水輪發電機組并網運行頻率調節系統的穩定性分析

林春平

摘 要：我國的研究人員針對發電機組不穩機組并網后可能穩定的現象進行了一定的動態分析和研究，并且用實驗數據還證明了如果整體電網具有足夠的穩定性的調頻設備，即使單機機組不穩定的條件下進入有關的工作，在一定程度上還是可以降低整體設備的不穩定性。本文就對水輪發電機組并網運行頻率調節系統的穩定性進行分析。

關鍵詞：水輪發電機；頻率穩定性；并網運行；系統分析

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A

1.機組并網運行頻率調節系統

如果不考慮機電暫態過程，可以將并網運行機組認為是剛性聯結，并且各處的電網運行頻率處處都是相等的。然后就是所有機組均參與到頻率調節系統，現在設各個機組的運行頻率調節系統同步動作，而且各個調速器、水輪機、發電機的數學形態特性都相同，可以得到單機帶負荷工況時機組運動方程，但是這個方程式并沒有說明水輪機在并網運行中的穩定性能得到了一定的提高和改善，與單機帶負荷工況時具有相同的動態特性。

2.電網頻率調節系統穩定性分析

2.1單機運行工況的穩定性分析

當整體的機組并入大電網以后，一般條件下都只會考慮到機組帶負電荷的速凍性，認為電網頻率基本都是保持在一定的范圍內，絕對不會出現數據突然變化巨大的情況。為了更好地消除沖擊電荷對于電網頻率的影響，就會要求越來越多的機組參與到一次調頻中去，因此在這個時候調頻調節系統的穩定性能就凸現出來了。

2.2多機并網運行工況的穩定性

從有關的方程可以看出多機系統特征方程式的階數會隨著機組的臺球增加而增加，并且電網中的機組數還要大于整個系統的階數，數值上大于1。多機系統上的特征方程式可以看出，有關的線性組合式子計算還是相當的簡單，由于在整體功能的運行臺數比較多的時候，再利用有關的代數來判斷整體系統的穩定性就相對來說非常的困難。所以，此時只要每臺機組單機的運行系統保持穩定，那么也就可以確保整體多網系統的穩定性能，相對來說，此時的穩定性能也比較好。與此相反，如果整體系統的機組不穩定，不能夠很好的穩定下來，那么就會導致多機的調節系統不穩定，很容易出現各種各樣的問題。還存在的一種情況就是，如果整體系統的機組比較穩定，但是多機調節系統不穩定，那么整體的穩定性能就無法確定了，而是需要經過相應的計算算出有關的數值，確定各個機組的穩定性能和不穩定程度，然后再判斷出整個系統內部的穩定性能和能力。

大容量機組在一定程度上對于整體的影響能力是比較大的，但是，雖然比較大，若干個小機組容量系統如果整體不穩定，勢必還是會影響到整體的穩定性能，降低了設備和系統的穩定能力，甚至有的影響力比較大的將會直接導致整體系統的混亂，降低了安全性能。所以，有關人員為了更好地提高機組帶負電荷的響應速度，提高安全性能，再將很多的小容量機組并入到大電網以后，還需要將調節參數調換到不利于穩定的一組中去，在單機運行的時候，經常會是一些不穩定的參數。

3.數學模型的一次調頻穩定性分析

同步發電機在進行并網運行的時候，調速系統的穩定性能主要指的是參與到電力系統的一次調頻，并且還是二次調頻的執行相應命令的通道，一個道路，如果從靜態的角度出發，那么大部分人員都是認為電力系統的穩定性能比較穩定，具有統一的頻率，可以有利于管理和統計，但是如果不是靜態系統，而是動態系統的時候，實際上發出的就是頻率不斷變化的過程，表現出的就是頻率比較分散的部分，在這個時候，如果再去測量相應的節點電壓的頻率，就可以發現電力系統中不同的節點頻率，會出現很大的差異，而且對于這些差異仔細分析，就會發現在頻率動態變化的過程中，最主要的差異就表現在短周期的快變分量上，但是長周期的慢變分量處于一種不變的狀態。

通過這個現象，可以看出電力系統的頻率不僅具有穩定性的一面，還具有分散性的一面。有關人員在研究電力系統長周期的頻率變化時，為了使過程更加簡單方便，數據得到的更加準確和精確，在沒有特殊情況下，都會認為電力系統的頻率是統一的，除此以外，還會認為發電機的轉速是相同的，雖然這樣的假設可以在一定程度上方便了相關問題的解決，但是有關的問題和缺陷不容忽視，這樣的假設大大的忽略了發電機之間的相對搖擺，都認為發電機組是同步運行的。

在研究短周期的電力系統時，由于其本身就是不斷處于搖擺的過程，即所謂的機電震蕩，就會在無形之中強調了系統分散的方面，所以這樣得到的穩定性還是比較精確的，方便了問題的解決。但是這種情況，還是非常少的，在一些實際情況下，可以根據有關的需要做出相應的調整，調整不僅包括發電機的發電過程，還包括相應的頻率的周期性。在周期上面，筆者主要討論的是關于長周期的方面，所以有可能會很大的忽略了短周期的機電震動，認為發電機組是屬于同步進行的，并且相關的要求還是十分的高，比較嚴格，要求發電機組具有相同的轉速。這種模型，簡化了高階模型中的小時間常數環節，對于有關的模型進行了降階。

4.不同情況下單機與并網運行時一次調頻穩定性聯系

4.1 不等率過小

筆者通過有關的實驗可以證明，對于一些單機系統穩定性能比較差的設備來說，在進行并網運行的時候，不僅可以使得整體電力系統的自動調頻系統的穩定性降低，還可以使得機組的自動轉速的不穩定性消失，這種理論的說法需要強調的是：對于不等率過小的機組，雖然其在進行并網運行的時候會出現轉速不穩定的現象，但是電網系統在波動的時候，機組的功率還是會出現很大的波動，在一些實際情況下，經常出現的就是因為尾部不等率過小而造成了不穩定的現象，但是有關的實驗結果證明了二者的結果是相同的。

4.2水輪機

通常情況下，由于受到自然環境的影響，水電站通常具有一定的較長的壓力通道，導水結構的開關在壓力過水管道里會產生水擊的現象，然后又會引起反調。但是對于機電機組的低水龍頭或是長引水管站來說，相應的反調作用還是非常大的，而且作用也是十分的明顯。但是在這一過程中，也是會產生一定的問題，比如就會經常發生水輪機調速系統不穩定的現象，各種各樣的問題也會比較突出，也非常的明顯。有關人員發現這一問題以后，為了更好地解決問題，就必須不得不設置比較強的、時間常熟比較大的反饋元件，但是這就會導致整個過程不斷的惡化，調速系統也會變得越來越不穩定。

水輪機與其他一些機組相比較來說，其本身最主要的特征主要表現在：當在不同的運行狀態下，其本身的調速系統也會具有不同的參數，而且如果在單輪機運行的情況下，那么水輪機的調速系統就需要多方面的考慮，從而才可以確保整體系統的穩定性。目前狀態下，我國國內生產的電液調速系統校正裝置一般有兩組整定值，大多數變電站的一組參數在一般情況下，整體的穩定性能還是非常的強的，比較穩定，但是對于另外的一組來說，就需要犧牲一定的穩定性能。

結語

綜上所述，通過在實踐過程中出現的一些問題，深入探討，研究了影響到電網一次調頻穩定性的因素，通過加強對他們的了解，可以不斷地提高電網系統的各臺機組的穩定性，確保水輪機的可持續發展。

參考文獻

[1]于達仁.國產汽輪機功頻電液調速系統并網運行穩定性分析[J].熱能動力工程，1990，5（6）：14218.

[2]韓英鐸，閔勇，等.電力系統動態頻率的新概念和新算法[J].電力系統自動化，1993，17（10）：529.endprint