電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在電廠中的應用分析

閔廣鑫

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，電網(wǎng)的應用和范圍也隨之不斷擴大。隨之而來的不僅僅是用電范圍的擴大，同樣也伴隨著低頻振蕩等現(xiàn)象陸續(xù)的密集出現(xiàn)。而電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的低頻振蕩等現(xiàn)象，會引起電網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)線的過電現(xiàn)象等從而引起電流跳閘等故障的發(fā)生，此外，由于電流的不穩(wěn)定也會在一定程度上加大電網(wǎng)運載時的負荷。為了要解決這一現(xiàn)象的出現(xiàn)就要在電網(wǎng)中應用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來進行維持電力系統(tǒng)正常運行的工作。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；低頻振蕩；應用分析

經(jīng)濟的發(fā)展勢必會在一定的程度上帶動其他方面的進步，而隨著國家電網(wǎng)工程覆蓋程度的逐漸加深，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在不斷地擴大，同時也是由于這樣的原因電網(wǎng)本身也在逐漸變得更加復雜。大機組不斷增多，電網(wǎng)不斷的復雜化無疑在一定程度上加速了用電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，進一步加大了用電網(wǎng)絡(luò)所具有的影響范圍和影響力。同時人們對生活中用電需求的不斷擴大，也進一步刺激了電網(wǎng)建設(shè)的擴大。而不斷擴大的電網(wǎng)中大范圍的，遠距離的特點以及電網(wǎng)中存在的自然阻尼也就決定了在實際的輸電送電過程中，有時會發(fā)生由系統(tǒng)內(nèi)自發(fā)產(chǎn)生的低頻振蕩現(xiàn)象。這種現(xiàn)象嚴重影響到了人們正常的生活用電，也阻礙了電網(wǎng)的深入建設(shè)。

1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器中低頻振蕩分析

想要對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作原理進行全面的介紹，那么除了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器本身的相關(guān)介紹外，還需要進行對于低頻振蕩這一現(xiàn)象的研究，因為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的主要工作對象就是低頻振蕩這一電磁現(xiàn)象，也就是說，只有將低頻振蕩現(xiàn)象的規(guī)律以及特點進行全面分析，才能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定器進行全面的了解，甚至通過對低頻振蕩現(xiàn)象的研究，可以對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器進行一定程度的優(yōu)化。

1.1 低頻振蕩的含義

在最初的電廠和電網(wǎng)建立中，由于發(fā)電機之間存在的聯(lián)系較為密切，在阻尼的產(chǎn)生方面能夠產(chǎn)生足夠的阻尼，以減少低頻振蕩的發(fā)生。自從上世紀六、七十年代以來國外部分發(fā)達國家開始陸續(xù)出現(xiàn)了電網(wǎng)的低頻功率振蕩，也因此成為部分區(qū)域的電路故障引起了大量的經(jīng)濟損失，隨著電網(wǎng)范圍的不斷擴大，發(fā)生這種低頻振蕩的事件也在逐漸增多，這一現(xiàn)象也引起了電力工作人員和相關(guān)學者的關(guān)注。

低頻振蕩是一種常見于發(fā)電機以及輸電網(wǎng)絡(luò)中的電磁現(xiàn)象，在電力工作中通常情況下是指關(guān)聯(lián)較為微弱的電網(wǎng)與發(fā)電機之間或通過電網(wǎng)產(chǎn)生微弱聯(lián)系的發(fā)動機或發(fā)動機組之間的有功振蕩現(xiàn)象。而在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，低頻振蕩的頻率十分場低的，一般來說只有0.2到2.5赫茲之間，在建立了關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)中，低頻振蕩會通過本機振蕩以及系統(tǒng)振蕩兩種方式出現(xiàn)。

（1）本機振蕩是在電廠中發(fā)生的發(fā)電機或發(fā)電機組在電網(wǎng)的運行中發(fā)生的擺動現(xiàn)象，相對于其他情況下的振蕩來講，這種本機低頻振蕩頻率較低（通常情況下在0.7到2.0赫茲之間），影響的范圍和振蕩的局限較?。ㄍǔＪ前l(fā)生在機組的部分和電廠中的某個機組中），這也就使得本機振蕩實際影響的范圍較小，而且由于振蕩造成的影響也較為容易消除。

（2）系統(tǒng)振蕩主要是在電力系統(tǒng)中，不同機組之間發(fā)生的相對振蕩。振蕩的頻率較小一般在0.1到0.7赫茲之間，而發(fā)生的范圍主要是通過電網(wǎng)連接的兩個聯(lián)系較為薄弱的發(fā)電機或發(fā)電機組之間。

1.2 低頻振蕩的發(fā)生機理

低頻振蕩的發(fā)生并不是偶然的，它是由一系列相對獨立的機制或特征引起的復雜電磁現(xiàn)象。通過一系列的實驗、分析、推理我們可以得出結(jié)論：引起低頻振蕩現(xiàn)象的主要因素包括欠阻尼機理、電力系統(tǒng)的非線性特征、發(fā)電機中的電磁慣性以及混沌振蕩等。也正是由于形成因素的繁雜也使得對低頻振蕩進行研究時會有較大的難度，而且就很多因素進行研究時還要構(gòu)建數(shù)學模型幫助進行分析，而且在這其中由于參數(shù)不斷發(fā)生變化，得出的結(jié)論也有可能受此影響，進而影響分析結(jié)論的最終成果。

1.3 抑制低頻振蕩的措施

對低頻振蕩的抑制方式主要可以根據(jù)低頻振蕩的產(chǎn)生原理分為一次系統(tǒng)的相關(guān)對策和二次系統(tǒng)的相關(guān)對策兩種方式來進行對低頻振蕩的抑制工作。

（1）一次對策解決低頻振蕩問題的主要切入點是對于低頻振蕩發(fā)生機理的解決，也就是我們通常理解的從源頭解決，這種解決方式主要的著手點可以是通過對設(shè)施設(shè)備的合理改善，也可以是對輸電方式的改變來進行。這其中較為重要的是：首先，可以從電力系統(tǒng)也就是電網(wǎng)之間的相互聯(lián)系入手，加強電廠間的聯(lián)系，減少運行的負荷；之后是可以利用直流輸電的方式，直流電的輸送中電流并不會產(chǎn)生頻率波動，因此也就從根本上杜絕了低頻振蕩的產(chǎn)生，最后是采用一定的設(shè)備，通過對輸電過程中的電壓進行支持，將整個電網(wǎng)進行改善。

（2）二次系統(tǒng)在改善低頻振蕩現(xiàn)象的過程中主要是靠利用一些其他方面的裝置來進行，包括下文重點介紹的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、信號測量阻尼控制裝置等，這種控制形式在于一次控制的方式進行對比不難得見，在安全性、實用性和經(jīng)濟性等方面都有著明顯的優(yōu)點，而且在利用這些裝置對電網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，對低頻振蕩的消除能力要高于一次系統(tǒng)對策的。因此，目前二次系統(tǒng)對策中設(shè)計的相關(guān)設(shè)備已經(jīng)被廣泛應用到了輸電網(wǎng)絡(luò)當中，并隨著電網(wǎng)建設(shè)的擴大而不斷擴大應用的范圍。

2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在電廠中的應用

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（簡稱PSS），是對電網(wǎng)系統(tǒng)進行附加控制的一種特殊裝置，借助于能夠自動進行電壓調(diào)節(jié)的相關(guān)裝置，對阻尼等電力系統(tǒng)中存在的元素進行調(diào)節(jié)和控制，最后達到限制低頻振蕩等電路中不正常的電磁現(xiàn)象。

2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作原理

為了減小低頻振蕩的發(fā)生頻率，常將電力系統(tǒng)穩(wěn)定器加入到電網(wǎng)的系統(tǒng)當中，而電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的技術(shù)核心是對附加勵磁的控制技術(shù)，勵磁電壓調(diào)節(jié)器的工作中，將一種由于設(shè)備軸速的附加信號進行引入，此時會形成一個正阻尼的轉(zhuǎn)矩，這個轉(zhuǎn)矩就會對遠門勵磁電壓調(diào)節(jié)器中負阻尼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩起到中和的作用，這樣一來原本電網(wǎng)中的阻尼水平就會得到提高，也就可以解決在電網(wǎng)中發(fā)生的低頻振蕩問題了。在工作過程中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能夠?qū)φ袷幇l(fā)生的有關(guān)信號進行分析，例如發(fā)電機的有功功率或者發(fā)電機正常工作時產(chǎn)生的各種參數(shù)，然后將這些信息進行分析，并根據(jù)分析的信號控制生成的相關(guān)阻尼對電網(wǎng)中產(chǎn)生的負阻尼進行中和。

2.2 有PSS作用的小階躍試驗

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器旨在減小有功功率振蕩，其作用與有功功率振蕩方向相反成為判斷PSS功能是否正確的首要標準。以某電廠的2號機為例，在給機組3%小階躍響應過程中，隨著有功的增加，端電流增加，PSS作用減小勵磁電流，減小無功，減小電磁功率，來抑制機組的有功增加。PSS使得勵磁變化波形與有功相反。PSS起作用只是個短暫過程，在振蕩時，有功突然增加，PSS減小勵磁，有功突然減小，PSS增加勵磁。這個過程只是為了給有功變化一個緩沖，從而平息有功波動。

2.3 反調(diào)試驗

無功功率的“反調(diào)”是指增加機械功率輸入時發(fā)電機發(fā)出的無功功率會減少；相反，在減少機械功率輸入時發(fā)電機發(fā)出的無功功率會增加。PSS的原理是通過勵磁系統(tǒng)的作用抑制有功功率的低頻振蕩，可以說PSS是通過無功功率的波動來抑制有功功率的波動。采用單一電功率輸入信號的PSS在調(diào)整機組的機械功率輸入時會出現(xiàn)無功功率的“反調(diào)”現(xiàn)象。

某電廠采用雙輸入PSS，一個輸入量是ω，一個是P，三級超前滯后環(huán)節(jié)。原理是利用ω和P計算發(fā)電機機械功率ΔPm和電磁功率ΔPe，二者相減得到發(fā)電機的加速功率ΔPa，這樣當機組單方向增負荷或單方向減負荷時，加速功率等于零，PSS不起作用即不產(chǎn)生無功反調(diào)。只有當機組有功增減變化即振動時，PSS才起作用，抑制系統(tǒng)低頻振蕩。以該廠8號機為例，當機組有功負荷從90MW下降到80MW再上升到90MW的連續(xù)快速變化過程，大約經(jīng)歷了40s，平均調(diào)節(jié)速度為0.5%/s。在此試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)無功功率與有功功率調(diào)整方向相反的變換，機端電壓和無功功率基本保持穩(wěn)定。由此判斷，PSS投入閉環(huán)沒有給勵磁控制系統(tǒng)帶來功率反調(diào)問題，可以投入實際運行。

盡管 PSS已是成熟的普遍技術(shù)，但它仍是消除互聯(lián)電網(wǎng)負阻尼低頻振蕩最經(jīng)濟有效的方法，從電廠的實際投入PSS裝置運行以來，能抑制低頻振蕩、加強系統(tǒng)阻尼、提高電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

由于低頻振蕩在電網(wǎng)系統(tǒng)中的偶發(fā)性和廣泛性，因此在進行電網(wǎng)擴大化的建設(shè)過程中，有必要將電力系統(tǒng)穩(wěn)定器大范圍的引入，并應用到電力系統(tǒng)當中。而電力系統(tǒng)穩(wěn)定器也是目前世界范圍內(nèi)應用最為廣泛的電網(wǎng)穩(wěn)定裝置，根據(jù)多個頻段電力系統(tǒng)穩(wěn)定器共同作用的方式，將低頻振蕩以及其他電網(wǎng)頻率問題的發(fā)生頻率降至最低，并通過與電網(wǎng)同時進行應用范圍擴大的方式使電網(wǎng)覆蓋范圍擴大得更加穩(wěn)定。

參考文獻

[1]楊旭東.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在電廠的運用與分析[J].科技展望，2016（6）.

[2]李建國，李福利.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩的原理與應用[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2016，24（6）.

[3]劉華林.PSS阻尼在低頻振蕩中的影響分析[J].水電與抽水蓄能，2015（16）.