本文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)搖擺振蕩的非線性動(dòng)力學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 電力系統(tǒng) 同步發(fā)電機(jī) 搖擺方程 分岔 混沌振蕩 奇異性理論

【摘要】：近年來,我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模越來越大,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和特性日趨復(fù)雜,電網(wǎng)互聯(lián)影響越來越明顯,由此帶來的各種振蕩失穩(wěn)現(xiàn)象變得更易出現(xiàn)。又由于環(huán)境和投資條件的限制,電力系統(tǒng)通常在重負(fù)荷條件下接近其穩(wěn)定極限狀態(tài)運(yùn)行,當(dāng)實(shí)際的電力系統(tǒng)遇到各種擾動(dòng)時(shí),電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性極易受到影響,這是制約其安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性一直都是電力系統(tǒng)發(fā)展過程當(dāng)中面臨的緊迫而艱巨的任務(wù),同時(shí)也表明當(dāng)前電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究具有重要意義,迫切需要采用新理論新方法對(duì)電力系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行深入研究。電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性與同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)密切相關(guān),一直是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的焦點(diǎn)問題,許多具有破壞性的不穩(wěn)定事故都是由發(fā)電機(jī)功角失穩(wěn)造成的。因?yàn)闄C(jī)電耦合的相互作用,其中涉及到的動(dòng)力學(xué)問題非常復(fù)雜,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子搖擺運(yùn)動(dòng)可能會(huì)發(fā)生主共振、組合共振等振蕩形式,由振蕩誘發(fā)的發(fā)電機(jī)失步現(xiàn)象甚至電力系統(tǒng)失穩(wěn)等事故時(shí)有發(fā)生。電力系統(tǒng)作為一個(gè)典型的非線性動(dòng)力系統(tǒng),會(huì)表現(xiàn)出極其豐富的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)理論深入研究同步發(fā)電機(jī)功角的振蕩和分岔規(guī)律,指導(dǎo)人們采取有效的控制手段,是具有重要理論意義和實(shí)際意義的研究課題。本文以同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程(又稱搖擺方程)為對(duì)象,通過解析分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段,深入地研究了不同大小規(guī)模的電力系統(tǒng)中搖擺方程表現(xiàn)出來的一些非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象及同步發(fā)電機(jī)的振蕩失步機(jī)理。首先研究了周期性負(fù)荷擾動(dòng)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)搖擺方程的分岔和混沌特性�？紤]了與系統(tǒng)狀態(tài)變量相關(guān)的阻尼轉(zhuǎn)矩的影響,建立了該系統(tǒng)的搖擺方程,用多尺度法得到了系統(tǒng)小幅搖擺振蕩的周期解與幅頻響應(yīng)分岔方程。應(yīng)用奇異性理論對(duì)分岔方程進(jìn)行了奇異性分析,由Melnikov方法給出了系統(tǒng)發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)的解析條件,最后通過數(shù)值仿真分別討論了周期性負(fù)荷和同步發(fā)電機(jī)組的阻尼對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響。在此基礎(chǔ)上,考慮了原動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)機(jī)械輸入功率受到周期性的擾動(dòng)作用,建立了雙頻激勵(lì)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程,應(yīng)用多尺度法分析了組合共振的分岔特性。研究表明負(fù)荷功率和機(jī)械輸入功率都對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)有重要影響,當(dāng)兩種激勵(lì)幅值都較小時(shí),系統(tǒng)響應(yīng)具有小幅振蕩的周期解。隨著兩激勵(lì)幅值逐漸增大,系統(tǒng)分岔現(xiàn)象凸顯,出現(xiàn)了多值、跳躍、滯后等現(xiàn)象。研究結(jié)果同時(shí)表明雙頻激勵(lì)下的單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)發(fā)生混沌振蕩的門檻值提前,系統(tǒng)更易發(fā)生混沌振蕩現(xiàn)象。然后,針對(duì)兩機(jī)準(zhǔn)無窮大電力系統(tǒng)的物理模型,同時(shí)考慮了無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角的雙重?cái)_動(dòng)作用對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,建立了兩自由度的搖擺方程。應(yīng)用多尺度方法分別求得參激主共振和內(nèi)共振時(shí)系統(tǒng)模態(tài)解的分岔方程,由單變量奇異性理論討論了系統(tǒng)發(fā)生參激主共振時(shí)的轉(zhuǎn)遷集,并繪制了不同區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的分岔圖。由各區(qū)域內(nèi)的分岔圖可見,無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的幅值擾動(dòng)與相角擾動(dòng)相比,系統(tǒng)對(duì)電壓的幅值擾動(dòng)更加敏感。并利用兩個(gè)狀態(tài)變量的奇異性方法分析了1:3內(nèi)共振情況下分岔方程的分岔特性,研究了其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角擾動(dòng)之間的關(guān)系,得到了不同參數(shù)空間內(nèi)系統(tǒng)具有的典型分岔模式。研究結(jié)果表明內(nèi)共振的發(fā)生使得兩模態(tài)之間發(fā)生了能量傳遞,使第一階模態(tài)的幅值大大增加,模態(tài)解發(fā)生突變的分岔點(diǎn)增多,模態(tài)解分岔模式更為豐富。為此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí),可以通過避開這些分岔點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù),防止系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生突變。最后,以三機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程為研究對(duì)象,利用非線性動(dòng)力學(xué)方法研究其隨不同系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)特性。應(yīng)用四階Runge-Kutta方法,通過全局分岔圖、最大Lyapunov指數(shù)、時(shí)間歷程、相圖、Poincaré截面和頻譜,系統(tǒng)詳細(xì)地討論了無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的擾動(dòng)幅值、擾動(dòng)頻率、無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的基準(zhǔn)值和機(jī)組阻尼對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響。利用奇異性理論研究電力系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)特性的影響是本文的一個(gè)新視角,能夠?yàn)橄到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析與控制提供一個(gè)新手段,并且有助于更好地理解和認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩發(fā)生共振的機(jī)理,對(duì)其非線性振蕩的分析、預(yù)防和控制具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：電力系統(tǒng) 同步發(fā)電機(jī) 搖擺方程 分岔 混沌振蕩 奇異性理論
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM31;O322
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-30
• 1.1 課題研究背景與意義12-14
• 1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類14-15
• 1.3 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程15-19
• 1.4 電力系統(tǒng)分岔與混沌研究綜述19-26
• 1.4.1 電力系統(tǒng)中分岔的研究20-22
• 1.4.2 電力系統(tǒng)中混沌的研究22-26
• 1.5 非線性動(dòng)力學(xué)理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用26-28
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容28-30
• 第2章 周期性負(fù)荷擾動(dòng)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的分岔與混沌分析30-46
• 2.1 周期性負(fù)荷擾動(dòng)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程30-32
• 2.2 主共振分析32-34
• 2.3 主共振的奇異性分析34-36
• 2.4 MELNIKOV函數(shù)分析36-40
• 2.5 數(shù)值分析40-44
• 2.5.1 周期性負(fù)荷激勵(lì)幅值對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響40-43
• 2.5.2 阻尼對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-46
• 第3章 雙頻激勵(lì)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的組合共振及分岔特性研究46-59
• 3.1 雙頻激勵(lì)作用下單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程46-47
• 3.2 雙頻激勵(lì)作用下系統(tǒng)的組合共振分析47-51
• 3.2.1 組合共振問題的求解47-49
• 3.2.2 組合共振時(shí)解的穩(wěn)定性分析49-50
• 3.2.3 奇異性分析50-51
• 3.3 MELNIKOV函數(shù)分析51-54
• 3.4 數(shù)值計(jì)算54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第4章 兩機(jī)準(zhǔn)無窮大電力系統(tǒng)的分岔與奇異性分析59-80
• 4.1 兩機(jī)準(zhǔn)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程60-64
• 4.2 參激主共振分析64-72
• 4.3 內(nèi)共振分析72-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第5章 三機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性分析80-98
• 5.1 三機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的搖擺方程81-83
• 5.2 最大LYAPUNOV指數(shù)83-84
• 5.3 三機(jī)無窮大電力系統(tǒng)功角搖擺振蕩的非線性響應(yīng)分析84-96
• 5.3.1 無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的擾動(dòng)幅值影響84-90
• 5.3.2 阻尼系數(shù)的影響90-93
• 5.3.3 無窮大節(jié)點(diǎn)電壓的常值B0V的影響93
• 5.3.4 無窮大節(jié)點(diǎn)電壓擾動(dòng)頻率的影響93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 結(jié)論98-101
• 參考文獻(xiàn)101-112
• 附錄112-114
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果114-116
• 致謝116-117
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷117

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：639924