摘要：本文首先介紹了時變動態(tài)相量理論的定義及應(yīng)用范圍，對目前國內(nèi)外相關(guān)應(yīng)用研究情況進行了探討，同時對時變動態(tài)相量目前在電力系統(tǒng)中存在的問題進行了分析，最后針對目前研究的現(xiàn)狀和困難，對“時變動態(tài)相量”的研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：時變動態(tài)相量 電力系統(tǒng) 分析應(yīng)用

0 引言

電力系統(tǒng)暫態(tài)的頻率范圍很廣，可從直流到數(shù)兆赫茲。這些暫態(tài)可粗略劃分為機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)兩類。次同步諧振和次同步振蕩的頻率范圍為5—1000Hz，雖然涉及發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械動態(tài)過程，但主要與發(fā)電機和輸電線路的電磁暫態(tài)過程有關(guān)，因而也歸于所謂慢速低頻的電磁暫態(tài)過程。通常，這兩個過程分析的目的和內(nèi)容是不同的，采用的模型和分析方法也不相同。在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動后，電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程是同時發(fā)生并且相互影響，但是要對它們進行統(tǒng)一分析卻是十分復雜，這主要是它們的變化速度相差非常大，因而在工程上通常近似地對它們分別進行分析。當分析電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程時，不計機電暫態(tài)過程的影響：當分析機電暫態(tài)問題時，也不再考慮電磁暫態(tài)過程的影響，即認為電磁暫態(tài)過程已經(jīng)結(jié)束。

1 傳統(tǒng)相基及時變動態(tài)相量理論及應(yīng)用狀況

1.1傳統(tǒng)相量“相量”的概念引入電力系統(tǒng)中有近80年的歷史了，它為電力系統(tǒng)的分析帶來了巨大的方便。傳統(tǒng)的“相量”概念是建立在“正弦穩(wěn)態(tài)”或“準穩(wěn)態(tài)”假定基礎(chǔ)之上的，即認為電流、電壓相量或者功率的變化是慢速的。

1.2時變動態(tài)相量理論的提出及應(yīng)用狀況近年來隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，許多新型的FACTS設(shè)備越來越廣泛地應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，給電力系統(tǒng)的分析提出新的要求和挑戰(zhàn)?！皶r變動態(tài)相量理論”的提出正是這一新的形勢要求下發(fā)展起來的。

“時變動態(tài)相量”分析方法的突出優(yōu)點是：選擇系統(tǒng)占主導優(yōu)勢的頻率進行動態(tài)模式的分析，并可用于分析計算快速的電磁暫態(tài)行為。它的最佳分析對象是具有快速動態(tài)元件的系統(tǒng)，如FACTS。正是因為這些特性，1997年，University of Padov，Italy的教授Paolo Mattavelli、MIT的教授George C.Verghese和Northeasthtern U-niversity的教授M.Stankovic聯(lián)合發(fā)表了文章phasor Dynamics of Thyristor-Controlled Series Capacitor Systems，首先把“時變動態(tài)相量”分析方法應(yīng)用于分析FACTS元件—TCSC系統(tǒng)。這篇文章利用“時變動態(tài)相量”和頻率選擇技術(shù)，建立了TCSC元件的動態(tài)相量模型，從而突破了以往的時域仿真或者“準穩(wěn)態(tài)”相量分析TCSC系統(tǒng)的方法。該模型不但仿真精度好，且具有仿真速度比時域仿真快的優(yōu)點。緊接該文章之后，他們又用“時變動態(tài)相量”方法，對TCSC的模型進行了進一步的簡化，使之適應(yīng)于分析SSR現(xiàn)象。

用“時變動態(tài)相量”分析電力系統(tǒng)的不對稱故障問題一直是一個巨大的難點，特別是難以建立發(fā)電機和電動機等非線性動態(tài)元件的動態(tài)相量模型。針對這一問題，2000年，M Stankovic教授發(fā)表了文章Analysis of Asymmetrical Faults in Power Systems Using Dynamic Phasors，該文章從發(fā)電機原始方程出發(fā)，應(yīng)用“時變動態(tài)相量”“空間矢量與動態(tài)對稱分量法”的組合技術(shù)，建立了適用于分析不對稱故障的發(fā)電機模型。該模型的優(yōu)點是能夠非常精確地仿真分析發(fā)電機的不對稱故障問題，而且仿真速度快于傳統(tǒng)的時域仿真。缺點是方程的推導過于復雜，難以于外部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行接口。

2 目前研究存在的問題及今后的研究方向

國外關(guān)于“時變動態(tài)相量”的研究已經(jīng)取得了顯著成效。然而盡管如此，就目前的研究和應(yīng)用水平而言，不足地方主要表現(xiàn)為如下幾個方面：

2.1幾乎所有文獻在應(yīng)用“時變動態(tài)相量”方法進行分析時，都采用狀態(tài)空間分析方法，即，列寫全系統(tǒng)微分方程的方法。這種方法的優(yōu)點是能夠從小擾動的角度分析全系統(tǒng)的特征值，從而觀察各個元件乃至整個系統(tǒng)的動態(tài)情況和穩(wěn)定性問題。但是，目前還沒有一套完整的能夠適應(yīng)于大擾動計算的，而且方便用于計算機仿真的系統(tǒng)化模型，即一套完整的、能夠開發(fā)成應(yīng)用程序的模型。也就是說，利用“時變動態(tài)相量”方法分析電力系統(tǒng)的動態(tài)問題，目前還沒有實現(xiàn)規(guī)模化、程序化。

2.2“時變動態(tài)相量”的突出優(yōu)點是：選擇系統(tǒng)占主導優(yōu)勢的頻率，分析計算快速的動態(tài)模式。它最佳的分析對象是具有快速動態(tài)元件的系統(tǒng)，如FACTS。但是用“時變動態(tài)相量”推導每一個FACTS元件，都是相當復雜的。其復雜性在于：每一個FACTS元件的系統(tǒng)動態(tài)過程(包含電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程)不但存在基頻分量的動態(tài)，而且還有各次諧波分量的動態(tài)，從工程角度和數(shù)學角度去獲得它們的解析表達式，是極其困難的。

2.3“時變動態(tài)相量”在分析三相對稱故障時，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點。但在分析不對稱故障時，特別是分析一些非線性動態(tài)元件，如發(fā)電機和電動機等，則難以建立精確的模型。盡管目前存在這些困難，但“時變動態(tài)相量”突出的優(yōu)點是大家公認的。再則因為電力系統(tǒng)中的多數(shù)元件的控制采用相量控制，引入“時變動態(tài)相量”以后，對這些控制進行分析的精確程度可能得到提高。因此有必要對它的理論和應(yīng)用研究不斷進行下去。

3 結(jié)束語

針對目前研究的現(xiàn)狀和困難。今后對“時變動態(tài)相量”的研究應(yīng)著眼于以下幾個方面：①研究常規(guī)電力系統(tǒng)元件的動態(tài)相量模型，把這些模型系統(tǒng)化。并進一步將它們開發(fā)為通用的、具有強大功能的應(yīng)用程序。②充分發(fā)揮“時變動態(tài)相量”的突出優(yōu)點，對目前的FACTS設(shè)備進行系統(tǒng)的分析、推導、建立這些FACTS設(shè)備詳細的、精確的動態(tài)相量模型。即在對所研究的設(shè)備性能完全了解的基礎(chǔ)上，從工程洞查的角度和數(shù)學的角度推導其數(shù)學解析表達式，建立適用于仿真分析的動態(tài)相量模型。⑨研究電力系統(tǒng)的不對稱故障問題，建立非線性元件，如發(fā)電機，電動機等的動態(tài)相量模型。這些模型不但應(yīng)能精確地描述它們的動態(tài)行為，而且應(yīng)方便在計算機上仿真，如便于發(fā)電機與網(wǎng)絡(luò)仿真的接口等。