電力系統低頻振蕩問題探析

【摘 要】隨著電網規模的不斷擴大，電力系統的動態穩定性問題越來越突出。本文對電力系統低頻振蕩的各種原因進行了探究，并提出了一系列有針對性的解決措施。

【關鍵詞】電力系統；低頻振蕩；電力系統穩定器

一、研究電力系統低頻振蕩的必要性

電網互聯會帶來諸如電網錯峰、水火電互補、功率緊急支援等一系列的經濟效益，極大地提高了發電和輸電的經濟性和可靠性，因而得到了十分迅速的發展，但它同時也帶來了一些新的問題，如大電網內部及與其它電網互聯線路的潮流控制和穩足性控制等問題。隨著互聯電力系統規模日益增大，系統互聯引發的區域低頻振蕩問題已成為威脅互聯電網安全穩定運行、制約電網傳輸能力的重要因素之一，有必要全面認識電力系統低頻振蕩問題。

二、電力系統低頻振蕩的影響因素

（1）發電機的電磁慣性引起低頻振蕩。電力系統的勵磁控制，就是通過控制勵磁系統的勵磁電壓EF，從而改變勵磁電流if來達到控制發電機運行狀態的目的。調節勵磁電流if實際上是調節氣隙合成磁場，它可以使發電機機端電壓為所需值，同時也影響了電磁轉矩。因此，調節勵磁電流可以控制機端電壓和電磁轉矩。使用勵磁自動控制時，勵磁系統便會產生一個勵磁電壓變量△EF。由于發電機勵磁繞組具有電感，△EF在勵磁繞組中產生的勵磁電流變量將是一個比它滯后的勵磁電流強迫分量△ife。這種勵磁電流對勵磁電壓的滯后產生了一個滯后的控制，而滯后的控制在一定條件下將引起系統的振蕩。（2）過于靈敏的勵磁調節引起低頻振蕩。這些快速勵磁系統可對系統運行的變化作出快速反應，從而對其進行靈敏快速的調節控制。從控制方面來看，過于靈敏的調節，會對較小的擾動作出過大的反應。目前實際的電力系統運行情況也證明，在系統中使用快速勵磁系統之后，系統的低頻振蕩問題已日益突出。（3）缺乏互聯系統機械模式的阻尼而引起低頻振蕩。F.P.DeMello于

1969年運用阻尼轉矩的概念對單機無窮大系統產生低頻振蕩的原因進行了分析和解釋。他認為，電力系統中產生低頻振蕩的根本原因是由于系統中產生了負阻尼作用，抵消了系統固有的正阻尼，使系統的總阻尼很小或為負值。系統的阻尼很小時，如果受到擾動，系統中的功率振蕩長久不能平息，就會造成減幅或等幅的低頻振蕩；而系統的阻尼為負值時，則將造成增幅的低頻振蕩。

三、解決電力系統低頻振蕩的措施

（1）電力系統穩定控制器PSS。PSS（Power System Stabiliz

-er）是目前世界上使用最廣泛、最經濟且技術較為成熟的抑制低頻振蕩的措施。基本原理是在自動電壓調節AVR（Automa

-tion Voltage Regulation）的基礎上，附以轉速偏差Δω，功率偏差ΔPe，頻率偏差Δf中的一種或幾種信號作為附加控制，產生與Δω同軸的附加力矩，增加對低頻振蕩的阻尼，以增強電力系統的動態穩定性。在多機系統中應用PSS需要解決的問題主要有兩個：PSS安裝地點的選擇、PSS參數的協調整定，這也是今后有待進一步研究的一個課題。（2）采用FACTS元件抑制低頻振蕩。FACTS元件在維持系統中某點電壓水平、提高電力系統暫態穩定性和抑制系統功率振蕩等方面已經取得廣泛應用。傳統的FACTS控制方式是以維持系統某節點的電壓等為目標，但許多研究結果表明，較強的電壓控制將降低FACTS向系統提供阻尼的能力，因此FACTS的控制目標不僅應包括維持系統某點電壓給定值，還應保證向系統提供正阻尼，只有這樣才能確保它們提高系統的暫態穩定性。在現代大型互聯電網中，如何對眾多的FACTS元件進行協調控制，以使整體性能達到最優，是一個亟待解決的問題。針對這一問題提出了采用非線性最優變目標策略來協調所有控制器。目前，這類問題的研究還僅局限在簡化的較小系統模型中進行。（3）電力系統智能穩定控制器。由于人工智能技術的迅速發展，促成了人工智能穩定器的出現。ANN（A rtificial Neural Network）具有快速的并行處理能力。ANN具有非線性特性，再次能夠通過樣本訓練，具有自適應能力。基于模糊技術的PSS能夠較好地適應電力系統的非線性特性，具有較強的魯棒性、較好的控制效果，但也存在一些明顯的不足。鑒于模糊PSS具有上述致命的弱點，科研人員考慮將模糊技術和神經網絡技術結合起來，從而將一種全新的模糊神經網絡技術應用于PSS的設計之中。這一技術是借助于模糊技術無須依賴精確的系統模型的特點和神經網絡技術的自學習、自推理等的特性，從而得到一種既不依賴于系統精確的數學模型又具有良好的自適應、自學習特性的控制性能良好的PSS。

參 考 文 獻

[1]王鐵強．電力系統低頻振蕩共振機理的研究[D]．華北電力大學博士學位論文．2001

[2]王梅義，吳競昌，蒙定中．大電網系統技術[M]．北京：中國電力出版社，2007

[3]湯涌．電力系統強迫功率振蕩分析[J]．電網技術．2008