电力系统一次调频过程的超低频振荡分析
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图片说明： d·s－1)实际阻尼比ωcγ20．3000．3052－0．05890．3105－0．06380．6870．307500．307501．1000．30870．06180．30170．06902．2．2利用伯德图分析参数对频率和阻尼的影响系统的伯德图由各个环节伯德图相加得到，因此利用伯德图可以方便地分析不同环节、不同参数对各自幅频特性、相频特性曲线的影响，通过幅值交接频率和相角裕度的变化分析其对振荡频率和阻尼比的影响。下面给出两个用伯德图分析振荡频率和阻尼比的示例。首先分析水轮机水启动时间常数TW的影响。水轮机的传递函数如式(3)所示，图2给出了不同TW下水轮机环节的伯德图。从图中可以看出，在振荡频率附近，TW对幅值的影响非常小，对相位的影响较大:随着TW增大，幅频曲线略有上移，相频曲线下移。由于总幅频特性曲线在ωc处斜率小于0，因此幅频曲线上移会导致ωc略有增加，即振荡频率略有增加;相频特性曲线在ωc处斜率小于0，因此ωc增加导致相角裕度减小，再加上相频曲线下移，进一步减小相角裕度，，阻尼比减校附录A图A3给出了时域仿真得到的TW与振荡频率和阻尼的关系，仿真结果显示随着TW增大，振荡频率和阻尼均减校对阻尼的分析与利用伯德图分析得到的结果一致。但伯德图方法对频率的分析结果有误差，该误差主要是因为只有在零阻尼的情况下，ωc才与振荡频率严格相等，其他情况下阻尼比会引起误差。当参数对频率的影响很小而对阻尼影响很大时，阻尼比产生的误差相对于ωc本身的变化变得不可忽略，此时对频率变化趋势的判断就会出现偏差。但是，发生该种情况时说明参数对频率的影响较小，对结果的影响不大。下面分析调速器积分常数KI的影响。和KI相关环节的传递函数为(KDs2+K
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图片说明： 猗鹊绱殴β市。嘁抡嫜芯恐猩踔梁雎缘魉?器和原动机环节，机械功率恒定。与低频振荡不同，有功频率控制过程中发生超低频振荡时，机械功率振幅大，电磁功率振幅小，属于机械振荡。该振荡形式和低频振荡不同，低频振荡为机电振荡，电磁功率的振幅比机械功率大。本节基于单机单负荷系统研究超低频频率振荡中功率的表现。对式(1)所述的发电机转子运动方程进行Laplace变换后变为频域形式，即TJsΔω=－Gm(s)Δω－(KL+D)Δω(13)根据式(13)可得转速、电磁功率与机械功率间的相量关系。零阻尼振荡时的相量图如图3所示。由相量图可以看出，零阻尼振荡中ΔPm是相互垂直的两个相量ΔPe与jωdTJΔω的和相量，因此ΔPm的长度比ΔPe长。相量长度和振幅对应，因此机械功率的振幅比电磁功率的振幅要大。弱阻尼情况下，sTJΔω=(σ+jωd)TJΔω和ΔPe相量不再严格垂直，但两者之间的夹角偏离90°不远，ΔPm的长度仍然比ΔPe长，机械功率振幅比电磁功率振幅大。阻尼比很大时，上述分析不一定成立，但实际系统运行中主要关注弱阻尼零阻尼的情况。这是超低频频率振荡和低频振荡的一个显著区别，低频振荡是一种机电振荡现象，而超低频频率振荡则更显著地表现为机械功率的振荡或机械振荡。图3零阻尼振荡中的相量关系图Fig．3Phasordiagraminzerodampedoscillation在相位上，忽略网损和负荷的电压调节效应时，电磁功率ΔPe与转速Δω同相，提供正阻尼。ΔPm在Δω轴上的投影代表ΔPm提供的阻尼，投影为正对应负阻尼，投影为负对应正阻尼，具体阻尼的性质和原动系统的相位滞后有关，由于原动系统输入量是－Δω，因此比较机械功率ΔPm和－Δω的相位关系，ΔPm滞?
【作者单位】： 清华大学电机工程与应用电子技术系;电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学;中国南方电网电力调度控制中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51377002) 中国南方电网有限责任公司科技项目~~
【分类号】：TM712
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