[发明专利]一种负阻尼低频振荡与强迫功率振荡判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统调度自动化及电网的安全运行，更具体涉及判别电网低频振荡是属于负阻尼低频振荡，还是属于强迫功率振荡。

背景技术

电力系统在扰动下会发生电机转子间的相对摇摆并在缺乏阻尼的情况下引起持续振荡，振荡频率范围在0.1～2.5Hz，故称为低频振荡。对于低频振荡产生的机理，理论上比较完善工程应用最多的是负阻尼理论，F．Demello等于1969年运用阻尼转矩的概念对单机一无穷大系统中的低频振荡现象进行了机理研究，认为低频振荡产生的原因是由于高放大倍数的励磁系统产生了负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使得系统的总阻尼很小或为负，这样一旦出现扰动，就会引起转子增幅振荡或振荡不收敛。低频振荡较容易发生在负载较重的长条形系统中，除了励磁系统对系统阻尼有较大影响外，系统的网架结构、运行方式、负荷特性以及调速器参数对系统振荡的阻尼均有较大的影响。

强迫振荡理论对一些实际发生功率振荡有较好的解释，越来越受到国内外专家学者的认同，该理论认为当系统受到外界持续周期性功率扰动的频率接近系统功率振荡的固有频率时，会引起大幅度的功率振荡。汤涌在电网技术2006，30(10) ：29-33发表的《电力系统强迫功率振荡的基础理论》；杨东俊等在电力系统自动化2009，33（23）：24-28发表的《基于WAMS量测数据的低频振荡机理分析》；以及杨东俊等在电力系统自动化2011，35（10）：99-103发表的《同步发电机非同期并网引起电力系统强迫功率振荡分析》等论文中，分别通过理论及电网实际案例分析，论证了对于强迫功率振荡最有效的处理措施是迅速找到并切除扰动源。

虽然，负阻尼低频振荡和强迫功率振荡具有非常相似的表现形式，但是由于发生机理不同，采用的抑制措施也不相同。在调度运行中，对于负阻尼低频振荡主要采用各种增强系统阻尼的措施包括：降低相关发电机组有功输出，减小配出线路或系统间联络线的传输功率，提高发电机机端电压，将电压调节器退出运行，或降低放大倍数，投运PSS和各种类型的阻尼控制器等；对于抑制强迫功率振荡的最直接有效的方法就是迅速找到并切除扰动源。因此，在振荡发生时根据振荡特征迅速判断振荡机理，是快速抑制振荡、防止振荡扩散的关键技术和前提。

目前，当电网中发生低频振荡时，尚无方法能够对振荡的机理做出及时、有效的判断，往往依靠调度人员的经验采取措施，难以快速、及时地抑制振荡。

杨东俊等在电力系统自动化2012，36（2）：26-30发表的《基于参数辨识的强迫功率振荡扰动源定位方法》论文中，提出了通过对振荡数据的参数辨识求解能流方向因子的强迫功率振荡的扰动源定位方法，主要的技术原理如下：

对于单机无穷大系统，发电机采用二阶经典模型，小扰动情况下线性化转子运动方程为：

     （1）

式中：为机组惯性常数，为发电机阻尼系数，为扰动功率变化量，为电功率变化量，为转子角偏移，为转速变化量，为基准频率。

对式（1）进行初积分，可得系统的能量函数为：

          （2）

式中：

动能函数：；

势能函数：；

外施扰动能量函数：;

阻尼耗散能量函数：;

 在强迫功率振荡的稳态阶段，扰动频率与系统固有频率近似相等，此时外施扰动做功与系统阻尼耗散能量相等， ，系统的动能与势能完全转换，，系统表现为无阻尼自由振荡。

外施扰动做功注入系统的能量是通过势能在网络中传播，系统中支路L_i-j的i端势能函数为：

               （3）

式中：为支路功率变化量，为支路i端频率变化量。

在强迫功率振荡的稳态阶段，各状态量都以扰动频率周期性的变化，设，，其中、分别为支路功率、频率变化幅度，、为支路功率、频率变化初相位，为扰动频率；代入（3）式可得：

（4）

式中：

              （5）

   （6）

外施扰动注入系统并在网络中传播消耗的能量主要由式（4）的非周期分量即式（6）体现，文中将定义为“能流方向因子”，能流方向因子能够表征势能中非周期性分量的大小及方向。当能流方向因子时势能趋势为流出节点，当时势能趋势为流入节点，据此可以判断支路势能非周期分量的流动方向。对于强迫振荡扰动源所在节点是能流方向因子最大的振荡功率输出节点，其能流方向因子远大于其他节点。