，當擾動量到達6個周波時間時，系統的初始振幅達到最大，非線性特性的影響作用也達到了穩定域的最大值。當擾動量設置到6各周波時間時，系統的阻尼也隨時間增加，減少振蕩幅值。這時，由于電力系統的非線性特性，當振蕩周期達到短路故障時的最大值時，發電機的功角、轉速、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軌跡辨識技術和非線性特性的方法，如Prony 分析法、正規形方法等，都能夠獲取到系統的線下化低階模型，從而得到相應的傳遞函數，并由此確定電力系統的穩定運行范圍。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的機電振蕩變化

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

首先，重新設置仿真環境如下：當電力系統正常運行時，電源節點的電壓無窮大，其頻率、電壓、相角值都處于穩定狀態，在無窮大電源穩定的基礎上，增加一定的小擾動。當無窮大電源節點內擾動量的頻率逐漸增大時，無窮大電源節點就會出現一個小的擾動量，電力系統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、轉速和電磁功率都會隨之呈現先增大再逐漸降低，并趨于穩定的變化曲線。

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

4 結束語

綜上所述，本文以仿真環境為基礎，分析了電力系統的機電振蕩的非線性現象。當仿真模型中增加擾動量達到6.5各周波時間時，電力系統會失去穩定。電力系統的非線性特性，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。當對電力系統施加小量擾動時，會引起系統出現強迫功率震蕩。電力系統阻尼對于機電振蕩現象能夠起到調節作用，但不能起到決定性作用。當電力系統阻尼處于較強狀態時，擾動頻率與原有頻率接近時，依舊會出現較大振蕩幅值的機電振蕩現象。

參考文獻：

[1]馬列.非線性電力系統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.電力系統低頻振蕩中的非線性奇異現象[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混沌振蕩產生機理的研究[J].電源技術，2015（08）：1755-1757+1776.

[4]左劍，張程穩，肖逸，李銀紅，段獻忠.基于灰狼優化算法的多機電力系統穩定器參數最優設計[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