電力系統(tǒng)低頻振蕩的機(jī)理分析及控制方法

摘 要 現(xiàn)階段電網(wǎng)互聯(lián)程度越來越高，低頻振蕩成為影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，必須采取有效抑制措施。文中介紹低頻振蕩產(chǎn)生的機(jī)理，分析了低頻振蕩的影響因素，針對(duì)不同的振蕩模式，提出了相應(yīng)的抑制措施。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 低頻振蕩 機(jī)理 影響因素 控制方法

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模日益增大，電網(wǎng)互聯(lián)程度越來越高，提高了發(fā)電、輸電的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也引發(fā)了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)低頻振蕩的情況越來越多，低頻振蕩能夠引發(fā)重大停電事故，必須引起重視。因此，厘清電力系統(tǒng)低頻振蕩產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素，同時(shí)針對(duì)不同的低頻振蕩模式，制定相應(yīng)的抑制策略具有重要的意義。

1 電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)功率穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，其頻率會(huì)出現(xiàn)小范圍的波動(dòng)，這種波動(dòng)稱為低頻振蕩。低頻振蕩根據(jù)作用范圍和頻率大小差別可以分為局部振蕩和區(qū)域振蕩。其中，局部振蕩一般發(fā)生在一定范圍內(nèi)一臺(tái)電機(jī)或幾臺(tái)電機(jī)之間，振蕩頻率相對(duì)較高，通常在0.7～2.5之間。區(qū)域振蕩指的是不同區(qū)域機(jī)組間發(fā)生振蕩，范圍較大頻率相對(duì)較低，在0.1～0.7之間。了解低頻振蕩的分類，可以更方便的引起低頻振蕩的原因，為了更好抑制低頻振蕩，還需要了解其產(chǎn)生的機(jī)理，低頻振蕩機(jī)理有以下幾種。

1.1 負(fù)阻尼機(jī)理

由于勵(lì)磁系統(tǒng)追求快速性、電網(wǎng)負(fù)荷加重及系統(tǒng)的連通性，使得系統(tǒng)阻尼下降，電力系統(tǒng)對(duì)一定頻率的振蕩表現(xiàn)出負(fù)阻尼特性，導(dǎo)致振蕩短時(shí)間無法消除，該機(jī)理易理解，通常用來解釋線性模型結(jié)合較好的系統(tǒng)的振蕩，不適用于大擾動(dòng)導(dǎo)致的振蕩。

1.2 共振機(jī)理

當(dāng)電力系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)功率遭受的周期性振蕩與系統(tǒng)固有的低頻振蕩接近或者相等時(shí)，容易誘發(fā)共振，這種共振具有起振快、消失快、振蕩頻率與擾動(dòng)頻率一致的特點(diǎn)，影響共振的因素有阻尼轉(zhuǎn)機(jī)系數(shù)、同步力矩系數(shù)、擾動(dòng)幅度等。

1.3 發(fā)電機(jī)電磁慣性導(dǎo)致的低頻振蕩

電感性的勵(lì)磁繞組在勵(lì)磁電壓的作用下能夠產(chǎn)生一個(gè)相位滯后的勵(lì)磁電流強(qiáng)迫分量，在該分量的控制下會(huì)導(dǎo)致低頻振蕩的發(fā)生。

1.4 分叉和混沌理論

分叉理論揭示了電力系統(tǒng)低頻振蕩的非線性特征，使用高階多項(xiàng)式從空間上系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；煦缋碚摽紤]非周期性、無規(guī)則性的低頻振蕩參數(shù)間的相互作用。

2 影響電力系統(tǒng)低頻振蕩的原因分析

電力系統(tǒng)低頻振蕩可以從三個(gè)方面進(jìn)行分析，首先是根據(jù)線性系統(tǒng)分析，由于調(diào)節(jié)措施的影響，使得系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)阻尼，導(dǎo)致系統(tǒng)擾動(dòng)后產(chǎn)生振蕩，且振蕩幅度不衰減。其次是從輸入信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)方面分析，當(dāng)系統(tǒng)固有頻率與輸入信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)間具有某種特定關(guān)系時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生共振或諧振，振蕩幅度較大，頻率低。最后，由于系統(tǒng)的非線性影響，參數(shù)或者擾動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致低頻振蕩發(fā)生。在上述3種低頻振蕩機(jī)理中，共振機(jī)理受到系統(tǒng)擾動(dòng)源頻率的影響，而負(fù)阻尼機(jī)理、發(fā)電機(jī)電磁慣性、分叉和混沌機(jī)理等受到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)影響，不同模式的低頻振蕩可能會(huì)單獨(dú)或者同時(shí)發(fā)生時(shí)，需要綜合分析，快速找出發(fā)生低頻振蕩的主導(dǎo)模式。

電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響因素歸根結(jié)底在于系統(tǒng)本身和干擾源，系統(tǒng)原因主要表現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式、系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)負(fù)荷等。電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響低頻振蕩的頻率，通過弱連接傳輸互聯(lián)的電網(wǎng)間容易出現(xiàn)低頻振蕩；由于勵(lì)磁系統(tǒng)追求快速性，致使勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)減小，使得系統(tǒng)阻尼下降，系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩的概率大增；當(dāng)電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，恒電流和恒阻抗負(fù)荷的模型更加容易發(fā)生低頻振蕩；當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)載較重時(shí)，抗干擾能力變?nèi)?，更容易發(fā)生低頻振蕩。此外，熱力系統(tǒng)和軸系機(jī)械系統(tǒng)會(huì)影響電力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，導(dǎo)致低頻振蕩發(fā)生的概率上升。

3 電力系統(tǒng)低頻振蕩的控制方法

電力系統(tǒng)低頻振蕩產(chǎn)生的本質(zhì)是系統(tǒng)的控制措施帶來的負(fù)阻尼，因此對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩的控制策略主要基于負(fù)阻尼機(jī)理，控制的思路主要有兩種，一種是調(diào)整控制措施減小系統(tǒng)負(fù)阻尼，另一種方法是附加控制提供額外的阻尼，前一種調(diào)整方法在一定程度上能夠提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，但是會(huì)帶來其它問題，所以一般不適用調(diào)整控制措施，使用附加控制的方法提供額外的系統(tǒng)阻尼，抑制系統(tǒng)低頻振蕩。

電力系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電和用電這三部分，具體采取控制措施時(shí)，用電這部分用戶比較分散，難以管理和控制，因此措施措施主要針對(duì)發(fā)電和輸電部分。發(fā)電部分主要是使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、非線性勵(lì)磁控制器等穩(wěn)定控制設(shè)備對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行控制；輸電部分主要是在線路上使用FACTS裝置、HVDC等電力設(shè)備快速的控制性能提供附加控制。FACTS裝置使采用電子設(shè)備和控制器來提高電力系統(tǒng)的功率輸送和穩(wěn)定性，對(duì)輸電系統(tǒng)調(diào)節(jié)方便靈活，并且安裝方便，但使用成本較高，裝備適應(yīng)性不夠強(qiáng)，易受到輸入信號(hào)和安裝地點(diǎn)的影響。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)性簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，但只對(duì)特定振蕩頻率抑制效果好，不能有效抑制其它頻率振蕩。以上這些附加抑制裝置在復(fù)雜的電力系統(tǒng)中安裝地點(diǎn)和參數(shù)協(xié)調(diào)直接關(guān)系影響抑制效果，在實(shí)際操作時(shí)要認(rèn)真分析，從系統(tǒng)中提取有用信息，確保達(dá)到最佳抑制效果。低頻振蕩最為一個(gè)系統(tǒng)問題，在采取控制措施時(shí)，還需要綜合考慮發(fā)電、輸電和用電三部分，針對(duì)不同的振蕩模式，制定相應(yīng)的控制方法，只有這樣才能產(chǎn)生好的抑制效果。

參考文獻(xiàn)

[1]趙輝.電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼機(jī)理及控制策略研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[2]吳復(fù)霞.電力系統(tǒng)低頻振蕩的分析和控制[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

[3]郝思鵬.電力系統(tǒng)低頻振蕩綜述[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，1（01）：5-7.

[4]魏云冰，和萍，李山德，等.電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理及控制策略研究[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，27（02）：64-66.

作者簡(jiǎn)介

楊虓，男，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)殡娏﹄姎狻?/p>

作者單位

大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠 黑龍江省大慶市 163000