基於能量函式的電力系統低頻振盪阻尼分析

《基於能量函式的電力系統低頻振盪阻尼分析》是依託清華大學，由陳磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於能量函式的電力系統低頻振盪阻尼分析
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：陳磊
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

低頻振盪是大型互聯電網安全運行的重要問題。阻尼是影響低頻振盪的關鍵因素。目前對阻尼的理解，主要基於阻尼轉矩的概念。阻尼轉矩分析基於傳遞函式，存在不能考慮非線性、僅在平衡點附近局部有效的缺點，且套用於多機系統時還存在其它困難。振盪是一種廣泛存在的運動形式，能量損耗產生阻尼效應。本項目利用能量函式分析電力系統的阻尼，將能量函式沿軌跡的下降認為是阻尼的表現。能量函式理論上有多種形式，而不同振盪模式阻尼不同，本項目首先從理論上研究能量函式下降率和系統阻尼之間的關係。在此基礎上，利用一種基於基爾霍夫電流定律和積分的能量函式構造方法，研究並建立基於能量函式的阻尼分析和阻尼轉矩分析、特徵分析的聯繫。研究阻尼的數值分析方法，利用數值積分識別沿軌跡的能量損耗，避免能量函式的構造困難。通過計算網路和各節點產生的能量損耗，分析電網中阻尼的來源。此研究將對認識阻尼機理、了解阻尼來源具有重要的理論和現實意義。

結題摘要

阻尼是電力系統低頻振盪分析中的一個關鍵因素。本項目利用能量的概念研究電力系統低頻振盪問題以及低頻振盪的阻尼。首先在發電機的Heffron-Phillips 模型中嚴格證明發電機能量消耗和其阻尼轉矩的一致性，能量消耗產生阻尼，可以利用元件的能量消耗評估其阻尼特性。為了克服能量函式構造的困難，項目提出了基於量測數據計算網路中振盪能量流的方法，所說的振盪能量和暫態能量一致，流入元件的振盪能量流包括元件暫態能量的變化和能量消耗，並提出了振盪能量消耗的實用計算方法。推導了發電機內部的振盪能量流，分析了振盪能量流的物理意義，流入發電機勵磁、阻尼繞組的振盪能量的功率，就是從發電機傳輸到對應繞組的真實電功率。證明了振盪能量法和阻尼轉矩法、特徵分析法的一致性，定義了發電機能量消耗係數，單機系統中能量消耗係數和阻尼轉矩係數一致，多機系統中振盪模式特徵值實部與所有發電機能量消耗係數之和成比例，比例係數為負數，即特徵值實部與總能量消耗反號，系統的阻尼比來源於各台發電機的能量消耗，發電機的能量消耗係數可定量評估其阻尼特性。振盪能量法建立了局部元件阻尼和整體系統阻尼比的聯繫，說明了系統中阻尼的來源。電力系統振盪過程中，除了負阻尼機組外，強迫振盪擾動源元件也向系統注入振盪能量，因此可通過網路中的振盪能量流定位振盪源，能量源就是振盪源，是振盪的起因。此外，振盪能量的概念還可用於阻尼控制的研究，本項目基於振盪能量消耗設計了HVDC、SVC的附加阻尼控制策略。本項目建立了一套基於振盪能量的低頻振盪分析的理論和方法體系，提出了基於振盪能量消耗的阻尼機理和阻尼評估方法，對認識電力系統阻尼及其來源具有重要理論意義，並提出了基於振盪能量流的低頻振盪分析和振盪源定位方法，振盪發生後線上識別振盪源，幫助調度運行人員採取有效措施快速平息振盪，對於電網調度運行防禦低頻振盪具有重要實用價值。