关于FESS抑制电力系统低频振荡的原理分析

武博

摘要：FESS抑制电力系统低频振荡技术在电力工程中的应用有效的推动了我国电力行业的发展。本文从对含FESS的单机无穷大系统模型的分析谈起，然后详细的进行了FESS阻尼低频振荡的物理分析最后对FESS阻尼低频振荡的理论进行分析。

中图分类号：TM712 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

一、含FESS的单机无穷大系统模型分析

基于FESS抑制电力系统低频振荡技术的发电机或电动机所采用的双向反馈感应电机即英文缩写为DFIM，其转子侧一般采用的是双PWM型的电压源作为交流励磁电源，而PWM电源来源于自定子电压，经过定子直接接入系统。

由含FESS的单机无穷大系统模型结构可以看出，无穷大系统网络方程为：

U2=jx2I24+Ug=jx3I23+Ub

UG=jx1I12+U2

若E表示同步发电机为暂态电抗作用机制下的电位差，则FESS接入单机无穷大的电压方程为：

E=jxGI12+UG

以上的无穷大系统网络方程和FESS接入单机无穷大的电压方程便构成了FESS接入单机无穷大系统的网络方程。

二、FESS阻尼低频振荡的物理分析

FESS所储存的能量多是用在飞轮转子的高速旋转上。文劲宇、程时杰、李刚等在一种增强电力系统稳定性的多功能柔性功率调节器文献中指出FESS具有发电和调相等多种功能，并且提出了FESS在不同运行方式下的功率传递关系，文献中对FESS阻尼低频振荡的物理分析主要包括如下内容：

第一、如果不考虑相关损耗，在稳态运行时，飞轮的转速一般保持不变，而且与系统之间无任何能量交换。

第二、当系统发生转动时，通过采取相关的控制举措可以实现FESS转子转速的有效调整，即可通过转子转速的改变来吸收或释放能量。

第三、飞轮转速的变化对FESS吸收或释放能量可以产生直接的影响，其中当飞轮转速降低时，FESS将会释放能量，系统处于发电状态。当飞轮转速升高时，FESS将会吸收能量，系统处于储能状态。

第四、当电力系统发生低频振荡时，在FESS能够对系统的振荡功率进行有效补偿的情况下，可以使电力系统发生低频振荡时能够使其振荡得到快速的平息，需要用FESS阻尼系统振荡的关键问题来通过FESS的有功和无功控制输出恰当的功率。其中无功功率控制的目的是要求能够保证FESS输出的无功保持恒定，而有功功率控制的目的是保证FESS输出的有功功率恒定。因为不能对振荡信息进行很好的反映，所以就不能对系统振荡功率进行补偿，进而就不能实现抑制系统振荡的效果。解决这一问题的有效途径就是在控制回路上增设相应的阻尼控制信号。

第五、如果系统在振荡时并没有发生任何变化，进而进步会导致FESS进行及时的吸收或释放振荡功率，即对系统振荡基本上不会造成任何影响。

第六、若能够结合系统的实际振荡情况来对增设的阻尼信号Vs做出相应的调整，进而可以使FESS输出功率随振荡功率的改变而改变，而且输出的功率可以对系统的振荡功率进行有效的补偿，这样就可以实现系统振荡的快速平息。

三、FESS阻尼低频振荡的理论分析

（一）FESS阻尼低频振荡的理论说明

史林军，陈中，王海风，等人在应用飞轮储能系统阻尼电力系统低频振荡一文中指出对含FESS阻尼低频振荡的多机系统，从理论上分析研究了FESS抑制低频振荡的机理。而且这一理论分析对于含FESS的单机无穷大系统也具有很强的适用性，以下对FESS阻尼低频振荡的理论进行概要说明。

根据FESS和同步发电机模型，在实现FESS接入单机系统线性化的基础上，可以得到以同步发电机转速偏差量△ω等为状态量的状态方程。若Vs由反馈信号为△ω经过比例放大得到，即Vs= Kω△ω，其中Kω为比例放大系数，则可求出FESS阻尼控制器向发电机提供的阻尼转矩为：△TD= F（λ）Kω△ω。其中，λ为振荡模式，F为发电机机电振荡环节与FESS阻尼控制器输出信号之间的通道。则由FESS阻尼控制器提供的阻尼转矩使λ变化为：△λ=s△TD= sF（λ）Kω△ω。其中，s为灵敏度系数。

为了实现FESS抑制系统振荡，需在无功和有功控制回路上增加能够反映振荡信息的附加阻尼信号。如果增设的阻尼可以对采用的比例放大进行有效控制，反馈信号就可以根据发电机的转速偏差来提供。另外如果FESS的有功和无功控制对系统阻尼的影响非常小，就只能在有功和无功的控制回路上增设阻尼信号，来实现系统阻尼强度的显著提高，而且在这样的状况下，抑制振荡的效果比附加阻尼信号仅叠加到有功或无功控制回路的效果要更好。

以上公式描述了FESS通过附加阻尼控制来提供阻尼转矩的相关控制因素，通过为振荡模式提供阻尼这一机制来实现抑制系统低频振荡的目的，这就很好的从理论上证明了FESS阻尼电力系统低频振荡的原理。

（二）FESS阻尼低频振荡的理论图解分析

FESS阻尼低频振荡的理论分析可以总结如下三点：

第一、在仅含有功和无功控制的条件下，系统振荡基本保持不变。

第二、通过增设阻尼信号到无功控制回路上，可以有效抑制系统的振荡。

第三、通过增设阻尼信号到有功控制回路上，可以取得比增设阻尼信号到无功控制回路上更好的抑制效果。

由FESS阻尼低频振荡的理论图解分析图可以看出，通过对阻尼进行合理的控制，可以使FESS输出的有功功率得到系统振荡功率的有效补偿，实现抑制振荡的效果，这就实现了FESS抑制电力系统低频振荡的理论分析与物理解释的一致。

本文从基于FESS抑制电力系统低频振荡的模型分析、物理分析以及理论分析三个方面，详细分析研究了FESS抑制电力系统低频振荡的机理，并且通过FESS阻尼低频振荡的理论图解分析，有效的验证了FESS抑制电力系统低频振荡物理分析与理论分析的一致性。

参考文献

[1]李刚，程时杰，文劲宇，等.基于储能型稳控装置的电力系统阻尼特性分析[J].电力系统自动化，2007（17）：11-15.

[2]朱明涛. FESS抑制电力系统低频振荡的原理分析分析[J]．电力自动化设备，2009(10).

[3]史林军，张磊，陈少哺,等.FESS 抑制电力系统低频振荡的机理分析[J]．电力自动化设备，2011(31)．