武博

摘要：FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用有效的推動(dòng)了我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展。本文從對(duì)含F(xiàn)ESS的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型的分析談起，然后詳細(xì)的進(jìn)行了FESS阻尼低頻振蕩的物理分析最后對(duì)FESS阻尼低頻振蕩的理論進(jìn)行分析。

中圖分類(lèi)號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

一、含F(xiàn)ESS的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型分析

基于FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩技術(shù)的發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)所采用的雙向反饋感應(yīng)電機(jī)即英文縮寫(xiě)為DFIM，其轉(zhuǎn)子側(cè)一般采用的是雙PWM型的電壓源作為交流勵(lì)磁電源，而PWM電源來(lái)源于自定子電壓，經(jīng)過(guò)定子直接接入系統(tǒng)。

由含F(xiàn)ESS的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)可以看出，無(wú)窮大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程為：

U2=jx2I24+Ug=jx3I23+Ub

UG=jx1I12+U2

若E表示同步發(fā)電機(jī)為暫態(tài)電抗作用機(jī)制下的電位差，則FESS接入單機(jī)無(wú)窮大的電壓方程為：

E=jxGI12+UG

以上的無(wú)窮大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程和FESS接入單機(jī)無(wú)窮大的電壓方程便構(gòu)成了FESS接入單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程。

二、FESS阻尼低頻振蕩的物理分析

FESS所儲(chǔ)存的能量多是用在飛輪轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)上。文勁宇、程時(shí)杰、李剛等在一種增強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的多功能柔性功率調(diào)節(jié)器文獻(xiàn)中指出FESS具有發(fā)電和調(diào)相等多種功能，并且提出了FESS在不同運(yùn)行方式下的功率傳遞關(guān)系，文獻(xiàn)中對(duì)FESS阻尼低頻振蕩的物理分析主要包括如下內(nèi)容：

第一、如果不考慮相關(guān)損耗，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)速一般保持不變，而且與系統(tǒng)之間無(wú)任何能量交換。

第二、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)采取相關(guān)的控制舉措可以實(shí)現(xiàn)FESS轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的有效調(diào)整，即可通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的改變來(lái)吸收或釋放能量。

第三、飛輪轉(zhuǎn)速的變化對(duì)FESS吸收或釋放能量可以產(chǎn)生直接的影響，其中當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速降低時(shí)，F(xiàn)ESS將會(huì)釋放能量，系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速升高時(shí)，F(xiàn)ESS將會(huì)吸收能量，系統(tǒng)處于儲(chǔ)能狀態(tài)。

第四、當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，在FESS能夠?qū)ο到y(tǒng)的振蕩功率進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)那闆r下，可以使電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)能夠使其振蕩得到快速的平息，需要用FESS阻尼系統(tǒng)振蕩的關(guān)鍵問(wèn)題來(lái)通過(guò)FESS的有功和無(wú)功控制輸出恰當(dāng)?shù)墓β?。其中無(wú)功功率控制的目的是要求能夠保證FESS輸出的無(wú)功保持恒定，而有功功率控制的目的是保證FESS輸出的有功功率恒定。因?yàn)椴荒軐?duì)振蕩信息進(jìn)行很好的反映，所以就不能對(duì)系統(tǒng)振蕩功率進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而就不能實(shí)現(xiàn)抑制系統(tǒng)振蕩的效果。解決這一問(wèn)題的有效途徑就是在控制回路上增設(shè)相應(yīng)的阻尼控制信號(hào)。

第五、如果系統(tǒng)在振蕩時(shí)并沒(méi)有發(fā)生任何變化，進(jìn)而進(jìn)步會(huì)導(dǎo)致FESS進(jìn)行及時(shí)的吸收或釋放振蕩功率，即對(duì)系統(tǒng)振蕩基本上不會(huì)造成任何影響。

第六、若能夠結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際振蕩情況來(lái)對(duì)增設(shè)的阻尼信號(hào)Vs做出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而可以使FESS輸出功率隨振蕩功率的改變而改變，而且輸出的功率可以對(duì)系統(tǒng)的振蕩功率進(jìn)行有效的補(bǔ)償，這樣就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)振蕩的快速平息。

三、FESS阻尼低頻振蕩的理論分析

（一）FESS阻尼低頻振蕩的理論說(shuō)明

史林軍，陳中，王海風(fēng)，等人在應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)阻尼電力系統(tǒng)低頻振蕩一文中指出對(duì)含F(xiàn)ESS阻尼低頻振蕩的多機(jī)系統(tǒng)，從理論上分析研究了FESS抑制低頻振蕩的機(jī)理。而且這一理論分析對(duì)于含F(xiàn)ESS的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)也具有很強(qiáng)的適用性，以下對(duì)FESS阻尼低頻振蕩的理論進(jìn)行概要說(shuō)明。

根據(jù)FESS和同步發(fā)電機(jī)模型，在實(shí)現(xiàn)FESS接入單機(jī)系統(tǒng)線性化的基礎(chǔ)上，可以得到以同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差量△ω等為狀態(tài)量的狀態(tài)方程。若Vs由反饋信號(hào)為△ω經(jīng)過(guò)比例放大得到，即Vs= Kω△ω，其中Kω為比例放大系數(shù)，則可求出FESS阻尼控制器向發(fā)電機(jī)提供的阻尼轉(zhuǎn)矩為：△TD= F（λ）Kω△ω。其中，λ為振蕩模式，F(xiàn)為發(fā)電機(jī)機(jī)電振蕩環(huán)節(jié)與FESS阻尼控制器輸出信號(hào)之間的通道。則由FESS阻尼控制器提供的阻尼轉(zhuǎn)矩使λ變化為：△λ=s△TD= sF（λ）Kω△ω。其中，s為靈敏度系數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)FESS抑制系統(tǒng)振蕩，需在無(wú)功和有功控制回路上增加能夠反映振蕩信息的附加阻尼信號(hào)。如果增設(shè)的阻尼可以對(duì)采用的比例放大進(jìn)行有效控制，反饋信號(hào)就可以根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差來(lái)提供。另外如果FESS的有功和無(wú)功控制對(duì)系統(tǒng)阻尼的影響非常小，就只能在有功和無(wú)功的控制回路上增設(shè)阻尼信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)阻尼強(qiáng)度的顯著提高，而且在這樣的狀況下，抑制振蕩的效果比附加阻尼信號(hào)僅疊加到有功或無(wú)功控制回路的效果要更好。

以上公式描述了FESS通過(guò)附加阻尼控制來(lái)提供阻尼轉(zhuǎn)矩的相關(guān)控制因素，通過(guò)為振蕩模式提供阻尼這一機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制系統(tǒng)低頻振蕩的目的，這就很好的從理論上證明了FESS阻尼電力系統(tǒng)低頻振蕩的原理。

（二）FESS阻尼低頻振蕩的理論圖解分析

FESS阻尼低頻振蕩的理論分析可以總結(jié)如下三點(diǎn)：

第一、在僅含有功和無(wú)功控制的條件下，系統(tǒng)振蕩基本保持不變。

第二、通過(guò)增設(shè)阻尼信號(hào)到無(wú)功控制回路上，可以有效抑制系統(tǒng)的振蕩。

第三、通過(guò)增設(shè)阻尼信號(hào)到有功控制回路上，可以取得比增設(shè)阻尼信號(hào)到無(wú)功控制回路上更好的抑制效果。

由FESS阻尼低頻振蕩的理論圖解分析圖可以看出，通過(guò)對(duì)阻尼進(jìn)行合理的控制，可以使FESS輸出的有功功率得到系統(tǒng)振蕩功率的有效補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)抑制振蕩的效果，這就實(shí)現(xiàn)了FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的理論分析與物理解釋的一致。

本文從基于FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的模型分析、物理分析以及理論分析三個(gè)方面，詳細(xì)分析研究了FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機(jī)理，并且通過(guò)FESS阻尼低頻振蕩的理論圖解分析，有效的驗(yàn)證了FESS抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩物理分析與理論分析的一致性。

參考文獻(xiàn)

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