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，對柔性交流輸電系統(tǒng)技術在抑制低頻振蕩中的應用進行展望。 【關鍵詞】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)電機聯(lián)系較為緊密，阻尼繞組會產(chǎn)生足夠大的阻尼，抑制振蕩開展，低頻振蕩在那時少有產(chǎn)生。隨著電網(wǎng)規(guī)模互聯(lián)的不斷擴大，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范圍內的

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

3、系統(tǒng)中勵磁控制是通過調整勵磁電壓來改變勵磁電流，從而到達調整發(fā)電機運行工況的目的?？刂苿畲烹娏骶褪窃谡{整氣隙合成磁場，它使得發(fā)電機機端的電壓調整為所需值，同時也調整了電磁轉矩。故改變勵磁電流大小便可以調整電磁轉矩和機端電壓。在勵磁自動控制時，因發(fā)電機勵磁繞組有電感，勵磁電流比勵磁電壓滯后，故會產(chǎn)生一個滯后的控制，滯后的控制在一定因素下會引起系統(tǒng)低頻振蕩。 1.3 電力系統(tǒng)非線性奇異現(xiàn)象導致低頻振蕩 依據(jù)小擾動分析法，系統(tǒng)的特征根中有一個零根或一對虛根時，系統(tǒng)處在穩(wěn)定邊界；系統(tǒng)的特征根都為負實部時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定的；系統(tǒng)特征根中有一對正實部的復數(shù)或一個正實數(shù)時，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定。而實際情況是非線性系

4、統(tǒng)在臨近虛軸時會產(chǎn)生奇異現(xiàn)象。這種奇異現(xiàn)象表現(xiàn)在即便系統(tǒng)全部特征根都帶負實部，在小的擾動時，非線性也可能造成系統(tǒng)狀態(tài)、特性的突變，導致低頻振蕩增幅的發(fā)生。 1.4 過于靈敏的勵磁調節(jié)導致低頻振蕩 為了給系統(tǒng)運行變化提供快速靈敏的調節(jié)控制，電力系統(tǒng)里現(xiàn)在廣泛采用數(shù)字式、高強勵倍數(shù)、高增益的快速勵磁系統(tǒng)?？焖賱畲畔到y(tǒng)可以使勵磁控制時間常數(shù)減小，但從控制方面分析，過于靈敏的調節(jié)控制，在較小擾動時會作出過大的反響，過大的反響會使系統(tǒng)產(chǎn)生超出預期的調節(jié)，這種調節(jié)又會反作用于系統(tǒng)，造成更進一步擾動。如此反復循環(huán)，如不及時干預，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致低頻振蕩 在

5、擾動發(fā)生時，電磁轉矩和機端電壓對調節(jié)勵磁電流的要求是相反的，勵磁調節(jié)很難同時到達兩者的要求，如果控制要求是抑制系統(tǒng)中的低頻振蕩，卻采用與轉子轉速沒有直接關系的信號作為輸入控制量的控制方式，那么有分析在一定條件下會導致系統(tǒng)的增幅低頻振蕩。 以上分析低頻振蕩產(chǎn)生的原因各有側重，從不同角度對低頻振蕩產(chǎn)生的機理進行了解釋，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，同時也阻尼局部振蕩模式。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號可以是發(fā)電機頻率偏差、轉速偏差、功率偏差、或者是幾個的組合。通

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

7、并聯(lián)交流聯(lián)絡線的功率變化速度，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。直流小信號調制的缺點在于應用范圍受限，且應用經(jīng)驗缺乏。 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的控制設備，通過串并聯(lián)混合方式或單獨串聯(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可控性的交流輸電系統(tǒng)。在上世紀末期，柔性交流輸電系統(tǒng)技術從最初的第一代、第二代很快開展到現(xiàn)在的第三代技術。柔性交流輸電系統(tǒng)裝置主要設備包括動態(tài)穩(wěn)定器、靜止同步補償器、靜止同步串聯(lián)補償器等。柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的特點是調節(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。例如靜止無功補償器可以快速調節(jié)電壓，通過平滑、快速地調節(jié)感性和容性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償。當大容量的互聯(lián)電力系統(tǒng)受到較大擾動，發(fā)生低頻功率振蕩或電壓振蕩時，迅速調節(jié)系統(tǒng)的潮流從而提高系統(tǒng)內振蕩阻尼，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)裝置技術作為現(xiàn)代抑制低頻振蕩的熱點措施，隨著電力電子技術的快速開展，本錢的進一步降低，必將具有更為廣闊的開展前景。 參考文獻 【1】彭煒東，薛福文.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及其在三峽機組的應用J.中國