劉健+郄凱旋+王德周+吳強(qiáng)

摘 要：本文分析了電力系統(tǒng)中共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源的應(yīng)用，闡述了在當(dāng)前形勢下，加強(qiáng)對共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：共振機(jī)理；低頻振蕩擾動源；電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM 712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

電力系統(tǒng)中發(fā)生低頻振蕩的問題，其共振機(jī)理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機(jī)功率變化的原因進(jìn)行研究，并結(jié)合MATLAB建立了相關(guān)的機(jī)網(wǎng)耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門擾動的分析，進(jìn)而達(dá)到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發(fā)生條件

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

2低頻振蕩的共振機(jī)理

在電力系統(tǒng)中，通常發(fā)電機(jī)采用二階經(jīng)典模型表示單機(jī)-無窮大系統(tǒng)，二階常系數(shù)非齊次微分方程式通過將轉(zhuǎn)子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉(zhuǎn)子慣性常數(shù)，為阻尼系數(shù)，為同步力矩系數(shù)，為轉(zhuǎn)子角偏移，為機(jī)械的功率變化。通常我們將原動機(jī)功率的變化忽視后，轉(zhuǎn)子運動方程式也發(fā)生了相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為二階常系數(shù)齊次微分方程，而當(dāng)原動機(jī)功率不能進(jìn)行忽略時，會采用特解進(jìn)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(dāng)振幅達(dá)到最大值時，對應(yīng)的角的頻率為：

（2）

式中為系統(tǒng)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(tǒng)無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性

控制轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是調(diào)速系統(tǒng)的基本功能，現(xiàn)在主要使用的是數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的靈活性。調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成主要分為四個部分：感應(yīng)機(jī)構(gòu)、傳動放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及反饋機(jī)構(gòu)。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升引起汽輪機(jī)出現(xiàn)安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負(fù)荷擺動的現(xiàn)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(shù)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(tài)特性曲線出現(xiàn)平穩(wěn)的情況，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門會出現(xiàn)比較大的變化。

4仿真模型及結(jié)果

在圖2的調(diào)速系統(tǒng)模型中，各參數(shù)為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關(guān)閉）。

調(diào)節(jié)汽門開度擾動引起的汽輪機(jī)功率變化可以用汽輪機(jī)模型來表示，，，，，.

參數(shù)為：

經(jīng)過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中?？沙?，對應(yīng)的共振頻率為。

仿真結(jié)果：

在對調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線進(jìn)行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子速度偏差擾動頻率為系統(tǒng)共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

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

全液壓調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中仍然有一部分的機(jī)組還在使用，通過脈沖泵對該調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)在進(jìn)行使用時，通常油泵會出現(xiàn)產(chǎn)生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉(zhuǎn)速的測量進(jìn)行干擾，導(dǎo)致油動機(jī)活塞出現(xiàn)振動的情況，直接引起汽輪機(jī)功率產(chǎn)生波動。其原因是當(dāng)全液壓調(diào)速系統(tǒng)油壓按照正弦規(guī)律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統(tǒng)固有頻率相接近。

結(jié)語

綜上，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機(jī)理、汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性以及建立仿真模型進(jìn)行研究，希望能為技術(shù)實踐提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統(tǒng)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(tǒng)低頻振蕩研究綜述[J].長治學(xué)院學(xué)報，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了電力系統(tǒng)中共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源的應(yīng)用，闡述了在當(dāng)前形勢下，加強(qiáng)對共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：共振機(jī)理；低頻振蕩擾動源；電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM 712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

電力系統(tǒng)中發(fā)生低頻振蕩的問題，其共振機(jī)理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機(jī)功率變化的原因進(jìn)行研究，并結(jié)合MATLAB建立了相關(guān)的機(jī)網(wǎng)耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門擾動的分析，進(jìn)而達(dá)到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發(fā)生條件

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

2低頻振蕩的共振機(jī)理

在電力系統(tǒng)中，通常發(fā)電機(jī)采用二階經(jīng)典模型表示單機(jī)-無窮大系統(tǒng)，二階常系數(shù)非齊次微分方程式通過將轉(zhuǎn)子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉(zhuǎn)子慣性常數(shù)，為阻尼系數(shù)，為同步力矩系數(shù)，為轉(zhuǎn)子角偏移，為機(jī)械的功率變化。通常我們將原動機(jī)功率的變化忽視后，轉(zhuǎn)子運動方程式也發(fā)生了相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為二階常系數(shù)齊次微分方程，而當(dāng)原動機(jī)功率不能進(jìn)行忽略時，會采用特解進(jìn)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(dāng)振幅達(dá)到最大值時，對應(yīng)的角的頻率為：

（2）

式中為系統(tǒng)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(tǒng)無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性

控制轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是調(diào)速系統(tǒng)的基本功能，現(xiàn)在主要使用的是數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的靈活性。調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成主要分為四個部分：感應(yīng)機(jī)構(gòu)、傳動放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及反饋機(jī)構(gòu)。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升引起汽輪機(jī)出現(xiàn)安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負(fù)荷擺動的現(xiàn)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(shù)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(tài)特性曲線出現(xiàn)平穩(wěn)的情況，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門會出現(xiàn)比較大的變化。

4仿真模型及結(jié)果

在圖2的調(diào)速系統(tǒng)模型中，各參數(shù)為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關(guān)閉）。

調(diào)節(jié)汽門開度擾動引起的汽輪機(jī)功率變化可以用汽輪機(jī)模型來表示，，，，，.

參數(shù)為：

經(jīng)過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中?？沙觯瑢?yīng)的共振頻率為。

仿真結(jié)果：

在對調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線進(jìn)行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子速度偏差擾動頻率為系統(tǒng)共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

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

全液壓調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中仍然有一部分的機(jī)組還在使用，通過脈沖泵對該調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)在進(jìn)行使用時，通常油泵會出現(xiàn)產(chǎn)生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉(zhuǎn)速的測量進(jìn)行干擾，導(dǎo)致油動機(jī)活塞出現(xiàn)振動的情況，直接引起汽輪機(jī)功率產(chǎn)生波動。其原因是當(dāng)全液壓調(diào)速系統(tǒng)油壓按照正弦規(guī)律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統(tǒng)固有頻率相接近。

結(jié)語

綜上，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機(jī)理、汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性以及建立仿真模型進(jìn)行研究，希望能為技術(shù)實踐提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統(tǒng)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(tǒng)低頻振蕩研究綜述[J].長治學(xué)院學(xué)報，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了電力系統(tǒng)中共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源的應(yīng)用，闡述了在當(dāng)前形勢下，加強(qiáng)對共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：共振機(jī)理；低頻振蕩擾動源；電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM 712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

電力系統(tǒng)中發(fā)生低頻振蕩的問題，其共振機(jī)理是解釋這一問題的理論之一，本文主要通過對汽輪機(jī)功率變化的原因進(jìn)行研究，并結(jié)合MATLAB建立了相關(guān)的機(jī)網(wǎng)耦合模型。通過對鍋爐燃燒率擾動和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門擾動的分析，進(jìn)而達(dá)到研究的目的。

1低頻振蕩的概念和發(fā)生條件

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

2低頻振蕩的共振機(jī)理

在電力系統(tǒng)中，通常發(fā)電機(jī)采用二階經(jīng)典模型表示單機(jī)-無窮大系統(tǒng)，二階常系數(shù)非齊次微分方程式通過將轉(zhuǎn)子運動方程在工作點處線性化得到：

（1）

式中，H 為轉(zhuǎn)子慣性常數(shù)，為阻尼系數(shù)，為同步力矩系數(shù)，為轉(zhuǎn)子角偏移，為機(jī)械的功率變化。通常我們將原動機(jī)功率的變化忽視后，轉(zhuǎn)子運動方程式也發(fā)生了相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為二階常系數(shù)齊次微分方程，而當(dāng)原動機(jī)功率不能進(jìn)行忽略時，會采用特解進(jìn)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(dāng)振幅達(dá)到最大值時，對應(yīng)的角的頻率為：

（2）

式中為系統(tǒng)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(tǒng)無阻尼自然振蕩角頻率要小。

3汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性

控制轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是調(diào)速系統(tǒng)的基本功能，現(xiàn)在主要使用的是數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的靈活性。調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成主要分為四個部分：感應(yīng)機(jī)構(gòu)、傳動放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及反饋機(jī)構(gòu)。速度變動率不能太大也不能太小。如果變動率過大，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升引起汽輪機(jī)出現(xiàn)安全運行的問題；如果速度變動率過小，則會引起負(fù)荷擺動的現(xiàn)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(shù)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(tài)特性曲線出現(xiàn)平穩(wěn)的情況，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門會出現(xiàn)比較大的變化。

4仿真模型及結(jié)果

在圖2的調(diào)速系統(tǒng)模型中，各參數(shù)為，，，速度限制p.u./s（開啟），p.u./s（關(guān)閉）。

調(diào)節(jié)汽門開度擾動引起的汽輪機(jī)功率變化可以用汽輪機(jī)模型來表示，，，，，.

參數(shù)為：

經(jīng)過計算：

，

，

。將上述帶入到（2）中?？沙?，對應(yīng)的共振頻率為。

仿真結(jié)果：

在對調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線進(jìn)行仿真分析時，取局部（2%速度變動率）。如果輸入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子速度偏差擾動頻率為系統(tǒng)共振頻0.997Hz，脈動形式為，擾動幅值為0.003p.u.

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

全液壓調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中仍然有一部分的機(jī)組還在使用，通過脈沖泵對該調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，全液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)在進(jìn)行使用時，通常油泵會出現(xiàn)產(chǎn)生脈動的油壓，而該脈動油壓會對轉(zhuǎn)速的測量進(jìn)行干擾，導(dǎo)致油動機(jī)活塞出現(xiàn)振動的情況，直接引起汽輪機(jī)功率產(chǎn)生波動。其原因是當(dāng)全液壓調(diào)速系統(tǒng)油壓按照正弦規(guī)律脈動時，油壓脈動的頻率和電力系統(tǒng)固有頻率相接近。

結(jié)語

綜上，針對目前共振機(jī)理的低頻振蕩擾動源問題，本次研究對共振機(jī)理、汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性以及建立仿真模型進(jìn)行研究，希望能為技術(shù)實踐提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

[1]徐千茹，文一宇，張旭航.電力系統(tǒng)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(tǒng)低頻振蕩研究綜述[J].長治學(xué)院學(xué)報，2012（05）：61-65.endprint