电力系统低频振荡的抑制.复习过程.ppt

电力系统低频振荡的抑制.一，引言 随着西电东送和全国联网工程的实施，我国即将形成世界上屈指可数随着西电东送和全国联网工程的实施，我国即将形成世界上屈指可数的超大规模复杂电网。但随着电网规模的日趋庞大的超大规模复杂电网。但随着电网规模的日趋庞大,局部地区的扰动局部地区的扰动可能会影响整个电网的正常运行可能会影响整个电网的正常运行,甚至出现国内外均未见报道的一些甚至出现国内外均未见报道的一些异常动态行为。如由于电网规模庞大和复杂异常动态行为。如由于电网规模庞大和复杂,导致各子网暂态稳定水导致各子网暂态稳定水平下降平下降,输电线路传输功率极限较联网前更低于热稳极限输电线路传输功率极限较联网前更低于热稳极限,我国已于我国已于20032003年九月联网后观察到全系统出现频率低至年九月联网后观察到全系统出现频率低至0.13Hz0.13Hz的超低频振荡的超低频振荡,暂态不平衡功率跨区域传播暂态不平衡功率跨区域传播,及由于联络线的功率振荡幅值远远大于及由于联络线的功率振荡幅值远远大于预期的计算结果预期的计算结果,致使整个互联电网的阻尼明显下降等现象致使整个互联电网的阻尼明显下降等现象。二，电力系统低频振荡二，电力系统低频振荡 1 1，电力系统低频振荡的定义：，电力系统低频振荡的定义：，电力系统低频振荡的定义：，电力系统低频振荡的定义：发电机的转子角、发电机的转子角、转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生近似转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生近似等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，一般在等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，一般在0.10.12.5Hz2.5Hz，故称为低频振荡。故称为低频振荡。2 2，电力系统低频振荡的分类电力系统低频振荡的分类电力系统低电力系统低频振荡分为频振荡分为两种类型两种类型 1 1，局部模态，局部模态（Local Local ModesModes）2 2，区域间模态，区域间模态（Interarea Interarea ModesModes）3 3，电力系统振荡的结果，电力系统振荡的结果，电力系统振荡的结果，电力系统振荡的结果 12从发电机角度来看：保持同步运行；失去同步。从系统的角度来看：稳定遭到破坏，系统解列；振荡的幅值逐步减小，平息振荡。三，低频振荡基本原理三，低频振荡基本原理1 1 1 1，低频振荡的产生：，低频振荡的产生：，低频振荡的产生：，低频振荡的产生：电力系统中各发电机通过输电力系统中各发电机通过输电线路并列运行时，在扰动下某些发电机转子之电线路并列运行时，在扰动下某些发电机转子之间会出现相对摆动，若阻尼不足则会发生持续的间会出现相对摆动，若阻尼不足则会发生持续的振荡。振荡。2 2 2 2，低频振荡的性质：，低频振荡的性质：，低频振荡的性质：，低频振荡的性质：低频振荡的性质取决于系低频振荡的性质取决于系统阻尼。（统阻尼。（1 1）当系统阻尼足够大时（）当系统阻尼足够大时（2 2）当系统）当系统阻尼大于零，但阻尼很小时，称为弱阻尼（阻尼大于零，但阻尼很小时，称为弱阻尼（3 3）当）当系统阻尼小于零系统阻尼小于零时，称为负阻尼。时，称为负阻尼。3 3 3 3，低频振荡产生的机理，低频振荡产生的机理，低频振荡产生的机理，低频振荡产生的机理欠阻尼机理欠阻尼机理欠阻尼机理欠阻尼机理：低频振荡产生的低频振荡产生的机理比较复杂机理比较复杂,目前主要运用目前主要运用De MelloDe Mello提出的阻尼转矩的概提出的阻尼转矩的概念对单机念对单机-无穷大系统产生低频振荡现象的原因进行分析和无穷大系统产生低频振荡现象的原因进行分析和解释解释.低频振荡产生的根本原因是由于系统中产生了负阻尼低频振荡产生的根本原因是由于系统中产生了负阻尼,抵消了系统固有的正阻尼抵消了系统固有的正阻尼,使得系统的总阻尼很小或为负值使得系统的总阻尼很小或为负值.在欠阻尼的情况下在欠阻尼的情况下,一旦出现扰动一旦出现扰动,将逐渐被放大将逐渐被放大,从而引发从而引发功率振荡功率振荡.对于多机系统的振荡机理就是对单机对于多机系统的振荡机理就是对单机-无穷大系统无穷大系统概念上的推广概念上的推广.一个多机系统会出现多个不同频率的振荡一个多机系统会出现多个不同频率的振荡,每每一个频率的振荡称为一个低频振荡模式一个频率的振荡称为一个低频振荡模式,也称为机电振荡模也称为机电振荡模式式.一般认为在一个由一般认为在一个由n n台发电机组成的系统中台发电机组成的系统中,对应的机电对应的机电振荡模式会有振荡模式会有n-1n-1个个,但通常只关心负阻尼和阻尼不足的模式但通常只关心负阻尼和阻尼不足的模式.四，低频振荡的抑制措施低频振荡的抑制措施对低频振荡机理的分析表明,抑制它的关键是减小系统的负阻尼或通过附加控制提供额外的阻尼.因此，抑制低频振荡的措施主要可分为以下两个方面，即一次系统对策和二次系统对策。在长距离输电线路上装设静止无功补偿器作电压支撑在长距离输电线路上装设静止无功补偿器作电压支撑采用直流输电方案，避免功率振荡采用直流输电方案，避免功率振荡 采用串联电容，减少送受端的电气距离采用串联电容，减少送受端的电气距离 增强网架，减少重负荷输电线增强网架，减少重负荷输电线 1 1，低频振荡的抑制措施低频振荡的抑制措施一一次次系系统统对对策策采用非线性最优励磁装置改善系统动态性能采用非线性最优励磁装置改善系统动态性能直流输电的附加控制或直流功率提供附加阻尼直流输电的附加控制或直流功率提供附加阻尼 利用静止无功补偿器的附加控制利用静止无功补偿器的附加控制 采用电力系统稳定器采用电力系统稳定器PSS作为励磁附加控制作为励磁附加控制 二二次次系系统统对对策策采用线性励磁控制装置改善系统动态性能采用线性励磁控制装置改善系统动态性能但一次系统的对策受经济、环境等因素的制约较大，难以无限制地使用。利用二次系统来抑制低频振荡，具有价格低、易实现、性能良好，以及经济效益显著等优点，是抑制低频振荡的主要方法。2 2，利用电力系统稳定器，利用电力系统稳定器PSSPSS抑制电力系抑制电力系统的低频振荡统的低频振荡 PSS最早是由美国学者F P demello和C Conco2dri提出的。其基本原理是在自动电压调节AEF的基础上,辅以转速偏差()、功率偏差(Pe 或Pd)、频率偏差(f)中的一种或两种信号作为附加控制,产生与同轴的附加力矩,增加对低频振荡的阻尼,以增强电力系统动态稳定性。这里只分析以发电机电功率为输入信号的工作原理。在矢量图上（图1）,与发电机转速正方向同相的力矩为正阻尼力矩,与发电机功角正方向同相的力矩为正同步力矩,由于励磁系统中发电机的励磁机等均有一定惯性,造成发电机内电势Eq及电磁力矩Te1滞后一角度1,因此,励磁系统的滞后特性,使其电磁力矩在轴上产生一个负阻尼力矩。由于励磁系统的负阻尼是产生低频振荡的主要因素,为了改善系统的阻尼状况,PSS取一Pe为输人量,该电功率经PSS的超前一滞后环节后输出一滞后于-Pe的电压量Upss,将此电压量加人励磁调节器,其产生的电磁力矩T将滞后于Upss一角度2。由矢量图图1可知,励磁系统总的电磁力矩Te,在PSS加入一Pe信号时,将产生正的阻尼力矩和正的同步力矩,从而达到抑制系统低频振荡,提高系统稳定性的作用。使用电力系统稳定器的目的是通过发电机励磁控制增强对系统振荡的阻尼来扩大电力输送的稳定极限。它能提供正阻尼的附加励磁控制,常见镇定参量有角速度、功率和频率,主要由放大、复位和超前滞后等校正环节等组成,输出则和机端电压一起作为励磁系统的入。PSS基于系统在某一平衡点处的近似线性化模型设计,针对性强,易于实现,抑制低频振荡的效果显著,获得了广泛应用。常规PSS消除负阻尼作用是通过励磁控制系统实现的。PSS对转速或其他信号的变化响应使发电机产生一个与速度同相位的电功率输出的变化。这种电功率输出的变化一部分是通过励磁调节直接调制有功功率的输出;另一部分是通过调制无功功率输出,改变系统电压,引起电压灵敏的负荷发生变化,从而间接地调制了有功功率的输出。PSS调制无功功率的有效性与负荷的位置和类型(特性)、电压控制的相关程度及振荡模式有很大关系。常规PSS仍然是抑制电力系统低频振荡,改善小干扰稳定性的主要手段。新型PSS也不断涌现,主要涉及PSS在多机系统中的配置、参数整定以及提高鲁棒性和适应性等问题研究。在控制规律方面,开展了从经典的PID控制到最优控制、非线性控制以及各种智能控制的研究。3 3，高压直流输电系统（高压直流输电系统（HVDC）调制）调制 当交直流输电线路联合运行时,由于直流输电的功率能快速控制,因此将交流输电线路的控制回路的低频功率振荡信号引入到直流输电线路的控制回路,能有效抑制低频振荡。将直流调制的机理直观地理解为:如果d/dt 0或者f 0,表示发电机转子趋向于加速并积聚动能,而通过直流系统的功率调制功能可以缓解动能的积聚,即在这段时间内增大直流系统的输送功率,使发电机的输出功率增加,从而使系统稳定;反之亦然。在高压直流输电上采用各种调制技术,例如双侧频率调制,也是提高互联电网动态稳定性的有效措施。直流调制技术的应用对提高“区域间振荡模式”阻尼的效果尤为明显。美国WSCC的交直流输电系统就采用了这一控制技术。但是,运行实践表明,直流输电系统发生单极或双极闭锁的几率比较高,故还不能仅仅依靠这一措施来解决“区域间振荡模式”的负阻尼或弱阻尼问题,它应该是PSS的一个重要而有效的补充。总的来说，电力弱互联系统中的区域联络线阻抗将大幅度降低系统的电磁阻尼转矩，系统阻尼很小或为负值是低频振荡产生的根本原因。抑制低频振荡可通过附加控制提供额外阻尼，这些附加控制一般集中在发电和输电部分，发电侧主要是对励磁系统增加附加稳定控制，输电侧主要是利用柔性交流输电技术（FACTS）和直流输电的功率调制技术来提供附加控制。以及，通过加强电网之间的联络，这都是解决低频振荡问题的根本手段。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢