電力系統(tǒng)低頻振蕩的原因及抑制方法分析

1、電力系統(tǒng)低頻振蕩的原因及抑制方法分析 電力系統(tǒng)低頻振蕩的原因及抑制方法分析 隨著電力系統(tǒng)低頻振蕩對系統(tǒng)穩(wěn)定性危害的逐漸顯現(xiàn)，對系統(tǒng)低頻振蕩的分析越來越 受到關(guān)注，本文分析了系統(tǒng)低頻振蕩產(chǎn)生的原因，比擬了常見的抑制低頻振蕩的措施，比照了優(yōu)缺點(diǎn)，對柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)在抑制低頻振蕩中的應(yīng)用進(jìn)行展望。 【關(guān)鍵詞】低頻振蕩 抑制措施 電力系統(tǒng) 電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)開展初期，發(fā)電廠同步發(fā)電機(jī)聯(lián)系較為緊密，阻尼繞組會(huì)產(chǎn)生足夠大的阻尼，抑制振蕩開展，低頻振蕩在那時(shí)少有產(chǎn)生。隨著電網(wǎng)規(guī)?；ヂ?lián)的不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了大型電力系統(tǒng)之間的互聯(lián)，電力系統(tǒng)聯(lián)系因而變得越來越密切，世界許多地區(qū)電網(wǎng)都發(fā)現(xiàn)了0.2Hz至2.5Hz范圍內(nèi)的

2、低頻振蕩，低頻振蕩問題逐漸受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。電力系統(tǒng)低頻振蕩一旦發(fā)生，如果沒有及時(shí)抑制，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定乃至解列，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定平安運(yùn)行，甚至誘發(fā)聯(lián)鎖事故，造成嚴(yán)重后果。 1 低頻振蕩產(chǎn)生的原因 1.1 負(fù)阻尼導(dǎo)致低頻振蕩 有文獻(xiàn)記載了運(yùn)用阻尼轉(zhuǎn)矩的方法，針對單機(jī)無窮大系統(tǒng)分析低頻振蕩的原因，最主要的原因是系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)阻尼因素，從而抵消系統(tǒng)自有的正阻尼性，導(dǎo)致系統(tǒng)的總阻尼很小甚至為負(fù)值。如果系統(tǒng)阻尼很小，在受到擾動(dòng)后，系統(tǒng)中功率振蕩始終難以平息，就會(huì)造成等幅或減幅的低頻振蕩。如果系統(tǒng)阻尼為負(fù)值，在受到擾動(dòng)后，低頻振蕩會(huì)不斷積累增加，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。 1.2 發(fā)電機(jī)電磁慣性導(dǎo)致低頻振蕩 電力

3、系統(tǒng)中勵(lì)磁控制是通過調(diào)整勵(lì)磁電壓來改變勵(lì)磁電流，從而到達(dá)調(diào)整發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的目的?？刂苿?lì)磁電流就是在調(diào)整氣隙合成磁場，它使得發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓調(diào)整為所需值，同時(shí)也調(diào)整了電磁轉(zhuǎn)矩。故改變勵(lì)磁電流大小便可以調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)端電壓。在勵(lì)磁自動(dòng)控制時(shí)，因發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組有電感，勵(lì)磁電流比勵(lì)磁電壓滯后，故會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后的控制，滯后的控制在一定因素下會(huì)引起系統(tǒng)低頻振蕩。 1.3 電力系統(tǒng)非線性奇異現(xiàn)象導(dǎo)致低頻振蕩 依據(jù)小擾動(dòng)分析法，系統(tǒng)的特征根中有一個(gè)零根或一對虛根時(shí)，系統(tǒng)處在穩(wěn)定邊界；系統(tǒng)的特征根都為負(fù)實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定的；系統(tǒng)特征根中有一對正實(shí)部的復(fù)數(shù)或一個(gè)正實(shí)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定。而實(shí)際情況是非線性系

4、統(tǒng)在臨近虛軸時(shí)會(huì)產(chǎn)生奇異現(xiàn)象。這種奇異現(xiàn)象表現(xiàn)在即便系統(tǒng)全部特征根都帶負(fù)實(shí)部，在小的擾動(dòng)時(shí)，非線性也可能造成系統(tǒng)狀態(tài)、特性的突變，導(dǎo)致低頻振蕩增幅的發(fā)生。 1.4 過于靈敏的勵(lì)磁調(diào)節(jié)導(dǎo)致低頻振蕩 為了給系統(tǒng)運(yùn)行變化提供快速靈敏的調(diào)節(jié)控制，電力系統(tǒng)里現(xiàn)在廣泛采用數(shù)字式、高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)、高增益的快速勵(lì)磁系統(tǒng)。快速勵(lì)磁系統(tǒng)可以使勵(lì)磁控制時(shí)間常數(shù)減小，但從控制方面分析，過于靈敏的調(diào)節(jié)控制，在較小擾動(dòng)時(shí)會(huì)作出過大的反響，過大的反響會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生超出預(yù)期的調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)又會(huì)反作用于系統(tǒng)，造成更進(jìn)一步擾動(dòng)。如此反復(fù)循環(huán)，如不及時(shí)干預(yù)，系統(tǒng)的低頻振蕩逐漸積累，最終難以控制。 1.5 不適宜的控制方式導(dǎo)致低頻振蕩 在

5、擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)端電壓對調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的要求是相反的，勵(lì)磁調(diào)節(jié)很難同時(shí)到達(dá)兩者的要求，如果控制要求是抑制系統(tǒng)中的低頻振蕩，卻采用與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?zèng)]有直接關(guān)系的信號(hào)作為輸入控制量的控制方式，那么有分析在一定條件下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的增幅低頻振蕩。 以上分析低頻振蕩產(chǎn)生的原因各有側(cè)重，從不同角度對低頻振蕩產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了解釋，對提出抑制低頻振蕩的措施提供了根底依據(jù)。 2 抑制低頻振蕩的措施 2.1 目前采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是抑制低頻振蕩較常用的措施 加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器后，不但可以阻尼區(qū)域間振蕩模式，同時(shí)也阻尼局部振蕩模式。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號(hào)可以是發(fā)電機(jī)頻率偏差、轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、或者是幾個(gè)的組合。通

6、常采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒▽ζ溥M(jìn)行整定。確定電力系統(tǒng)穩(wěn)定器安裝地點(diǎn)應(yīng)依據(jù)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差對應(yīng)的參與因子，用這個(gè)參與因子可對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一級掃描，然后采用頻率和留數(shù)響應(yīng)法再進(jìn)行更精確的計(jì)算，最終確定適當(dāng)?shù)陌惭b位置。現(xiàn)有文獻(xiàn)已提出電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的缺點(diǎn)，即當(dāng)其投入后，機(jī)組的無功功率會(huì)有波動(dòng)，波動(dòng)幅度根據(jù)不同的有功負(fù)載也是不同的，而且未表現(xiàn)出周期性，克服較為困難。 2.2 采用直流小信號(hào)調(diào)制 在交、直流并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)中，可以采用直流小信號(hào)調(diào)制的方法，增加抑制系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼。直流小信號(hào)調(diào)制器輸入量可選取多種信號(hào)，包括：整流側(cè)或者逆變側(cè)頻率、兩側(cè)頻率偏差、線路電流偏差和線路功率偏差。已有研究提出調(diào)制信號(hào)采用

7、并聯(lián)交流聯(lián)絡(luò)線的功率變化速度，不但可以消除長距離通訊通道可能存在不穩(wěn)定性，而且可以有效迅速地抑制區(qū)域間的低頻振蕩模式。直流小信號(hào)調(diào)制的缺點(diǎn)在于應(yīng)用范圍受限，且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)缺乏。 2.3 采用柔性交流輸電系統(tǒng)裝置是抑制低頻振蕩最有開展和前景的措施 所謂柔性交流輸電系統(tǒng)，是基于電力電子技術(shù)的控制設(shè)備，通過串并聯(lián)混合方式或單獨(dú)串聯(lián)、并聯(lián)接入輸電網(wǎng)系統(tǒng)，用來增大電力傳輸能力和增強(qiáng)可控性的交流輸電系統(tǒng)。在上世紀(jì)末期，柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)從最初的第一代、第二代很快開展到現(xiàn)在的第三代技術(shù)。柔性交流輸電系統(tǒng)裝置主要設(shè)備包括動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器、靜止同步補(bǔ)償器、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器等。柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)迅速靈活，

8、能夠良好的改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼。例如靜止無功補(bǔ)償器可以快速調(diào)節(jié)電壓，通過平滑、快速地調(diào)節(jié)感性和容性無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。當(dāng)大容量的互聯(lián)電力系統(tǒng)受到較大擾動(dòng)，發(fā)生低頻功率振蕩或電壓振蕩時(shí)，迅速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的潮流從而提高系統(tǒng)內(nèi)振蕩阻尼，起到抑制、阻尼的作用，提高了輸電系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和輸電能力。 3 結(jié)束語 通過分析引起電力系統(tǒng)低頻振蕩的原因，比擬了常見的抑制低頻振蕩的措施，說明柔性交流輸電系統(tǒng)裝置技術(shù)作為現(xiàn)代抑制低頻振蕩的熱點(diǎn)措施，隨著電力電子技術(shù)的快速開展，本錢的進(jìn)一步降低，必將具有更為廣闊的開展前景。 參考文獻(xiàn) 【1】彭煒東，薛福文.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及其在三峽機(jī)組的應(yīng)用J.中國