电力系统中机电扰动的传播特性

沈阳市辽中县供水管理处,辽宁沈阳110200

摘 要通过小扰动的方式,实现了典型供电系统的低频振荡模式,在机电扰动的状态下,电力系统的发电机的功率增量也将通过本地模式以及区间模式扰动组成.对于相同供电模式内不同发电机的机电扰动模式,本地模式分量之间将相互抵消,区间之间的分量将加强,通过仿真分析将验证机电扰动将在电力系统中产生渗透性传播,传播的速度与发电机转动惯量密切相关.

关 键 词电力系统；机电扰动；传播特性

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0016-02

低频振荡同时也是功率振荡,其根本在于电力系统的机电扰动引发的电机功角之间的相对振荡,同时也将使发电机的输出电功率发生周期性的振荡.从更大范围上而言,电力系统不是静态的,而是动态的,在电机的扰动状态下将产生功率振荡,只要在电机扰动作用下都能形成功率振荡,而是在弱阻尼的状态下,相应的系统并不能迅速完成系统的振荡过程,而在负阻尼的作用下,都将产生增幅振荡的情况.而当系统产生低频振荡时,电力系统的发电机发生低频振荡时,系统的每台发电机都将相对于其他发电机产生一定的振荡,同时低频振荡也将将分为本地模式以及区间模式,本地模式也将体现出在一定区间机组范围内的相对振荡,而系统区间模式是电力系统之间产生的相互作用的后果.

相应的电力系统的机电扰动的低频振荡研究,并从电力系统的机电扰动的传播特性角度分析,但电力系统的众多问题都与都与运动过程中的能量相关,通过对电力系统的机电扰动传播特性进行分析,明确了区域内部机组之间由于机电扰动而形成的本地模式将相互削弱.但同一区域内的区间模式将相互叠加以及增强,从而导致了联络线振幅较大.通过相应的仿真分析了解到,在互联系统中,电力系统间的机电扰动还可通过联络线渗播,渗播的速度受到发电机转动惯量的影响.

1.电力系统的低频振荡分析

1）电力系统的供电区域内,机电扰动将引发当前所在区域内的本地振荡模式以及区间振荡模式.电力机组输出电力功率的增量由本地振荡分量以及区间振荡分量两个部分构成；

2）在同一供电区域内部,不同的机组输出的电功率的区间模式的分量符号应保持一致,而本地模式的振荡分量符号则应保持相反；

3）相同的供电区域内部,若干机组并联在同一条母线上,那么在母线的连接处,区域之间的模式幅值将增强,而本地模式的幅值将遭到削弱,由此联络线一般振幅较大.

2.电力系统机电扰动的传播速度

长久的研究以来,人们普遍以为有功功率一光速速率在电网中传播,在相关的研究人员通过同步测量电力系统的机电动态响应后了解到,机电扰动的速度比光速要晓得多.要实现从理论上研究机电扰动的传播速度,还应建立电力系统的连续系统模型,从波动理论这一视角研究电力系统的机电暂态,建立了由多台发电机构成的链式电力系统的机电系统模型.检测设电力系统中连接起来的模型参数处于均匀分布状况,当发电机相互靠近,两台发电机之间的间隔距离接近于零时,可以得出离散模型到连续体模型的电力系统机电波方程.

根据所推出公式得知,电力系统连续体中以密度为基本分类形式的发电机组的转子角动量、阻尼和机械功率以及线路电纳以及电导等.若是电力系统机组的连续体具有均匀的参数且长度为无限,那么在实际的理论研究中,检测设不考虑初始速度的影响,而后可推出对电力系统机电波方程的通解.

由机电波的传播速度公式可了解到,机电扰动的传播速度与线路的电纳以及发电机的转子角惯量相关,但发电机的转子角惯量与转子角速度有关,当系统中的线路参数以及角的频率保持在一定的数值时,电力系统机电扰动传播速度只受到电力系统发电机转动惯量的变化影响.那么,电力系统中无连接的发电机组长距离的输电线路,由于转动惯量趋向于零,那么其具有较大的传播速率,其传播速率与光速接近.

3.电力系统机电扰动传播的仿真分析

3.1 机电振荡模式

为了明确电力系统中机电扰动低频振荡的传播过程,在该模式基础之上,以IEEE 4机11节点系统为实例进行仿真研究和说明.响应的系统结构图如图1所示.在未安装PSS的状况下,通过测试电力系统的三种机电的振荡模式,在模式一的振荡试验中,振荡频率为0.64,振荡模式2中的振荡频率为1.12,最后振荡模式3中的振荡频率为1.16,呈现递增的发展趋势.

在图1系统中的G1处施加机电扰动为具体研究实例,实现机电扰动传播特性的研究,在0.5s后在机电连接组的G1开端施加扰动,0.5s后消除扰动,为观察机电波的变化状况,揭示其实质,在研究过程中采用了Prony方法对相关支路的波形进行分解,分解后的波形图呈现持续变化的模式,也就是本地模式在受到小干扰后呈现波动到平稳的发展曲线,而区间模式则呈现出由平稳到波动的发展曲线.将电力系统受到小干扰后的机电波形通过Prony 分解完成后了解到,其结构为区间模式分量以及本地模式分量两个部分构成,而机电振荡模式1下,相应的特征值为0.1080±j4.0258,频率为0.6407,阻尼比为-0.0268.模式2的特征值为-0.6788±j7.0460,频率为1.1214,阻尼比为0.0958.

4.结论

通过发电机输出功率的增量方程了解到,机电扰动将引发电力系统供应区域的多个区间以及本地模式之间的振荡,使用小扰动的仿真分析方式,将连接在同一母线上的不同支路振荡输出响应可了解到,在同一个供电区域内部,不同自己之间的本地振荡模式符号相反,然而区间模式的符合则保持一致.由此可了解到,在母线的连接处,本地模式将遭到削弱,而区间模式则得以加强.并且,以联络线两端有功功率的相角对比,明确了电力系统中机电扰动的平均传播速度与发电机惯量密切相关,机电扰动在机电组中的平均传播速度远小于光速.