電力系統低頻振蕩控制策略分析

萬　友,孫建忠（山西京玉發電有限責任公司,山西　右玉　037200）

電力系統低頻振蕩控制策略分析

萬友,孫建忠
（山西京玉發電有限責任公司,山西右玉037200）

隨著電力系統的迅速發展也直接帶來快速勵磁系統的應用，同時在互聯網規模的擴大，電力系統的低頻振蕩問題嚴重危及了系統的安全穩定運行，低頻振蕩問題已經成為影響電力系統動態穩定性和遠距離傳輸容量的重要條件，對于即將達到運行極限狀態的電力系統影響更加至關重要。所以運用各種方法控制策略減少或避免低頻振蕩對電力系統的危害，這將是未來抑制低頻振蕩的發展方向。

電力系統，低頻振蕩，抑制策略

互聯互通的電網使輸送電能容量提高，輸電成本大大降低，使電能合理高效的調配，同時也帶一些弊端，給電力系統的穩定性帶來影響。在電力系統中經過發電機組由電線電路輸送電能，在擾動的影響下發電機轉子之間會發生相對的擺動，同時由于阻尼的缺乏導致持續振蕩情況發生，這時輸送電路的功率也會有相應的變化，一般是0.2-2.5Hz左右。一般電力系統都容易產生低頻振蕩，只是有些振蕩的頻率很小，只是我們無法觀察或者還沒有給電力系統造成危害。在電力系統規模較小和技術比較落后時期，這些振蕩系統可以進行自愈，隨著電力系統規模擴大和電力技術的發展，這些振蕩系統無法進行自愈功能，從而引起了人們的高度注意。電力系統低頻振蕩影響設備機組多，涉及范圍廣，區域危害大。目前經常出現在遠距離并且重負荷輸電線路上，在現代使用快速和高倍數勵磁系統的情況下更容易發生低頻振蕩。

1　　電力系統中低頻振蕩產生的原因

1.1缺乏互聯系統阻尼造成的低頻振蕩

電力系統低頻振蕩產生的原因是由于系統中產生了負阻尼，由負阻尼抵消了系統中的正阻尼，從而造成電力系統的總阻尼值變小或者成為負值。在阻尼值變小后又受到外界干擾，就會造成減幅低頻振蕩的出現，在系統阻尼值是負數時，就會產生增幅低頻振蕩的發生。

1.2由發電機電磁慣性造成的低頻振蕩

電力系統中的勵磁系統是運用控制勵磁電壓，通過改變勵磁電流實現對電機的控制。所以，想要實現對發電機端電壓和電磁轉矩的控制，只需要調節勵磁電流。由于發電機勵磁本身就具有電感作用，勵磁電流比勵磁電壓滯后在一定條件下就容易產生低頻振蕩。

1.3由勵磁調節的過度靈敏性造成的低頻振蕩

為了減少勵磁系統的時間，在電力系統中廣泛使用快速勵磁系統。在使用快速勵磁系統時可以根據系統中的變化快速反饋，達到靈敏快速控制調節的目的。高度的靈敏性也帶了對干擾做出錯誤控制指令，又會在錯誤的調節對系統進行進一步的干擾。

1.4由電力系統非線性造成的低頻振蕩

由于電力系統的非線性特征,電力系統在虛軸周圍出現異常狀況。非線性動態系統出現這種現象時,即使系統的所有特征根都存在負實部,那么即使在很小的外界干擾情況下,由于非線性誤差可能造成系統特性和狀態發生突然變化,這就直接導致增幅性振蕩的發生。

1.5由于控制方式不恰當造成的低頻振蕩

氣隙合成磁場是通過調節勵磁電流實現，它能達到對機端電壓和電磁轉矩的控制。在有擾動干擾的情況時，機端對電壓的要求和電磁轉矩對勵磁電流的要求就會產生一定沖突,這時勵磁調節就不能同時達到機端電壓和電磁轉矩的要求，甚至有可能起到恰恰相反的效果，進而影響系統的穩定性。

2　　電力系統低頻振蕩控制策略

2.1 增加一次系統的建設

在長距離輸送和重負荷輸電線路以及弱互聯的電網中，為了更好抑制電網中低頻振蕩情況的發生，可以在改變網架結構方面考慮，盡可能避免較長距離和重負荷的輸電方式，如果必須進行長距離和重負荷輸送電能時，可以采用直流輸電和增加聯絡線以及分布式電源等方法，同時也要合理考慮電廠和負荷的區域位置。

2.2 電力系統穩定器控制策略

設置PSS的作用是在當電力系統出現擾動時，為發電機轉子轉速正常的搖擺提供正阻尼值。使轉子在一定頻率范圍內搖擺，完成從較低的0.2～1Hz到較高的1～2Hz之間的轉換。這個轉換是一個系統一組發電機組向互連的另一系統發電機機組的搖擺過程。PSS的目的就是通過增加轉換過程中的阻尼，來提高系統之間的相互關系和提高輸送電能的水平。一般情況在頻率低于0.3Hz的低頻振蕩中，運用PSS抑制器克服振蕩的作用不是很好，而且頻率越低效果越差。這時還可以減少重負荷輸電線路，使用串聯補償電容的方法，來達到減少送電區和受電區的電氣距離，采用直流輸電，使送電區和受電區不出現功率振蕩，在遠距離輸送電能線路中應在中間距離設置靜止無功補償器（SVC），提高動態系統的性能。

2.3 靜止無功補償器SVC

在輸電系統中經常用到的SVC有晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切電容器等，SVC可以為系統進行快速調節提供無功電源,運用本身可變導納輸出來提供阻尼力矩，保證動態無功功率的快速調節,同時在出現事故時為電壓提供支持，到達維持電壓水平和平息系統振蕩的作用。

2.4 其他系統抑制低頻振蕩

當前用來抑制系統低頻振蕩的方法除了前面講到的電力系統穩定器（PSS）和靜止無功補償器(SVC)，還有很多比如：高壓直流輸電系統(HVDC)和靈活交直流輸電系統(FACTS)等方法。這些方法在系統結構和負載特性以及運行方式等各個方面改進系統的阻尼特性，以便于提高系統穩定性的目的。

3　總結

隨著電力系統中輸電線路越來越趨向于極限，電力系統在運行時不僅要考慮安全性和可靠性，還要考慮經濟效益,這無形增加了低頻振蕩抑制研究的難度。針對低頻振蕩的抑制目的，一次系統抑制能有效增加系統中的總阻尼值，但是由于需要對一次系統構架進行較大的改造，所以資金也比較大，這種策略適應在電網規劃的時考慮的方向，二次系統抑制策略是通過優化原系統的配置，使各個系統中各模式的阻尼協調統一，從而達到阻尼的最大化，這類投資相對較少。所以在電力系統在抑制低頻振蕩和提高阻尼的目的上，還一定距離要走。

[1]吳復霞.電力系統低頻振蕩的分析和控制[D].浙江大學博士學位論文，2007.

[2]魏云冰,和萍,李山德,張文忠,朱向前.電力系統低頻振蕩機理及控制策略研究[J].山東科技大學學報(自然科學版)，2008，27(02):64-66.

[3]李強,袁越,周海強.淺談電力系統低頻振蕩的產生機理、分析方法及抑制措施[J].繼電器.2005,33(09):78-83.

萬友（1987-），男，遼寧蓋州人，本科，研究方向：發電廠運行。