电力系统机电波传播与控制研究（2）

彭海龙

摘要：在电网互联的发展趋势下，电网日趋庞大，任意某处的扰动都可能影响整个电网的安全稳定运行，研究电力系统中机电扰动的传播特性及抑制方法显得极其重要。随着广域测量系统的发展，越来越多的观测数据表明，机电扰动在电网中的传播使得机电动态W有功功率和发电机转速等物理量的形式呈现出一种时空分布特性。机电波理论主要研究这些物理量在电网中的运动规律，从理论上解释机电动态的时空分布特性，是探索电网机电动态过程的一种新方法。本文主要探讨电力系统机电扰动传播与控制研究。

关键词：机电波；机电扰动传播；特性阻抗

当电力系统某处发生机电扰动后，会引起发电机输出的电磁功率与机械功率之间失去平衡，导致发电机转子转速和输电线传输功率等的变化，这种变化会向整个系统传播，如果这种扰动没有得到很好的限制，扰动在传播的过程中可能会引起系统中某些薄弱环节发生故障，最终导致电网失去穩定，因此，限制机电扰动的传播是一种提高电网安全稳定运行的可靠性的有效途径

1、概述

我国幅员迂阔，西南地区水电资源丰富，山西、陕西和内蒙古等煤炭资源集中，而负荷主要聚集的东部地区，电源与负荷相距较远。为了解决电力的供需矛盾，资源的优化配置，我国电网实施了"西电东送"、"南北互供"和"全国联网"的战略，逐步实现全国电力"一张网"的目标。建设大电网为解决我国电源与负荷分布不均的矛盾提供了一条有效途径，大大加强了个区域电网联系，但是对电网稳定运行的也提出了更高的要求，一旦某个环节发生事故，有可能导致全国性停电事故。同时，进入21世纪以来，环境保护越来越受到重视，新能源快速发展，分布式能源的接入和新的多样化随机负荷的出现，电网中扰动出现的频率更高，形式更加复杂。这些形式多样频繁的扰动对电网的安全稳定运行造成了巨大的挑战。国内外曾经多次出现因稳定性遭到破坏，而发生大规模停电事故。2003年加拿大与美国东北部的联合电网发生大规模停电事故，使5000万人受到长达29小时的断电影响，造成300亿美元的经济损失2012年印度北方邦一座超高压变电所的故障引起的连锁反应导致整个印度北部、东北部与东部王大电网全面雍疾，使得印度几乎一半地区的供电出现了中断，影响印度6.7亿多的人口。我国也曾多次发生重大停电事故，2005年海南因台风导致"9.26"全省停电事故，2006年华中电网"7.1"事故导致西北、华北和华中电网解列以及某某与华中东部电网解列。这些电网事故带来的巨大破坏性表明了电网安全稳定运行的重要性。电网的稳定运行与其扰动的传播有着密切的关系，可能某处发生的一个小故障或者扰动在电网中的扩散，导致全网的大面积停电。电力系统扰动是人们所不希望发生的，但就实际系统而言又是不可避免的，因此研究扰动在电网中的传播机理，探索扰动在电网中的传播控制方法和策略显得十分必要。电网中的各种扰动，如线路故障、切机切负荷和分布式能源的接入退出等，都会导致发电机机械功率与电磁的之间失去平衡，引起发电机转子的加速或者减速，使之不再W同步转速运行，发电机转速的变化W及转子角的改变会在系统中进行传播，最后扰动就会影响全网的运行。发电机转子的转速、转子角和有功功率紧密联系，因此机电扰动的传播主要牵涉到有功功率在电网中的转移和运动。由于电力工业不断发展，各区域电网的互联，新能源和新复合的加入，现代电网日趋复杂，传统的机电动态研究方法遇到了困难。在传统的电力系统机电动态分析中，对发电机、传输线路、负荷和各种控制装置进行数学建模，通过电网的网络结构联系起来，形成微分方程组，系统的初始状态解为初值，最后选择适当的数值计算方法进行求解。基于送样的方法，相关研究人员开发出了很多强大的电力分析软件，但对于现代互联大电网，电网中拥有数量庞大的发电机、输电线和负荷等，对基于送种方法的机电扰动传播的分析造成了巨大的困难。机电波理论是一种研究大电网中机电扰动传播的新方法，它考虑扰动传播的空间特性，通过连续体建模，将发电机转子惯性常量和输电线路阻抗在空间上进行连续化处理，表达成一种空间密度函数，并将其引入到发电机运动方程中，得到关于时间和空间的二阶偏微分方程，并借助于波动理论，研究机电扰动在系统中的传播规律。

2、某某电网不同扰动对联络线功率波动影响仿真研究

本文的仿真思路如下，通过在某某电网不同地点添加H种不同类型的机电扰动，观察扰动发生后某某联络线W及华中华北特高压联络线功率波动情况。在仿真中所加的H种扰动分别100MW的切机扰动、22化V母线持续时间为化12S相接地短路故障500kV母线持续化09s的H相接地短路故障。系统的基准容量为100MW，仿真步长为0.01S，扰动在IS时加入到系统中，仿真时间为2化。下表为扰动添加地点化及类型，其中在19个不同发电机内加了切机扰动，在20个不同22化V母线出加了化12SSH相接地短路巧障，在19各不同500KV母线添加了化09S的H相节点短路故障。由不难发现某某电网内部不同地点发生相同的切机扰动W后，某某联络线功率波动的频率基本相同，而不同地点扰动对某某联络线功率波动的幅值不同，其中在某GA#61切机100MW对某某联络线功率波动幅值最小，而ET#01切机某某联络线功率波动最大。可以看出某某电网不同地点发生相同的切机扰动时，特高压联络线功率的波动频率基本相同相同，其波动的幅值也基本相同。而对比可以看出某某不同地点发生切机扰动后某某联络线功率波动的频率比特高压联络线功率波动的频率大，其某某联络线功率波动的幅值比特高压联络线功率波动的幅值大。且某某联络线功率波动随着时间的推移趋于稳定，而特高压联络线功率波动趋于等幅振荡。

3、结束语

机电扰动在电力系统中的传播不利于电力系统安全稳定运行，对机电扰动传播进行控制是一种提高电网可靠性的有效途径。目前基于扰动传播的思想，进行机电扰动控制的研究还比较少，本文在机电波理论的基础上，对机电扰动传播特性进行了一定的分析，并着重研究了电力系统扰动传播的零反射控制和零透射控制方法。

参考文献：

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（作者单位：山东公信安全科技有限公司）