基于状态空间法的多机系统次同步谐振研究

随着我国电力工业快速发展,现代电力系统已进入大机组、超高压、远距离输电的时代,现代输电工程广泛采用串联电容补偿装置以提高电力系统稳定性和线路输送能力,但其可能引发的次同步谐振已成为电网安全运行不容忽视的问题。本文基于状态空间分析法,重点研究了多机系统情况下状态方程建模方法,针对电力系统次同步谐振及相关范畴问题进行了深入研究,并自主开发了用于电力系统次同步谐振状态空间分析的计算软件,主要内容包括： (1)对于因输电线路串联电容补偿引发的电力系统次同步谐振问题,针对多机复杂网络结构系统,提出应用线性网络理论的系统公式法建立适用于电力系统次同步谐振分析的网络状态方程,同时结合同步电机状态方程、轴系状态方程,推导多机情况下机网接口方法,建立系统状态方程组,并通过特征根和相关因子判断系统是否会发生次同步谐振及其影响因素。实例计算表明该方法正确可行,对次同步谐振研究具有实用价值。 (2)针对电力系统次同步谐振研究相关范畴问题,包括电力系统自励磁问题、发电机轴系扭振问题,应用状态空间分析法进行了研究。针对多机系统自励磁问题,应用本文推导的建模方法能准确建立系统状态方程,判断系统是否发生自励磁及其影响因素。针对发电机轴系扭振问题,通过状态空间分析法得到轴系扭振模式、阻尼及振型。针对同型发电机和不同发电机在对称运行、非对称运行方式下的扭振特性进行研究,并比较广泛应用的等值机模型计算结果,得到发电机轴系扭振一般规律,对深入研究轴系扭振问题具有借鉴意义。 (3)基于面向对象编程技术,采用MATLAB GUI软件设计平台,开发了一款可视化通用型电力系统次同步谐振状态空间分析软件。软件采用面向对象编程技术及模块化建模思想,具有潮流计算、发电机轴系固有扭振频率计算、次同步谐振及自励磁特征值分析、轴系扭振振型计算等功能。实例计算表明该软件在对系统准确建模分析基础上,提供了良好的人机互动界面。