电力系统低频振荡扰动谐振机理研究

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1、华中科技大学硕士学位论文电力系统低频振荡扰动谐振机理研究姓名：刘志炜申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：文劲宇20080606华中科技大学硕士学位论文摘要随着我国电力系统的互联和电力市场的发展，电力系统小扰动安全事件的发生越来越多，给系统的安全运行带来了很大的隐患。当系统中发电机阻尼转矩不足时，发电机转子间易发生相对摇摆，从而引起输电线上持续的低频功率振荡，这种低频振荡是一种典型的小扰动稳定裕度不足的现象。在电力系统运行过程中，往往会出现一些原因未知的低频振荡现象。为了说明这些现象的原因，本文提出了电力系统低频振荡的扰动谐振机理。首先介绍了经典二阶模型

2、的电力系统负阻尼机理，在此基础上详细推导了发电机二阶模型的共振机理以及Phillips-Heffron模型下的共振机理，指出在机组的轴系、调速系统和励磁调节系统施加小值的低频扰动时，扰动频率与系统自然振荡频率一致或接近，系统会放大扰动的幅度，形成共振形式的低频振荡。扰动谐振机理是共振机理的推广，电力系统中扰动无处不在，当扰动信号中的正弦分量与系统固有频率相接近时将会引发系统的低频振荡。之后，我们基于扰动谐振机理设计了PRBS扰动信号功率源和sinc函数扰动信号功率源，根据两种信号的特点将其频率设计在0.1~2.5Hz之间，计算了其最大的功率输出，在理论上推导了两种扰动

3、源都具有小储能大功率输出的特点。最后，我们将两种扰动源加入到单机无穷大系统和4机2区系统中，通过加入不同的扰动容量和不同的扰动地点，利用仿真验证了电力系统低频振荡的扰动谐振机理。同时我们也考虑了储能装置滞后效应对于扰动谐振的影响，为今后的动模实验提供了参考。关键词：低频振荡，小干扰稳定，共振机理，扰动谐振机理，扰动功率源I华中科技大学硕士学位论文AbstractWithChina’spowersysteminterconnectionandthedevelopmentoftheelectricitymarket,securityincidentsofSmallSign

4、alStabilityinpowersystemoccurmoreandmoreanditbringsaboutalotofhiddendangersinsafeoperationofthepowersystem.Whenthegeneratorsarelackindampingtorque,therotorsamongthesegeneratorsareeasilytohaverelativeswings,leadingtodurativelow-frequencyoscillations(LFO)ontransmissionlines.ThisLFOisatypi

5、calphenomenonaboutdeficiencyofsmallsignalstabilitymargin.Moreover,someunknownlow-frequencyoscillationphenomenaoftenhappenintheprocessofthepowersystemoperation.Thispaperpresentsadisturbanceresonancemechanismforpowersystemlow-frequencyoscillation.Thispaperatfirstintroducestheclassicsecond

6、-ordermodelofnegativedampingmechanismofpowersystem,andonthebasisofit,theresonancemechanismbothinthend2ordergeneratormodelandPhillips-Heffronmodelisderivedindetail.Itindicatesthatwhenthefrequencyofsmalllow-frequencydisturbancesignalimposingontheshaftofgeneratingunits,regulationsystemande

7、xcitationsystemisconsistentwithorclosetothepowersystemnaturaloscillationfrequency,thepowersystemwillamplifythemagnitudeofdisturbanceandtransittothestatusoflow-frequencyoscillationsinresonanceform.Disturbanceresonancemechanismisanextensionoftheresonancemechanism.Disturbancescanb