低頻振蕩詳細講解.ppt

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1、互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩李興源(四川大學)0引言隨著西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)工程的實施，我國即將形成世界上屈指可數(shù)的超大規(guī)模復雜電網(wǎng)。但隨著電網(wǎng)規(guī)模的日趨龐大,局部地區(qū)的擾動可能會影響整個電網(wǎng)的正常運行,甚至出現(xiàn)國內(nèi)外均未見報道的一些異常動態(tài)行為。如由于電網(wǎng)規(guī)模龐大和復雜,導致各子網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定水平下降,輸電線路傳輸功率極限較聯(lián)網(wǎng)前更低于熱穩(wěn)極限,我國已于2003年九月聯(lián)網(wǎng)后觀察到全系統(tǒng)出現(xiàn)頻率低至0.13Hz的超低頻振蕩,暫態(tài)不平衡功率跨區(qū)域傳播,及由于聯(lián)絡線的功率振蕩幅值遠遠大于預期的計算結(jié)果,致使整個互聯(lián)電網(wǎng)的阻尼明顯下降等現(xiàn)象。研究造成這些現(xiàn)象的關(guān)鍵因素及機理;如何抑制這些振蕩;全國聯(lián)網(wǎng)

2、后是否會有更低頻的振蕩出現(xiàn)等等,都是急需解決的問題。低頻振蕩分為兩種類型：局部模態(tài)（LocalModes）和區(qū)域間模態(tài)（InterareaModes）。局部振蕩模態(tài)是指系統(tǒng)中某一臺或一組發(fā)電機與系統(tǒng)內(nèi)的其余機組的失步。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的慣性時間常數(shù)相對較小，因此這種振蕩的頻率相對較高，通常在1～2Hz之間。區(qū)域間振蕩模態(tài)是指系統(tǒng)中某一個區(qū)域內(nèi)的多臺發(fā)電機與另一區(qū)域內(nèi)的多臺發(fā)電機之間的失步。由于各區(qū)域的等值發(fā)電機的慣性時間常數(shù)比較大，因此這種振蕩模態(tài)的振蕩頻率較低，通常在0.1～0.7Hz之間。系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩以后會產(chǎn)生兩種結(jié)果：一是振蕩的幅值持續(xù)增長，使系統(tǒng)的穩(wěn)定遭到破壞，甚至引

3、起系統(tǒng)解列；二是振蕩的幅值逐步減小，或通過恰當?shù)拇胧┢较⒄袷?。因此，對電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理進行研究，并采取相應的抑制措施具有十分重要的意義。1低頻振蕩的發(fā)生機理（1）欠阻尼機理自F.Demello在文獻[3]中最先提出低頻振蕩的欠阻尼機理后，在學術(shù)界逐漸取得了共識。這一理論認為低頻振蕩是由于在特定情況下系統(tǒng)提供的負阻尼作用抵消了系統(tǒng)電機、勵磁繞組和機械等所產(chǎn)生的正阻尼，在欠阻尼的情況下擾動將逐漸被放大，從而引起系統(tǒng)功率的振蕩。還有一種比較特殊的欠阻尼情況就是當擾動的頻率與系統(tǒng)固有頻率相同時，系統(tǒng)可能產(chǎn)生共振機理的低頻振蕩。文獻[4]指出，若系統(tǒng)阻尼為零或者較小，則由于擾動的影

4、響，出現(xiàn)不平衡轉(zhuǎn)矩，使得系統(tǒng)的解為一等幅振蕩形式，當擾動的頻率和系統(tǒng)固有頻率相等或接近時，這一響應就會因共振而被放大，從而引起共振型的低頻振蕩。共振機理的低頻振蕩歸根結(jié)底還是由于系統(tǒng)阻尼不足而引起。這種低頻振蕩具有起振快、起振后保持同步的等幅振蕩和失去振蕩源后振蕩很快衰減等特點，是一種值得注意的振蕩產(chǎn)生機理。（2）發(fā)電機的電磁慣性引起的低頻振蕩由于發(fā)電機勵磁繞組具有電感，則由勵磁電壓在勵磁繞組中產(chǎn)生的勵磁電流將是一個比它滯后的勵磁電流強迫分量，這種滯后將產(chǎn)生一個滯后的控制，而這種滯后的控制在一定條件下將引起振蕩。而且由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化,引起了電磁力矩變化與電氣回路耦合產(chǎn)生機電

5、振蕩,其頻率為0.2~2Hz。（3）過于靈敏的勵磁調(diào)節(jié)引起低頻振蕩為了提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定,在電力系統(tǒng)中廣泛采用了數(shù)字式、高增益、強勵磁倍數(shù)的快速勵磁系統(tǒng),使勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)大大減小。這些快速勵磁系統(tǒng)可以對系統(tǒng)運行變化快速作出反應,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),會對較小的擾動做出過大的反應,這些過大的反應將對系統(tǒng)進行超出要求的調(diào)節(jié),這種調(diào)節(jié)又對系統(tǒng)產(chǎn)生進一步的擾動,如此循環(huán),必將導致系統(tǒng)的振蕩。實際電力系統(tǒng)運行證明,采用快速勵磁系統(tǒng)后,低頻振蕩問題日益突出。（4）電力系統(tǒng)非線性奇異現(xiàn)象引起低頻振蕩根據(jù)電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性理論

6、,系統(tǒng)的特征值實部為負,則系統(tǒng)是穩(wěn)定的;若特征值出現(xiàn)零值或是實部為零的一對虛根,則為穩(wěn)定的臨界狀態(tài);若特征值為正實數(shù)或是有正實部的復數(shù),則都是不穩(wěn)定的。但實際上,由文獻[7][8]可知,由于系統(tǒng)的非線性特性,系統(tǒng)在虛軸附近將出現(xiàn)奇異現(xiàn)象。即即使系統(tǒng)的特征值全為負或是有負的實部的復數(shù),在小擾動下,非線性造成的分歧也可能使系統(tǒng)的特性和狀態(tài)發(fā)生突變,產(chǎn)生增幅振蕩。（5）不適當?shù)目刂品绞綄е碌皖l振蕩抑制低頻振蕩的過程,就是調(diào)節(jié)勵磁電流if,使它產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減緩轉(zhuǎn)子在速度變化中的動能和未能的轉(zhuǎn)換。但在一些擾動中,機端電源和電磁轉(zhuǎn)矩對勵磁電流的要求會產(chǎn)生矛盾,使勵磁調(diào)節(jié)不能同時滿足二者的

7、要求,甚至起了相反的作用,破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此,如控制的目的是抑制系統(tǒng)的低頻振蕩,而使用以等與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無直接聯(lián)系的信號為輸入控制量的控制方式,則在一定條件下會引起系統(tǒng)的增幅振蕩。（6）混沌振蕩機理混沌現(xiàn)象是在完全確定的模型下產(chǎn)生的不確定現(xiàn)象，它是由非線性系統(tǒng)中各參數(shù)相互作用而導致的一種非常復雜的現(xiàn)象。文獻[10]針對低頻振蕩的參數(shù)進行分析得出了如下結(jié)論：（1）僅有阻尼而無周期性負荷擾動時，系統(tǒng)不會出現(xiàn)混沌振蕩；（2）在周期性擾動負荷的作用下且當擾動負荷的值超過一定范圍的時候，系統(tǒng)出現(xiàn)混沌振