電力系統的低頻振蕩控制方法探究

戴少石　董澤

摘 要：隨著國民經濟的發展和電網規模的不斷擴大，電力系統的動態穩定性越來越受到廣泛關注。電力系統的整體控制性和系統互聯性在一定程度上加劇了電網低頻振蕩對電力系統安全穩定運行的威脅。因此，分析影響電力系統低頻振蕩的誘發因素，并在此基礎上分析低頻振蕩控制的方法，是有效改善當前電力系統安全穩定狀況的有效措施。為此，下面本文將具體從電力系統低頻振蕩概述、低頻振蕩控制的方法分析兩個方面展開論述，以期能夠有效改善當前的低頻控制狀況，提升電網運行的穩定性。

關鍵詞：電力系統；低頻振蕩；控制方法；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.169

0 引言

隨著電網規模的不斷擴大和互聯電網系統應用的逐漸普遍，低頻振蕩危害已經成為影響電力系統安全穩定運行的首要因素，極易引起大規模的停電事故，嚴重影響生產和生活的正常進行。為此，下面本文將首先來對電力系統的低頻振蕩問題進行概述，并在此基礎上分析電力系統的低頻振蕩控制的方法，以期能夠改善當前的低頻控制局面，形成成熟、可靠的低頻振蕩控制策略。

1 電力系統低頻振蕩概述

1.1 電力系統穩定的定義及分類

所謂定系統的穩定性，是指表征電力系統在受到物理擾動之后，系統自行恢復到運行平衡點的一種綜合能力。當系統在給定的初始運行下運行時，由于受到明顯的物理擾動，所以系統需要充分發揮自身的性能重新回到原平衡點。這種運行的完整性和平衡性能力被稱為電力系統的穩定性。當電力系統受到外界和內部干擾時，依然能夠實現發電機組輸出的電磁轉矩和原動機輸入的機械轉矩的平衡，使得所有發電機轉子速度保持恒定，從而使在電氣上連接在一起的各個同步發電機機械輸入轉矩和電磁轉矩平衡，最終保證了電力系統的安全穩定運行。電力系統的穩定性可以分為功角穩定、電壓穩定、頻率穩定三大類。根據擾動的強度大小，功角穩定又分為小信號穩定和暫態穩定，功角穩定是影響電力系統穩定性的最主要分類。

1.2 電力系統低頻振蕩的必要性

我國地域遼闊，電力能源需求大，電力能源結構還不夠完善。當前的電力負荷中心主要集中在東部和南部地區，為了促進我國電力事業的發展，我們提出了“西電東送、南北互供，全國聯網”的電力發展戰略。這樣，電網互聯會有助于實現“電網錯峰、水火電互補、功率緊急支援”，提升發電和輸電的經濟性和可靠性。因此，強化對電力系統低頻振蕩問題的研究可以有效發揮這些優勢，促進國家電力事業的發展。

為了促進西部電力資源的大力開發，西電東送工程是其中的重要一環。借助于西電東送工程，把西部豐富的水電資源輸送到華東和廣東等負荷中心，從而實現資源的平衡配置。但是需要解決的一個技術難題是超距離負荷中心超容量輸電的問題。在負荷高峰期，容易因為聯絡線路之間的低頻自發振蕩而降低電力系統的穩定性，所以解決系統的低頻振蕩問題是實現跨區域交流聯網、保證電網安全穩定運行、提升電網傳輸能力的關鍵途徑。

2 電力系統低頻振蕩控制的方法分析

2.1 線性模式分析法

這種分析方法是解決小擾動穩定性的系統優化方法。這種方法的設計初衷是從非線性系統的線性逼近穩定性出發，找到非線性系統在平衡點附近的小范圍穩定區域。這個方法的關鍵是用線性模式分析法，在系統初始工作點附近把系統動態元件的方程線性化，從而得出一個系統狀態方程。通過分析這個狀態方程的特征矩陣的復特征，找到它的特征向量。根據特征向量找到振蕩模式在整個系統中的行為信息，從而找出振蕩模式和狀態變量間的線性相關性。據此來提升電力系統的小擾動穩定性。

2.2 時域仿真法

這種方法是對電力系統的暫態穩定性展開分析的一種常用方法。這種方法可以充分考慮到電力系統非線性因素的影響，通過建模和檢驗分析結果以及控制器的控制效果來分析系統的暫態穩定性。它是以數值分析為基礎，通過計算機仿真系統來測得電力系統在擾動狀態下的時間響應，從而得出系統振蕩模式頻率和阻尼特性。這種方法只適合運用在小型的電力系統擾動性分析中。因為它受地域限制明顯。

2.3 信號分析法

信號分析法是指通過對實測數據或仿真數據的分析得出系統的震蕩模式信息的一種方法。目前常用的信號分析法是Prony法。這種方法的原理是借助于指數函數的線性組合，通過模擬組合的方式來采集數據的方法。優點是能夠從暫態仿真數據或現場實測數據中找到各個分量的頻率阻尼比和相位等信息，得出高度準確性的仿真分析結果。多次試驗表明該方法在提取系統的振蕩特性方面具有顯著的優勢和可靠性。

2.4 非線性模式分析法

該方法是把電力系統看作一個復雜的非線性系統，認為該系統在受擾動情況下會表現出動態特性。這些動態特性是反映電力系統的結構負荷特性、故障類型、故障地點的重要信息載體。因此通過在運行點附近求出系統狀態方程，就可以獲得系統的穩定性信息。該方法的局限是必須要在系統穩定工作點附近進行測量，分為正矩形方法和模態級數法兩種。正矩形方法的數學實質是非線性微分方程所展開的二階以及二階以上的高階解析解，它可以有效分析模式之間的非線性相關作用對控制性能、控制器設計的影響，從而得出控制模式和低頻振蕩模式的強相關作用。模態計數法是研究電力系統動態特性的新方法，不需要狀態空間的線性變換，可以用于交直流互聯電力系統的模式非線性分析。

3 結束語

目前低頻振蕩危害已經成為影響電力系統安全穩定運行的首要因素，對日益普遍的電力聯網狀況提出了更加嚴峻的挑戰。為了更好地推進西電東送、南北互供、全國聯網的電力發展戰略，強化對電力系統低頻振蕩的控制方法的分析，是促進國家電力事業穩定健康發展的關鍵途徑。為此，本文主要論述了上述兩大方面的內容，以期能夠完善當前的低頻振蕩控制的分析方法，有效提升電網傳輸的能力，保證電網的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]宋墩文，楊學濤，丁巧林等.大規模互聯電網低頻振蕩分析與控制方法綜述[J].電網技術，2011，35（10）：22-28.

[2]李建設，蘇寅生，周劍.地區電網低頻振蕩問題及其治理措施[J].廣東電力，2010，23（01）：5-9.

[3]陳中，杜文娟，王海風等.電壓穩定后緊急控制多代理系統框架[J].電力系統自動化，2006，30（12）：33-37.

作者簡介：戴少石（1988-），男，河北石家莊人，本科，研究方向：控制工程。