電力系統(tǒng)低頻振蕩控制策略分析

萬　友,孫建忠（山西京玉發(fā)電有限責(zé)任公司,山西　右玉　037200）

電力系統(tǒng)低頻振蕩控制策略分析

萬友,孫建忠
（山西京玉發(fā)電有限責(zé)任公司,山西右玉037200）

隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展也直接帶來快速勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用，同時在互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的低頻振蕩問題嚴(yán)重危及了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，低頻振蕩問題已經(jīng)成為影響電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性和遠(yuǎn)距離傳輸容量的重要條件，對于即將達(dá)到運(yùn)行極限狀態(tài)的電力系統(tǒng)影響更加至關(guān)重要。所以運(yùn)用各種方法控制策略減少或避免低頻振蕩對電力系統(tǒng)的危害，這將是未來抑制低頻振蕩的發(fā)展方向。

電力系統(tǒng)，低頻振蕩，抑制策略

互聯(lián)互通的電網(wǎng)使輸送電能容量提高，輸電成本大大降低，使電能合理高效的調(diào)配，同時也帶一些弊端，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來影響。在電力系統(tǒng)中經(jīng)過發(fā)電機(jī)組由電線電路輸送電能，在擾動的影響下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間會發(fā)生相對的擺動，同時由于阻尼的缺乏導(dǎo)致持續(xù)振蕩情況發(fā)生，這時輸送電路的功率也會有相應(yīng)的變化，一般是0.2-2.5Hz左右。一般電力系統(tǒng)都容易產(chǎn)生低頻振蕩，只是有些振蕩的頻率很小，只是我們無法觀察或者還沒有給電力系統(tǒng)造成危害。在電力系統(tǒng)規(guī)模較小和技術(shù)比較落后時期，這些振蕩系統(tǒng)可以進(jìn)行自愈，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和電力技術(shù)的發(fā)展，這些振蕩系統(tǒng)無法進(jìn)行自愈功能，從而引起了人們的高度注意。電力系統(tǒng)低頻振蕩影響設(shè)備機(jī)組多，涉及范圍廣，區(qū)域危害大。目前經(jīng)常出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離并且重負(fù)荷輸電線路上，在現(xiàn)代使用快速和高倍數(shù)勵磁系統(tǒng)的情況下更容易發(fā)生低頻振蕩。

1　　電力系統(tǒng)中低頻振蕩產(chǎn)生的原因

1.1缺乏互聯(lián)系統(tǒng)阻尼造成的低頻振蕩

電力系統(tǒng)低頻振蕩產(chǎn)生的原因是由于系統(tǒng)中產(chǎn)生了負(fù)阻尼，由負(fù)阻尼抵消了系統(tǒng)中的正阻尼，從而造成電力系統(tǒng)的總阻尼值變小或者成為負(fù)值。在阻尼值變小后又受到外界干擾，就會造成減幅低頻振蕩的出現(xiàn)，在系統(tǒng)阻尼值是負(fù)數(shù)時，就會產(chǎn)生增幅低頻振蕩的發(fā)生。

1.2由發(fā)電機(jī)電磁慣性造成的低頻振蕩

電力系統(tǒng)中的勵磁系統(tǒng)是運(yùn)用控制勵磁電壓，通過改變勵磁電流實現(xiàn)對電機(jī)的控制。所以，想要實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)端電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的控制，只需要調(diào)節(jié)勵磁電流。由于發(fā)電機(jī)勵磁本身就具有電感作用，勵磁電流比勵磁電壓滯后在一定條件下就容易產(chǎn)生低頻振蕩。

1.3由勵磁調(diào)節(jié)的過度靈敏性造成的低頻振蕩

為了減少勵磁系統(tǒng)的時間，在電力系統(tǒng)中廣泛使用快速勵磁系統(tǒng)。在使用快速勵磁系統(tǒng)時可以根據(jù)系統(tǒng)中的變化快速反饋，達(dá)到靈敏快速控制調(diào)節(jié)的目的。高度的靈敏性也帶了對干擾做出錯誤控制指令，又會在錯誤的調(diào)節(jié)對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的干擾。

1.4由電力系統(tǒng)非線性造成的低頻振蕩

由于電力系統(tǒng)的非線性特征,電力系統(tǒng)在虛軸周圍出現(xiàn)異常狀況。非線性動態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時,即使系統(tǒng)的所有特征根都存在負(fù)實部,那么即使在很小的外界干擾情況下,由于非線性誤差可能造成系統(tǒng)特性和狀態(tài)發(fā)生突然變化,這就直接導(dǎo)致增幅性振蕩的發(fā)生。

1.5由于控制方式不恰當(dāng)造成的低頻振蕩

氣隙合成磁場是通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)，它能達(dá)到對機(jī)端電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的控制。在有擾動干擾的情況時，機(jī)端對電壓的要求和電磁轉(zhuǎn)矩對勵磁電流的要求就會產(chǎn)生一定沖突,這時勵磁調(diào)節(jié)就不能同時達(dá)到機(jī)端電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的要求，甚至有可能起到恰恰相反的效果，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2　　電力系統(tǒng)低頻振蕩控制策略

2.1 增加一次系統(tǒng)的建設(shè)

在長距離輸送和重負(fù)荷輸電線路以及弱互聯(lián)的電網(wǎng)中，為了更好抑制電網(wǎng)中低頻振蕩情況的發(fā)生，可以在改變網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面考慮，盡可能避免較長距離和重負(fù)荷的輸電方式，如果必須進(jìn)行長距離和重負(fù)荷輸送電能時，可以采用直流輸電和增加聯(lián)絡(luò)線以及分布式電源等方法，同時也要合理考慮電廠和負(fù)荷的區(qū)域位置。

2.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器控制策略

設(shè)置PSS的作用是在當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速正常的搖擺提供正阻尼值。使轉(zhuǎn)子在一定頻率范圍內(nèi)搖擺，完成從較低的0.2～1Hz到較高的1～2Hz之間的轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換是一個系統(tǒng)一組發(fā)電機(jī)組向互連的另一系統(tǒng)發(fā)電機(jī)機(jī)組的搖擺過程。PSS的目的就是通過增加轉(zhuǎn)換過程中的阻尼，來提高系統(tǒng)之間的相互關(guān)系和提高輸送電能的水平。一般情況在頻率低于0.3Hz的低頻振蕩中，運(yùn)用PSS抑制器克服振蕩的作用不是很好，而且頻率越低效果越差。這時還可以減少重負(fù)荷輸電線路，使用串聯(lián)補(bǔ)償電容的方法，來達(dá)到減少送電區(qū)和受電區(qū)的電氣距離，采用直流輸電，使送電區(qū)和受電區(qū)不出現(xiàn)功率振蕩，在遠(yuǎn)距離輸送電能線路中應(yīng)在中間距離設(shè)置靜止無功補(bǔ)償器（SVC），提高動態(tài)系統(tǒng)的性能。

2.3 靜止無功補(bǔ)償器SVC

在輸電系統(tǒng)中經(jīng)常用到的SVC有晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切電容器等，SVC可以為系統(tǒng)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)提供無功電源,運(yùn)用本身可變導(dǎo)納輸出來提供阻尼力矩，保證動態(tài)無功功率的快速調(diào)節(jié),同時在出現(xiàn)事故時為電壓提供支持，到達(dá)維持電壓水平和平息系統(tǒng)振蕩的作用。

2.4 其他系統(tǒng)抑制低頻振蕩

當(dāng)前用來抑制系統(tǒng)低頻振蕩的方法除了前面講到的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）和靜止無功補(bǔ)償器(SVC)，還有很多比如：高壓直流輸電系統(tǒng)(HVDC)和靈活交直流輸電系統(tǒng)(FACTS)等方法。這些方法在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和負(fù)載特性以及運(yùn)行方式等各個方面改進(jìn)系統(tǒng)的阻尼特性，以便于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

3　總結(jié)

隨著電力系統(tǒng)中輸電線路越來越趨向于極限，電力系統(tǒng)在運(yùn)行時不僅要考慮安全性和可靠性，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益,這無形增加了低頻振蕩抑制研究的難度。針對低頻振蕩的抑制目的，一次系統(tǒng)抑制能有效增加系統(tǒng)中的總阻尼值，但是由于需要對一次系統(tǒng)構(gòu)架進(jìn)行較大的改造，所以資金也比較大，這種策略適應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃的時考慮的方向，二次系統(tǒng)抑制策略是通過優(yōu)化原系統(tǒng)的配置，使各個系統(tǒng)中各模式的阻尼協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而達(dá)到阻尼的最大化，這類投資相對較少。所以在電力系統(tǒng)在抑制低頻振蕩和提高阻尼的目的上，還一定距離要走。

[1]吳復(fù)霞.電力系統(tǒng)低頻振蕩的分析和控制[D].浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.

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[3]李強(qiáng),袁越,周海強(qiáng).淺談電力系統(tǒng)低頻振蕩的產(chǎn)生機(jī)理、分析方法及抑制措施[J].繼電器.2005,33(09):78-83.

萬友（1987-），男，遼寧蓋州人，本科，研究方向：發(fā)電廠運(yùn)行。