電力系統(tǒng)的低頻振蕩問題分析及處理措施

李建曉

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司百色供電局，廣西 百色 533000）

引言

隨著互聯(lián)互通電網(wǎng)使輸送電能容量提高，使得輸電成本大大降低，同樣也出現(xiàn)了一些問題，對其穩(wěn)定性產(chǎn)生了不好的影響，電力系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩就是其中的一個(gè)重要問題。低頻振蕩很容易產(chǎn)生，而且很普遍，大部分振蕩頻率非常小，小到難以發(fā)現(xiàn)，而且還沒有對電力系統(tǒng)造成危害，或者沒有超過振蕩系統(tǒng)可以進(jìn)行自愈范圍。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和電力技術(shù)的發(fā)展，使其危害超過振蕩系統(tǒng)自愈范圍而得到人們的關(guān)注，所以要在解決低頻振蕩實(shí)踐之中，對常見問題要多加關(guān)注，提前準(zhǔn)備好處理對策，提高效率，為我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行貢獻(xiàn)一份力量。

1 電網(wǎng)振蕩的分類

1.1 按照相關(guān)機(jī)組分類

1）地區(qū)振蕩模式：地區(qū)振蕩模式為少數(shù)機(jī)組之間或少數(shù)機(jī)組對整個(gè)電網(wǎng)之間的振蕩模式。該類振蕩涉及機(jī)組少，頻率相對較高，通常在0.8～2.5 Hz左右。

2）區(qū)域間振蕩模式：區(qū)域間振蕩模式是電網(wǎng)機(jī)群間的振蕩模式，一般表現(xiàn)為一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)（省網(wǎng)）的機(jī)群對另一區(qū)域電網(wǎng)（省網(wǎng)）的機(jī)群之間的振蕩[1]。

1.2 按照誘因分類

1）區(qū)域間弱阻尼：是指某個(gè)區(qū)域間振蕩模式出現(xiàn)弱阻尼或負(fù)阻尼的情況下，振蕩長時(shí)間無法消除，甚至幅度越來越大。可通過調(diào)整運(yùn)行方式來消除。

2）電網(wǎng)內(nèi)弱阻尼：是指某個(gè)地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)弱阻尼或負(fù)阻尼功率振蕩，振蕩模式頻率與系統(tǒng)中區(qū)域間振蕩模式的頻率較為接近，則在地區(qū)電網(wǎng)振蕩的影響下，區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線也會出現(xiàn)功率振蕩。可以調(diào)整地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式，以使振蕩平息。

3）周期性擾動源：是指電網(wǎng)中各振蕩模式的阻尼雖然在合理水平，但由于某種原因，系統(tǒng)中出現(xiàn)了周期性的強(qiáng)迫擾動源，在擾動源的反復(fù)作用下，電網(wǎng)也會出現(xiàn)功率振蕩。這種原因的功率振蕩只有在擾動源消除后，振蕩才能平息。

1.3 危害

如果電網(wǎng)系統(tǒng)之中功率、電壓、電流等電氣量持續(xù)產(chǎn)生波動，對于供電質(zhì)量會有很大影響。而且會使得電網(wǎng)相關(guān)斷面潮流超過送電極限，使控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動。破壞電網(wǎng)穩(wěn)定，造成停電，引起設(shè)備損壞。

2 案例

2.1 甲電廠低頻振蕩案例

2010年12月2日，甲電廠低頻振蕩:07:22:13 220 kVⅠ線A相跳閘，重合不成功，1號、2號機(jī)組產(chǎn)生振蕩，2分56秒后減弱；主振蕩模式頻率約為0.89 Hz左右。處理過程：在甲電廠值班員手動將機(jī)組解列后，消除了甲電廠系統(tǒng)的振蕩模式，系統(tǒng)振蕩立即平息。

2.2 乙電廠機(jī)組“4·21”功率振蕩

“4·21”功率振蕩是一起由于機(jī)組在進(jìn)行汽機(jī)閥門控制方式由單閥切為順閥運(yùn)行時(shí)，閥門開度出現(xiàn)較大幅度波動，從而導(dǎo)致機(jī)組功率出現(xiàn)較持續(xù)大幅度波動，最終導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)強(qiáng)迫振蕩的事件。

2.3 振蕩過程及現(xiàn)象

2008年4月21日10：28，乙電廠出現(xiàn)功率振蕩，并導(dǎo)致電網(wǎng)500 kV部分線路出現(xiàn)功率振蕩。主網(wǎng)各聯(lián)絡(luò)線中，A區(qū)域500 kV I、II線單線振幅最大，單線最大振幅約91 MW；B區(qū)域500 kV甲、乙線單線最大振幅約28 MW；C區(qū)域入口聯(lián)絡(luò)線單線最大振幅在40 MW左右。10：34左右功率振蕩平息。從PMU記錄可知，此次振蕩頻率約為0.36 Hz。

處理過程：振蕩過程中，甲電廠2號機(jī)完成由單閥切為順閥運(yùn)行的操作后。機(jī)組功率波動消失，各聯(lián)絡(luò)線功率振蕩迅速平息[2]。

3 原因

3.1 靜態(tài)穩(wěn)定被破壞造成的低頻振蕩

在通過長線路（即聯(lián)系阻抗較大）送電到系統(tǒng)過程之中，當(dāng)輸送功率超過規(guī)定時(shí)，就會引起靜態(tài)穩(wěn)定破壞而失去同步，造成系統(tǒng)低頻振蕩。聯(lián)系阻抗較大時(shí)，使得系統(tǒng)阻尼值變小，再加上外界干擾，就出現(xiàn)減幅低頻振蕩現(xiàn)象，而且當(dāng)系統(tǒng)阻尼值為負(fù)數(shù)時(shí)，就會產(chǎn)生增幅低頻振蕩現(xiàn)象。

3.2 暫態(tài)穩(wěn)定被破壞造成的低頻振蕩

電力系統(tǒng)經(jīng)常會發(fā)生故障，對于一些故障會產(chǎn)生低頻振蕩，比如說在較長距離送電線路的位置發(fā)生短路時(shí)，這時(shí)會對相關(guān)送電系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，同時(shí)會使得系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定被破壞而失去同步。

3.3 動態(tài)穩(wěn)定被破壞造成的低頻振蕩

在電力系統(tǒng)之中，環(huán)狀系統(tǒng)非常常見，而且承擔(dān)重要工作。如果環(huán)狀系統(tǒng)（或并列雙回線）突然開口，就會使兩部分系統(tǒng)聯(lián)系阻抗突然增大，引起動態(tài)穩(wěn)定破壞而失去同步。

3.4 系統(tǒng)穩(wěn)定被破壞造成的低頻振蕩

在電力系統(tǒng)之中，如果出現(xiàn)大型聯(lián)絡(luò)變壓器突然斷開，或者大型機(jī)組突然切除現(xiàn)象而使系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷突然增大，導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定極限大幅度降低，這就會引起系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致低頻振蕩。

3.5 系統(tǒng)失去同步造成的低頻振蕩

在電力系統(tǒng)之中，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，發(fā)動機(jī)磁場非常重要，如果出現(xiàn)發(fā)電機(jī)失磁或進(jìn)相運(yùn)行引起穩(wěn)定破壞，就會使得系統(tǒng)失去同步。

4 防范措施和處理措施

4.1 對相關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)進(jìn)行培訓(xùn)

相關(guān)人員專業(yè)素質(zhì)需要進(jìn)一步加強(qiáng)，通過電力企業(yè)定期進(jìn)行專業(yè)知識培訓(xùn)和安全意識培訓(xùn)，提高防范意識，加強(qiáng)電網(wǎng)動穩(wěn)分析工作。再就是電力公司應(yīng)該要招聘更多專業(yè)人才，提高工作人員整體專業(yè)素質(zhì)。

4.2 改進(jìn)工作方法

應(yīng)該合理安排運(yùn)行方式，確保電網(wǎng)運(yùn)行的動態(tài)穩(wěn)定，同時(shí)推進(jìn)地區(qū)電網(wǎng)機(jī)組PSS的配置和投入工作。再就是加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)，改善電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定水平，對于問題多發(fā)地段，必須要對其加強(qiáng)人員運(yùn)行監(jiān)視，當(dāng)振蕩發(fā)生現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)及早采取控制措施，總結(jié)低頻振蕩處理措施，在地區(qū)電網(wǎng)采取振蕩解列措施。

4.3 振蕩監(jiān)視和處理

一是調(diào)度運(yùn)行人員的監(jiān)視判斷和站運(yùn)行人員的監(jiān)視判斷。二是開發(fā)EMS系統(tǒng)對電網(wǎng)低頻振蕩的自動監(jiān)視功能。三是在電廠和主要變電站配置PMU裝置并與廠站監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄電廠和電網(wǎng)的動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在監(jiān)視到振蕩等異常時(shí)通過廠站監(jiān)控系統(tǒng)向運(yùn)行人員發(fā)出告警信息。在調(diào)度中心配置WAMS主站，實(shí)時(shí)接收廠站PMU裝置的數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)低頻振蕩等異常進(jìn)行實(shí)時(shí)判別，并為調(diào)度員提供告警功能[3]。

5 結(jié)語

為了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，考慮到其經(jīng)濟(jì)效益，要對低頻振蕩加以重視，加強(qiáng)監(jiān)控，盡量在振蕩未發(fā)生時(shí)消除安全隱患，對常見問題處理做到快速高效，以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。