大擾動后正阻尼單機水電系統(tǒng)頻率振蕩的近似及適應性分析

王嘉偉，熊鴻韜，劉曉博，楊 瀅，張建承，莊文彬，華 文，薛安成

（1. 華北電力大學 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 102206；2. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院，浙江 杭州 310014；3. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司調(diào)度控制中心，浙江 杭州 310007）

0 引言

近年來，國內(nèi)外高水電占比電網(wǎng)在實際運行或試驗中，出現(xiàn)了多次復雜的超低頻頻率振蕩事故，威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行［1?3］。例如，云南電網(wǎng)在試驗中，出現(xiàn)了系統(tǒng)負阻尼效應導致的頻率振蕩失穩(wěn)問題，以及調(diào)速器增強型死區(qū)導致系統(tǒng)不存在平衡點，其引起頻率在死區(qū)附近振蕩的問題［4］。另一方面，某大電網(wǎng)仿真表明，在線路N-2 故障下，當故障持續(xù)時間為40 ms 時，系統(tǒng)會恢復穩(wěn)定（系統(tǒng)正阻尼），而當故障持續(xù)時間為80 ms 時，系統(tǒng)會發(fā)生持續(xù)的調(diào)速器限幅參與的超低頻頻率振蕩（大擾動后正阻尼的振蕩）［5］。目前，超低頻頻率振蕩的數(shù)學機理可分為負阻尼振蕩、光滑的強迫振蕩和切換型振蕩［6］。

在負阻尼振蕩方面，文獻［7?8］分析指出，水電機組調(diào)速器提供負阻尼導致一次調(diào)頻過程中小擾動失穩(wěn)，是造成實際電網(wǎng)超低頻頻率振蕩的直接原因之一。在對應的分析方法上，目前較為常用的是基于時域的狀態(tài)空間模型的特征根分析法以及基于頻域的復轉(zhuǎn)矩系數(shù)法。強迫振蕩易出現(xiàn)在本身阻尼較弱而外界擾動較大的系統(tǒng)中［9］。文獻［10-11］利用端口供給能量法，分析可得超低頻頻率振蕩起振階段的誘發(fā)原因為負阻尼；并利用模態(tài)圖和快速傅里葉分解法，分析認為持續(xù)振蕩階段的特征類似于強迫振蕩的全局共振，即發(fā)電機之間同相位共振。……