基于共振机理的低频振荡扰动源在电力系统中的应用

刘健+郄凯旋+王德周+吴强

摘 要：本文分析了电力系统中共振机理的低频振荡扰动源的应用，阐述了在当前形势下，加强对共振机理的低频振荡扰动源在电力系统中应用的重要性，针对目前共振机理的低频振荡扰动源进行研究。

关键词：共振机理；低频振荡扰动源；电力系统

中图分类号：TM 712 文献标识码：A

电力系统中发生低频振荡的问题，其共振机理是解释这一问题的理论之一，本文主要通过对汽轮机功率变化的原因进行研究，并结合MATLAB建立了相关的机网耦合模型。通过对锅炉燃烧率扰动和汽轮机调节汽门扰动的分析，进而达到研究的目的。

1低频振荡的概念和发生条件

低频振荡主要是指在电力系统运行中，由于发电机组在干扰下转子之间会产生相对摇摆，并且输电线路上的功率会发生频率很低的振荡。低频振荡的产生主要分为两个方面：一是长距离、重负荷输电线上；二是采用的是励磁系统。低频振荡发生后可能会持续一段时间，但有可能持续很长时间，导致震荡幅值持续增长引起系统的稳定性遭到破坏。

2低频振荡的共振机理

在电力系统中，通常发电机采用二阶经典模型表示单机-无穷大系统，二阶常系数非齐次微分方程式通过将转子运动方程在工作点处线性化得到：

（1）

式中，H 为转子惯性常数，为阻尼系数，为同步力矩系数，为转子角偏移，为机械的功率变化。通常我们将原动机功率的变化忽视后，转子运动方程式也发生了相应的转变，转化为二阶常系数齐次微分方程，而当原动机功率不能进行忽略时，会采用特解进行对方程式的解读。通过上述方程可用求极值的方式算出当振幅达到最大值时，对应的角的频率为：

（2）

式中为系统无阻尼自然振荡角频率，为阻尼因子。

通过该公式可以看出角频率比系统无阻尼自然振荡角频率要小。

3汽轮机调速系统特性

控制转速和负荷是调速系统的基本功能，现在主要使用的是数字电液调速系统，该系统具有一定的灵活性。调速系统的构成主要分为四个部分：感应机构、传动放大机构、执行机构以及反馈机构。速度变动率不能太大也不能太小。如果变动率过大，则会导致转速上升引起汽轮机出现安全运行的问题；如果速度变动率过小，则会引起负荷摆动的现象。因此速度变动率的值一般取为5%。实际情况下速度变动率各段的数值是不一样的。如图1所示。在某一个阶段的速度变动力过小，静态特性曲线出现平稳的情况，汽轮机调节汽门会出现比较大的变化。

4仿真模型及结果

在图2的调速系统模型中，各参数为，，，速度限制p.u./s（开启），p.u./s（关闭）。

调节汽门开度扰动引起的汽轮机功率变化可以用汽轮机模型来表示，，，，，.

参数为：

经过计算：

，

，

。将上述带入到（2）中。可出，对应的共振频率为。

仿真结果：

在对调速系统静态特性曲线进行仿真分析时，取局部（2%速度变动率）。如果输入汽轮机调速系统的转子速度偏差扰动频率为系统共振频0.997Hz，脉动形式为，扰动幅值为0.003p.u.

从仿真的结果我们可以看出，假如汽轮机调速系统静特性结果不在理想的范围内，并且速度变动率存在局部过小的问题，这样就会使调节汽门的开度变化受到运行点转子速度扰动偏差较小时产生较大的影响。引起电力系统较大幅值的震荡的原因可能是当扰动频率与系统固有振荡频率接近。

全液压调速系统在当前的电力系统中仍然有一部分的机组还在使用，通过脉冲泵对该调速系统的转速进行测量，全液压调节系统在进行使用时，通常油泵会出现产生脉动的油压，而该脉动油压会对转速的测量进行干扰，导致油动机活塞出现振动的情况，直接引起汽轮机功率产生波动。其原因是当全液压调速系统油压按照正弦规律脉动时，油压脉动的频率和电力系统固有频率相接近。

结语

综上，针对目前共振机理的低频振荡扰动源问题，本次研究对共振机理、汽轮机调速系统特性以及建立仿真模型进行研究，希望能为技术实践提供有益参考。

参考文献

[1]徐千茹，文一宇，张旭航.电力系统低频振荡综述[J].电力与能源，2014（01）：38-42.

[2]韩军，田俊生.电力系统低频振荡研究综述[J].长治学院学报，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了电力系统中共振机理的低频振荡扰动源的应用，阐述了在当前形势下，加强对共振机理的低频振荡扰动源在电力系统中应用的重要性，针对目前共振机理的低频振荡扰动源进行研究。

关键词：共振机理；低频振荡扰动源；电力系统

中图分类号：TM 712 文献标识码：A

电力系统中发生低频振荡的问题，其共振机理是解释这一问题的理论之一，本文主要通过对汽轮机功率变化的原因进行研究，并结合MATLAB建立了相关的机网耦合模型。通过对锅炉燃烧率扰动和汽轮机调节汽门扰动的分析，进而达到研究的目的。

1低频振荡的概念和发生条件

低频振荡主要是指在电力系统运行中，由于发电机组在干扰下转子之间会产生相对摇摆，并且输电线路上的功率会发生频率很低的振荡。低频振荡的产生主要分为两个方面：一是长距离、重负荷输电线上；二是采用的是励磁系统。低频振荡发生后可能会持续一段时间，但有可能持续很长时间，导致震荡幅值持续增长引起系统的稳定性遭到破坏。

2低频振荡的共振机理

在电力系统中，通常发电机采用二阶经典模型表示单机-无穷大系统，二阶常系数非齐次微分方程式通过将转子运动方程在工作点处线性化得到：

（1）

式中，H 为转子惯性常数，为阻尼系数，为同步力矩系数，为转子角偏移，为机械的功率变化。通常我们将原动机功率的变化忽视后，转子运动方程式也发生了相应的转变，转化为二阶常系数齐次微分方程，而当原动机功率不能进行忽略时，会采用特解进行对方程式的解读。通过上述方程可用求极值的方式算出当振幅达到最大值时，对应的角的频率为：

（2）

式中为系统无阻尼自然振荡角频率，为阻尼因子。

通过该公式可以看出角频率比系统无阻尼自然振荡角频率要小。

3汽轮机调速系统特性

控制转速和负荷是调速系统的基本功能，现在主要使用的是数字电液调速系统，该系统具有一定的灵活性。调速系统的构成主要分为四个部分：感应机构、传动放大机构、执行机构以及反馈机构。速度变动率不能太大也不能太小。如果变动率过大，则会导致转速上升引起汽轮机出现安全运行的问题；如果速度变动率过小，则会引起负荷摆动的现象。因此速度变动率的值一般取为5%。实际情况下速度变动率各段的数值是不一样的。如图1所示。在某一个阶段的速度变动力过小，静态特性曲线出现平稳的情况，汽轮机调节汽门会出现比较大的变化。

4仿真模型及结果

在图2的调速系统模型中，各参数为，，，速度限制p.u./s（开启），p.u./s（关闭）。

调节汽门开度扰动引起的汽轮机功率变化可以用汽轮机模型来表示，，，，，.

参数为：

经过计算：

，

，

。将上述带入到（2）中。可出，对应的共振频率为。

仿真结果：

在对调速系统静态特性曲线进行仿真分析时，取局部（2%速度变动率）。如果输入汽轮机调速系统的转子速度偏差扰动频率为系统共振频0.997Hz，脉动形式为，扰动幅值为0.003p.u.

从仿真的结果我们可以看出，假如汽轮机调速系统静特性结果不在理想的范围内，并且速度变动率存在局部过小的问题，这样就会使调节汽门的开度变化受到运行点转子速度扰动偏差较小时产生较大的影响。引起电力系统较大幅值的震荡的原因可能是当扰动频率与系统固有振荡频率接近。

全液压调速系统在当前的电力系统中仍然有一部分的机组还在使用，通过脉冲泵对该调速系统的转速进行测量，全液压调节系统在进行使用时，通常油泵会出现产生脉动的油压，而该脉动油压会对转速的测量进行干扰，导致油动机活塞出现振动的情况，直接引起汽轮机功率产生波动。其原因是当全液压调速系统油压按照正弦规律脉动时，油压脉动的频率和电力系统固有频率相接近。

结语

综上，针对目前共振机理的低频振荡扰动源问题，本次研究对共振机理、汽轮机调速系统特性以及建立仿真模型进行研究，希望能为技术实践提供有益参考。

参考文献

[1]徐千茹，文一宇，张旭航.电力系统低频振荡综述[J].电力与能源，2014（01）：38-42.

[2]韩军，田俊生.电力系统低频振荡研究综述[J].长治学院学报，2012（05）：61-65.endprint

摘 要：本文分析了电力系统中共振机理的低频振荡扰动源的应用，阐述了在当前形势下，加强对共振机理的低频振荡扰动源在电力系统中应用的重要性，针对目前共振机理的低频振荡扰动源进行研究。

关键词：共振机理；低频振荡扰动源；电力系统

中图分类号：TM 712 文献标识码：A

电力系统中发生低频振荡的问题，其共振机理是解释这一问题的理论之一，本文主要通过对汽轮机功率变化的原因进行研究，并结合MATLAB建立了相关的机网耦合模型。通过对锅炉燃烧率扰动和汽轮机调节汽门扰动的分析，进而达到研究的目的。

1低频振荡的概念和发生条件

低频振荡主要是指在电力系统运行中，由于发电机组在干扰下转子之间会产生相对摇摆，并且输电线路上的功率会发生频率很低的振荡。低频振荡的产生主要分为两个方面：一是长距离、重负荷输电线上；二是采用的是励磁系统。低频振荡发生后可能会持续一段时间，但有可能持续很长时间，导致震荡幅值持续增长引起系统的稳定性遭到破坏。

2低频振荡的共振机理

在电力系统中，通常发电机采用二阶经典模型表示单机-无穷大系统，二阶常系数非齐次微分方程式通过将转子运动方程在工作点处线性化得到：

（1）

式中，H 为转子惯性常数，为阻尼系数，为同步力矩系数，为转子角偏移，为机械的功率变化。通常我们将原动机功率的变化忽视后，转子运动方程式也发生了相应的转变，转化为二阶常系数齐次微分方程，而当原动机功率不能进行忽略时，会采用特解进行对方程式的解读。通过上述方程可用求极值的方式算出当振幅达到最大值时，对应的角的频率为：

（2）

式中为系统无阻尼自然振荡角频率，为阻尼因子。

通过该公式可以看出角频率比系统无阻尼自然振荡角频率要小。

3汽轮机调速系统特性

控制转速和负荷是调速系统的基本功能，现在主要使用的是数字电液调速系统，该系统具有一定的灵活性。调速系统的构成主要分为四个部分：感应机构、传动放大机构、执行机构以及反馈机构。速度变动率不能太大也不能太小。如果变动率过大，则会导致转速上升引起汽轮机出现安全运行的问题；如果速度变动率过小，则会引起负荷摆动的现象。因此速度变动率的值一般取为5%。实际情况下速度变动率各段的数值是不一样的。如图1所示。在某一个阶段的速度变动力过小，静态特性曲线出现平稳的情况，汽轮机调节汽门会出现比较大的变化。

4仿真模型及结果

在图2的调速系统模型中，各参数为，，，速度限制p.u./s（开启），p.u./s（关闭）。

调节汽门开度扰动引起的汽轮机功率变化可以用汽轮机模型来表示，，，，，.

参数为：

经过计算：

，

，

。将上述带入到（2）中。可出，对应的共振频率为。

仿真结果：

在对调速系统静态特性曲线进行仿真分析时，取局部（2%速度变动率）。如果输入汽轮机调速系统的转子速度偏差扰动频率为系统共振频0.997Hz，脉动形式为，扰动幅值为0.003p.u.

从仿真的结果我们可以看出，假如汽轮机调速系统静特性结果不在理想的范围内，并且速度变动率存在局部过小的问题，这样就会使调节汽门的开度变化受到运行点转子速度扰动偏差较小时产生较大的影响。引起电力系统较大幅值的震荡的原因可能是当扰动频率与系统固有振荡频率接近。

全液压调速系统在当前的电力系统中仍然有一部分的机组还在使用，通过脉冲泵对该调速系统的转速进行测量，全液压调节系统在进行使用时，通常油泵会出现产生脉动的油压，而该脉动油压会对转速的测量进行干扰，导致油动机活塞出现振动的情况，直接引起汽轮机功率产生波动。其原因是当全液压调速系统油压按照正弦规律脉动时，油压脉动的频率和电力系统固有频率相接近。

结语

综上，针对目前共振机理的低频振荡扰动源问题，本次研究对共振机理、汽轮机调速系统特性以及建立仿真模型进行研究，希望能为技术实践提供有益参考。

参考文献

[1]徐千茹，文一宇，张旭航.电力系统低频振荡综述[J].电力与能源，2014（01）：38-42.

[2]韩军，田俊生.电力系统低频振荡研究综述[J].长治学院学报，2012（05）：61-65.endprint