電力系統(tǒng)低頻振蕩問題探析

【摘 要】隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性問題越來越突出。本文對電力系統(tǒng)低頻振蕩的各種原因進行了探究，并提出了一系列有針對性的解決措施。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；低頻振蕩；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器

一、研究電力系統(tǒng)低頻振蕩的必要性

電網(wǎng)互聯(lián)會帶來諸如電網(wǎng)錯峰、水火電互補、功率緊急支援等一系列的經(jīng)濟效益，極大地提高了發(fā)電和輸電的經(jīng)濟性和可靠性，因而得到了十分迅速的發(fā)展，但它同時也帶來了一些新的問題，如大電網(wǎng)內(nèi)部及與其它電網(wǎng)互聯(lián)線路的潮流控制和穩(wěn)足性控制等問題。隨著互聯(lián)電力系統(tǒng)規(guī)模日益增大，系統(tǒng)互聯(lián)引發(fā)的區(qū)域低頻振蕩問題已成為威脅互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、制約電網(wǎng)傳輸能力的重要因素之一，有必要全面認識電力系統(tǒng)低頻振蕩問題。

二、電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響因素

（1）發(fā)電機的電磁慣性引起低頻振蕩。電力系統(tǒng)的勵磁控制，就是通過控制勵磁系統(tǒng)的勵磁電壓EF，從而改變勵磁電流if來達到控制發(fā)電機運行狀態(tài)的目的。調(diào)節(jié)勵磁電流if實際上是調(diào)節(jié)氣隙合成磁場，它可以使發(fā)電機機端電壓為所需值，同時也影響了電磁轉(zhuǎn)矩。因此，調(diào)節(jié)勵磁電流可以控制機端電壓和電磁轉(zhuǎn)矩。使用勵磁自動控制時，勵磁系統(tǒng)便會產(chǎn)生一個勵磁電壓變量△EF。由于發(fā)電機勵磁繞組具有電感，△EF在勵磁繞組中產(chǎn)生的勵磁電流變量將是一個比它滯后的勵磁電流強迫分量△ife。這種勵磁電流對勵磁電壓的滯后產(chǎn)生了一個滯后的控制，而滯后的控制在一定條件下將引起系統(tǒng)的振蕩。（2）過于靈敏的勵磁調(diào)節(jié)引起低頻振蕩。這些快速勵磁系統(tǒng)可對系統(tǒng)運行的變化作出快速反應(yīng)，從而對其進行靈敏快速的調(diào)節(jié)控制。從控制方面來看，過于靈敏的調(diào)節(jié)，會對較小的擾動作出過大的反應(yīng)。目前實際的電力系統(tǒng)運行情況也證明，在系統(tǒng)中使用快速勵磁系統(tǒng)之后，系統(tǒng)的低頻振蕩問題已日益突出。（3）缺乏互聯(lián)系統(tǒng)機械模式的阻尼而引起低頻振蕩。F.P.DeMello于

1969年運用阻尼轉(zhuǎn)矩的概念對單機無窮大系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的原因進行了分析和解釋。他認為，電力系統(tǒng)中產(chǎn)生低頻振蕩的根本原因是由于系統(tǒng)中產(chǎn)生了負阻尼作用，抵消了系統(tǒng)固有的正阻尼，使系統(tǒng)的總阻尼很小或為負值。系統(tǒng)的阻尼很小時，如果受到擾動，系統(tǒng)中的功率振蕩長久不能平息，就會造成減幅或等幅的低頻振蕩；而系統(tǒng)的阻尼為負值時，則將造成增幅的低頻振蕩。

三、解決電力系統(tǒng)低頻振蕩的措施

（1）電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制器PSS。PSS（Power System Stabiliz

-er）是目前世界上使用最廣泛、最經(jīng)濟且技術(shù)較為成熟的抑制低頻振蕩的措施。基本原理是在自動電壓調(diào)節(jié)AVR（Automa

-tion Voltage Regulation）的基礎(chǔ)上，附以轉(zhuǎn)速偏差Δω，功率偏差ΔPe，頻率偏差Δf中的一種或幾種信號作為附加控制，產(chǎn)生與Δω同軸的附加力矩，增加對低頻振蕩的阻尼，以增強電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。在多機系統(tǒng)中應(yīng)用PSS需要解決的問題主要有兩個：PSS安裝地點的選擇、PSS參數(shù)的協(xié)調(diào)整定，這也是今后有待進一步研究的一個課題。（2）采用FACTS元件抑制低頻振蕩。FACTS元件在維持系統(tǒng)中某點電壓水平、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制系統(tǒng)功率振蕩等方面已經(jīng)取得廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的FACTS控制方式是以維持系統(tǒng)某節(jié)點的電壓等為目標(biāo)，但許多研究結(jié)果表明，較強的電壓控制將降低FACTS向系統(tǒng)提供阻尼的能力，因此FACTS的控制目標(biāo)不僅應(yīng)包括維持系統(tǒng)某點電壓給定值，還應(yīng)保證向系統(tǒng)提供正阻尼，只有這樣才能確保它們提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在現(xiàn)代大型互聯(lián)電網(wǎng)中，如何對眾多的FACTS元件進行協(xié)調(diào)控制，以使整體性能達到最優(yōu)，是一個亟待解決的問題。針對這一問題提出了采用非線性最優(yōu)變目標(biāo)策略來協(xié)調(diào)所有控制器。目前，這類問題的研究還僅局限在簡化的較小系統(tǒng)模型中進行。（3）電力系統(tǒng)智能穩(wěn)定控制器。由于人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，促成了人工智能穩(wěn)定器的出現(xiàn)。ANN（A rtificial Neural Network）具有快速的并行處理能力。ANN具有非線性特性，再次能夠通過樣本訓(xùn)練，具有自適應(yīng)能力。基于模糊技術(shù)的PSS能夠較好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的非線性特性，具有較強的魯棒性、較好的控制效果，但也存在一些明顯的不足。鑒于模糊PSS具有上述致命的弱點，科研人員考慮將模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，從而將一種全新的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于PSS的設(shè)計之中。這一技術(shù)是借助于模糊技術(shù)無須依賴精確的系統(tǒng)模型的特點和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自學(xué)習(xí)、自推理等的特性，從而得到一種既不依賴于系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型又具有良好的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)特性的控制性能良好的PSS。

參 考 文 獻

[1]王鐵強．電力系統(tǒng)低頻振蕩共振機理的研究[D]．華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文．2001

[2]王梅義，吳競昌，蒙定中．大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2007

[3]湯涌．電力系統(tǒng)強迫功率振蕩分析[J]．電網(wǎng)技術(shù)．2008