關(guān)于大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響分析

何俊佩

摘 要：大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，即互聯(lián)過程中會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩影響。為了確保電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，我們必須將低頻振蕩影響降到最低。本文正是基于這一出發(fā)點(diǎn)，對(duì)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)給電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性造成的影響進(jìn)行了一些有意義的分析，希望對(duì)業(yè)內(nèi)同仁可以起到參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)；電力系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

1引言

改革開放我以來(lái)，我國(guó)的電力事業(yè)也進(jìn)步迅速，當(dāng)前的電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電網(wǎng)的技術(shù)先進(jìn)性更是在不斷提升。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，傳統(tǒng)的的以省級(jí)電網(wǎng)互聯(lián)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)模式已經(jīng)變地不再適用，轉(zhuǎn)變成了大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的新模式，這適應(yīng)了我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的特點(diǎn)，使得整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率都獲得了顯著提升，但同時(shí)也帶來(lái)了一些問題，比如大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)會(huì)帶來(lái)低頻振蕩模式，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性造成影響。為了確保電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，我們必須對(duì)這種影響產(chǎn)生的原因和影響程度進(jìn)行詳細(xì)地分析，并采取措施將影響降到最低，從而為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供充分保障。本文正是基于這一出發(fā)點(diǎn)，對(duì)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)給電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性造成的影響進(jìn)行了一些有意義的分析，希望對(duì)業(yè)內(nèi)同仁可以起到參考和借鑒作用。

2原因分析

自上世紀(jì)60年代，北美的電力系統(tǒng)發(fā)生了低頻振蕩后，美國(guó)的一些學(xué)者對(duì)這一現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。其中比較有代表性是F.P.de Mello和C.Concordia采用考慮發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)變化的Phillips-Heffrom模型得到的結(jié)論，該結(jié)論系統(tǒng)地闡述了低頻振蕩的產(chǎn)生原因?yàn)椋含F(xiàn)代發(fā)電機(jī)一般都配備有自動(dòng)電壓調(diào)機(jī)器，而該調(diào)節(jié)器在工作中會(huì)產(chǎn)生一種電磁力矩，并進(jìn)一步可以被分解為阻尼力矩分量和同步力矩分量。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，正阻尼力矩分量與轉(zhuǎn)速變化的方向相同，負(fù)阻尼力矩分量與轉(zhuǎn)速的變化方向相反，正同步力矩分量與發(fā)電機(jī)組功角變化的方向相同，負(fù)同步力矩分量與功角變化的方向相反。當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式在一些特定情況下時(shí)，比如大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的狀態(tài)下，因?yàn)閭鬏斁嚯x遠(yuǎn)等因素的影響，會(huì)形成負(fù)阻尼力矩分量，一旦這個(gè)分量超過了原先固有的正阻尼分量，那么就產(chǎn)生低頻振蕩問題。F.P.de Mello和C.Concordia的研究有效地揭示了低頻振蕩問題的產(chǎn)生原有及其物理本質(zhì)，即電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用是導(dǎo)致電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性降低的根本原因。

3影響分析

3.1振蕩模式判斷

現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)大區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的振蕩影響主要有地區(qū)性振蕩和區(qū)域振蕩這兩種模式。前者的頻率在0.5～2Hz；而后者的模式主要體現(xiàn)在一個(gè)被互聯(lián)大區(qū)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組群相較于另一個(gè)大區(qū)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組群會(huì)產(chǎn)生振蕩影響，其頻率維持在0.1～1Hz的范圍內(nèi)。通過上文分析不難看出，我們?cè)趯?duì)因大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)而造成的振蕩影響分析時(shí)，需要先對(duì)是屬于哪種振蕩模式進(jìn)行識(shí)別，而識(shí)別和判斷的結(jié)論將直接影響著振蕩穩(wěn)定性的因素阻尼比。如果針對(duì)一個(gè)振蕩模式進(jìn)行分析計(jì)算，得到其阻尼比比0大的結(jié)論時(shí)，則可以在一定程度上上表明該電力系統(tǒng)目前處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，振蕩模式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性影響較小，甚至可以忽略不計(jì)。反之，若通過對(duì)某種振蕩模式的分析計(jì)算，得到阻尼比小于0的結(jié)果時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前電力系統(tǒng)受到的振蕩影響比較明顯，系統(tǒng)呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)然還有一種情況，即阻尼比恰好為0時(shí)，此時(shí)屬于臨界情況，系統(tǒng)受到振蕩模式的影響在穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間。通過上述的分析計(jì)算，如果得到的阻尼比為正且無(wú)限接近于0時(shí)，則可以認(rèn)為當(dāng)前的電力系統(tǒng)存在著不穩(wěn)定的因素，需要進(jìn)行認(rèn)真的對(duì)待分析。

3.2機(jī)電振蕩分析

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，原有的省級(jí)電網(wǎng)互聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)榱舜髤^(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的模式，如圖1所示。在這種模式下，互聯(lián)大區(qū)組成的電力系統(tǒng)中，總的發(fā)電機(jī)組數(shù)就會(huì)等于原本各自區(qū)域的發(fā)電機(jī)組數(shù)之和，使得機(jī)電振蕩模式的數(shù)量也會(huì)明顯增多。因?yàn)樵诨ヂ?lián)前的原始系統(tǒng)中，各個(gè)區(qū)域的機(jī)電振蕩種類等于所在區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)組數(shù)-1，而大區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩種類等于所有區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)組數(shù)之和-1，即大區(qū)互聯(lián)后會(huì)產(chǎn)生更多的機(jī)電振蕩。相較于傳統(tǒng)單一化的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，互聯(lián)后的振蕩形式更加復(fù)雜，振動(dòng)種類更是顯著增多，而這也就使得對(duì)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也會(huì)相對(duì)更大。

3.3振蕩的阻尼影響分析

根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，東北、華北聯(lián)網(wǎng)之前總共有8個(gè)阻尼比小于0.02的振蕩模式，并且其中3個(gè)經(jīng)計(jì)算為負(fù)阻尼振蕩模式；而在聯(lián)網(wǎng)之后，互聯(lián)電力系統(tǒng)中阻尼比小于0.02的振蕩模式就增大為10個(gè)，其中有4個(gè)經(jīng)計(jì)算為負(fù)阻尼振蕩模式。通過對(duì)東北、華北電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)前后的對(duì)比分析不難發(fā)現(xiàn)，大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的振蕩阻尼產(chǎn)生直接影響，即會(huì)影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4改善對(duì)策探討

1.PSS的配置

上文已經(jīng)敘述，大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)往往會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成兩種振蕩模式的影響，那么我們要提升互聯(lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，就必須從這兩種振蕩模式入手，采取切實(shí)有效的穩(wěn)定性改善對(duì)策。在實(shí)際工作中，與地區(qū)振蕩和區(qū)域振蕩這兩種模式的穩(wěn)定性技術(shù)相關(guān)的是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power System Stabilization， PSS），將PPS應(yīng)用到大區(qū)互聯(lián)環(huán)節(jié)中，可以有效地對(duì)振蕩影響進(jìn)行消減。PSS作為一種特殊設(shè)備，其最大的功能就是可以在系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生一種正阻尼轉(zhuǎn)矩，利用該轉(zhuǎn)矩去對(duì)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩進(jìn)行中和，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩影響的抑制作用，進(jìn)而顯著提升互聯(lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在實(shí)際工作中，我們?cè)诿鎸?duì)因大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)而給電力系統(tǒng)造成的低頻振蕩影響時(shí)，應(yīng)該充分借鑒使用PSS的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，綜合采取能夠切實(shí)提升穩(wěn)定性的合理措施。

2.基于可控串補(bǔ)的方式

除了配置PSS外，還可以通過在輸電線路上增加可控串補(bǔ)的方式來(lái)抑制因電網(wǎng)互聯(lián)后可能產(chǎn)生的低頻振蕩影響。

5結(jié)束語(yǔ)

通過上文分析可知，大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)過程中會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩影響，而這種低頻振蕩影響是由互聯(lián)過程中產(chǎn)生的負(fù)阻尼作用決定的，所以對(duì)大區(qū)互聯(lián)產(chǎn)生的影響分析應(yīng)集中在對(duì)負(fù)阻尼作用的影響分析上，然后在此基礎(chǔ)上提出有針對(duì)性的改善措施，比如配置PSS、增加可控串補(bǔ)等等。

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