电力系统低频振荡分析与抑制.doc

电力系统低频振荡分析与抑制 文 献 综 述 引言 “西电东送、南北互供、全国联网、厂网分开”己成为21世纪前半叶我国电力工业发展的方向。大型电力系统互联能够提高发电和输电的经济可靠性，但是多个地区之间的多重互联又引发了许多新的动态问题，使系统失去稳定性的可能性增大。随着快速励磁系统的引入和电网规模的不断扩大，在提高系统静态稳定性和电压质量的同时，电力系统振荡失稳问题也变得越来越突出。 电力系统稳定可分为三类，即静态稳定、暂态稳定、动态稳定。电力系统发展初期，静态稳定问题多表现为发电机与系统间的非周期失步。 电力系统受到扰动时，会发生发电机转子间的相对摇摆，表现在输电线路上就会出现功率波动。如果扰动是暂时性的，在扰动消失后，可能出现两种情况,一种情况是发电机转子间的摇摆很快平息，另一种情况是发电机转子间的摇摆平息得很慢甚至持续增大，若振荡幅值持续增长，以致破坏了互联系统之间的静态稳定，最终将使互联系统解列。产生第二种情况的原因一般被认为是系统缺乏阻尼或者系统阻尼为负。由系统缺乏阻尼或者系统阻尼为负引起的功率波动的振荡频率的范围一般为0.2～2.5Hz，故称为低频振荡。随着电网的不断扩大，静态稳定问题越来越表现为发电机或发电机群之间的等幅或增幅性振荡，在互联系统的弱联络线上表现的尤为突出。由于主要涉及转子轴系的摆动和电气功率的波动，因此也称为机电振荡。 低频振荡严重影响了电力系统的稳定性和机组的运行安全。如果系统稳定遭到破坏，就可能造成一个或几个区域停电，对人民的生活和国民经济造成严重的损失。最早报道的互联电力系统低频振荡是20世纪60年代在北美WSCC成立前的西北联合系统和西南联合系统试行互联时观察到的，由于低频振荡，造成联络线过流跳闸，形成了西北联合系统0.05Hz左右、西南联合系统0.18Hz的振荡。随着电网的日益扩大，大容量机组在网中的不断投运，快速、高放大倍数励磁系统的普遍使用，低频振荡现象在大型互联电网中时有发生，普遍出现在各国电力系统中,已经成为威胁电网安全的重要问题。 我国处于全国联网的初期，联网要经过从弱联系到强联系的发展过程。交流弱联系统存在十分突出的安全稳定问题，在某些运行方式下存在诱发低频振荡的可能性。开发西部水、火电能源、实施西电东送，是国家能源工业建设的基本战略。随着三峡水利工程的建设投运和西部水电的进一步开发，中国的电力系统将朝着“全国联网，西电东送”的格局稳步发展。超高压远距离供电和全国联网的实施，使我国的互联电力系统成为世界上少有的超大规模同步交流系统之一。随着电力网络互联程度的不但提高，系统越来越庞大，运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也越来越大，使电网的安全稳定问题越来越突出。 在这种格局下，电力交换更加频繁，会出现更多长距离、重负荷输电线路，出现长距离输电走廊、出现长条形的扁平系统结构，特别容易引发低频振荡，从而引起更加突出的系统稳定性问题。在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切相关、在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺少必要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能引起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解，对人民生活及国民经济造成灾难性损失。 由于低频振荡严重威胁到互联电力系统的安全稳定运行，所以对该问题的研究，包括机理、数学模型、分析方法、影响因素及控制器设计等方面备受关注。因此，研究研究低频振荡现象的发生机理，更全面的认识低频振荡过程，进而提出有针对性的抑制策略，提高电力系统的稳定性，具有重大的社会经济意义。 二.低频振荡机理的研究现状 对低频振荡的物理本质的研究，一直是国内外专家学者研究的热点。关于它的发生机理，主要有以下几个方面: 1、欠阻尼机理 由于在特定情况下系统提供的负阻尼作用抵消了系统电机、励磁绕组和机械等所产生的正阻尼，在欠阻尼的情况下扰动将逐渐被放大，从而引起系统功率的振荡。还有一种比较特殊的欠阻尼情况，若系统阻尼为零或者较小，则由于扰动的影响，出现不平衡转矩，使得系统的解为一等幅振荡形式，当扰动的频率和系统固有频率相等或接近时，这一响应就会因共振而被放大，从而引起共振型的低频振荡。这种低频振荡具有起振快、起振后保持同步的等幅振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点，是一种值得注意的振荡产生机理。 2、模态谐振机理 电力系统的线性与模态性质随系统参数的变化而变化，当两个或多个阻尼振荡模态变化至接近或相同状态，以至相互影响，导致其中一个模态变得不稳定，若此时系统线性化模型是非对角化的，就称之为强谐振状态;反之为弱谐振状态。强谐振状态是导致发生低频振荡的先导因素。当出现或接近强谐振状态时，系统模态变得非常敏感，反应在复平面上，随着参数变化，特征值迅速移动，变化接近，这样，对于频率接近的系统特征值在强谐振之后，阻尼很快变得不同，其