電力系統低頻振蕩的分析和控制

摘要：文章對電力系統的穩定性進行了描述，指出了電力系統低頻振蕩的產生與分類，結合電力系統的實際發展情況，研究了低頻振蕩的分析方法和優缺點，簡要分析了控制低頻振蕩的措施，希望借此提高電力系統的穩定性。

關鍵詞：電力系統；低頻振蕩；穩定性；阻尼控制

中圖分類號：TM711文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

電力事業的發展，加快了電力系統聯網的速度，電力系統的規模也隨之加大，電力系統的運行逐步向臨界點靠近，因此電力系統的低頻振蕩問題也引起了人們的方法關注。基于電力的重要作用，降低電力系統的低頻振蕩、提高電力系統的穩定性具有重要的意義。

一、電力系統概述

（一）電力系統穩定

電力系統要想正常的運行，首要的條件就是要保證電力系統的穩定。當發機組輸出的電磁轉矩與原來動機組輸入的轉矩達到了一種平衡的狀態時，電力系統就會呈現出一種穩定的狀態，而當運行中電力機組受到負荷波動、電力元件短路等外界因素的影響時，使得發電機輸入的轉矩與電磁轉矩之間失去了平衡，因而導致發電轉子呈現出不同程度的加速或者加速，而且各發電機轉子的功率角也會發生相應的變化，所以電力系統就出現了失衡的狀態。隨著科技的發展，現代化的電力系統具有非常復雜的非線性，其穩定性問題也呈現出多元化的表現形式，因此保持電力系統穩定運行的難度也隨著加大，通過重要的實驗分析與論證，電力系統的相關人士對電力系統穩定分成了三種類別，一種是公交穩定，同時依據擾動強度的大小，又可將功角穩定劃分為暫態穩定和小信號穩定。另外一種是電壓穩定，最后一種是頻率穩定。

（二）電力系統低頻率振蕩

因為阻尼不足而對發電機轉子引起的振蕩，因為其振蕩頻率基本都在在0.1-2.5Hz之間，其振蕩的頻率較小，因此也被叫作低頻率振蕩。根據振蕩頻率的大小和振蕩的波及范圍，可將電力系統中的低頻振蕩分為區域振蕩模式和局部振蕩模式。

（1）區域振蕩模式。這種振蕩是指部分機群相對于其他機群的頻率振蕩，通常在薄弱的互聯電力系統中，兩個或者兩個以上的機群之間會發生這樣的情況，因為彼此之間的電氣距離比較大，又因為等值發電機慣性時間的常數比較大，所以其振蕩的頻率就很低，大約在0.1-0.7Hz之間。

（2）局部振蕩模式。發電廠內的機組之間或者是電氣距離比較近的站廠機組之間的振蕩，一般情況下，這樣的振蕩頻率在0.7-2.5之間，這只是局限于區域內的一種振蕩，危害程度較前者小，而且易于消除。

二、電力系統低頻振蕩的常用分析方法

（一）線性理論分析

在線性建模或者是對非線性狀態的方程向線性方程線性化轉化的基礎，可以進行線性理論的分析。這種分析理論分析方法是當前發展的比較完善，可以對相關的數值實現精細的求解，對物理的本質也能夠進行清晰的說明。

（1）頻域分析法。頻域法釋義經典的控制理論為實施基礎，通過傳遞函數的描述來實現對電力系統穩定性進行判斷。經常在小擾動的穩定性分析中應用，對各種控制器進行合理的設計，同時完成對控制器安裝地點的確定。但這種方法還是存在的一定的局限性，因為這種方法需要進行的計算，影響了分析的速度，因而其提供的分析數據信息數量也有限。

（2）電氣轉矩解析。這種方法最早是對小擾動穩定性進行分析，通常情況下，發電機的建模要采用Heffron-PhilhPs的模型。這種分析方式計算非常復雜，一些大型的大力系統則不適合采用這種方法。

（3）特征值分析法。從對電力系統低頻振蕩的眾多方法中來看，特征值的分析方法是當前對小擾動穩定分析的最為常用的一種方法。用線性方程組的方式將動態模型進行線性化的描述。依據線性系統的理論原理對其矩陣的特征值進行計算，通過對對固有模式、特征值、模式的阻尼和頻率、特征向量和模式系統狀態之間的數據進行技術和關系分析，從而實現對系統穩定的分析。這種分析方法雖然經常被應用，但其的一些弊端還是不能忽視。

（二）非線性理論分析

（1）拓撲空間分析法

拓撲空間分析要根據中心流形的理論對系統進行降維，利用分叉理論將特征值進行多項式的結合，從而實現對系統機構穩定性的分析。這種方法比以往的單一特征值的分析方更具優越性，對一些線性系統無法完成的任務都可以實現，但對特征根的計算與現相關應用還要進一步進行研究。

（2）時域仿真分析法

這種方法是把數值分析作為基礎，并通過計算機對時域的變化曲線進行仿真。對受到擾動后的系統變量都能進行具體的仿真。不受系統的規模的限制，可以彌補非線性分析方法的缺陷，但同時因為對相關的情況的仿真實際較長，所以模式的信息量提供較少。

三、電力系統低頻振蕩控制簡析

通過對引起電力系統低頻振蕩的原因進行分析，可以得出結論，電力系統出現低頻振蕩現象的原因歸根結底是負阻尼。因此加大對阻尼的控制，是降低低頻振蕩的關鍵性因素。對阻尼控制的方法主要有兩種，第一是降低負阻尼的出現，第二是通過附加控制來提供其他的阻尼，但因為前者的調控方法會帶來其他方面的損失，因此第二種方法被廣泛使用。通過研究發現，電力系統的穩定器（PSS）仍然是當前消除低頻振蕩的威脅的經濟化和有效的方式。其次高壓直流輸電（HVDC）和靜止無功補償器（SVC）對附加控制器的參數控制調整，實現提供附加阻尼的效果。另外要對現有的電字裝置進行改造，使其能夠提供出較平滑的阻尼控制。必要的時候還要對原有的勵磁控制進行調整，改變網絡的運行方式，這樣來減少負阻尼的產生。除此之外在一些的規劃建設中，還可以改變網架的結構和系統參數來對阻尼系統進行改變。

四、結束語

隨著經濟的發展，電力系統的規模逐漸擴大，在大型的互聯電網中低頻振蕩的現象時有發生，在提高供電質量的同時，電力系統中低頻振蕩的問題也日益顯著。并且已經發展為影響電力系統安全運行的重要因素。制約了電網的有效傳輸，嚴重的降低了供電的質量和效率，所以一定要對低頻振蕩的問題引起重視，加大對低頻振蕩的研究也控制，提高電力系統的穩定性，促進電力事業的平穩發展。

參考文獻：

[1]王敏.電力系統低頻振蕩的原因與對策[J].廣東水利水電職業技術學院學報，2012(01).

[2]方萬良，杜正春.現代電力系統分析[M].北京:科學出版社，2013.

[3]邵俊松.電力系統低頻振蕩分析及振蕩解列策略研究綜述[J]，電力情報，2012(02).