电力系统低频振荡控制策略分析

万　友,孙建忠（山西京玉发电有限责任公司,山西　右玉　037200）

电力系统低频振荡控制策略分析

万友,孙建忠
（山西京玉发电有限责任公司,山西右玉037200）

随着电力系统的迅速发展也直接带来快速励磁系统的应用，同时在互联网规模的扩大，电力系统的低频振荡问题严重危及了系统的安全稳定运行，低频振荡问题已经成为影响电力系统动态稳定性和远距离传输容量的重要条件，对于即将达到运行极限状态的电力系统影响更加至关重要。所以运用各种方法控制策略减少或避免低频振荡对电力系统的危害，这将是未来抑制低频振荡的发展方向。

电力系统，低频振荡，抑制策略

互联互通的电网使输送电能容量提高，输电成本大大降低，使电能合理高效的调配，同时也带一些弊端，给电力系统的稳定性带来影响。在电力系统中经过发电机组由电线电路输送电能，在扰动的影响下发电机转子之间会发生相对的摆动，同时由于阻尼的缺乏导致持续振荡情况发生，这时输送电路的功率也会有相应的变化，一般是0.2-2.5Hz左右。一般电力系统都容易产生低频振荡，只是有些振荡的频率很小，只是我们无法观察或者还没有给电力系统造成危害。在电力系统规模较小和技术比较落后时期，这些振荡系统可以进行自愈，随着电力系统规模扩大和电力技术的发展，这些振荡系统无法进行自愈功能，从而引起了人们的高度注意。电力系统低频振荡影响设备机组多，涉及范围广，区域危害大。目前经常出现在远距离并且重负荷输电线路上，在现代使用快速和高倍数励磁系统的情况下更容易发生低频振荡。

1　　电力系统中低频振荡产生的原因

1.1缺乏互联系统阻尼造成的低频振荡

电力系统低频振荡产生的原因是由于系统中产生了负阻尼，由负阻尼抵消了系统中的正阻尼，从而造成电力系统的总阻尼值变小或者成为负值。在阻尼值变小后又受到外界干扰，就会造成减幅低频振荡的出现，在系统阻尼值是负数时，就会产生增幅低频振荡的发生。

1.2由发电机电磁惯性造成的低频振荡

电力系统中的励磁系统是运用控制励磁电压，通过改变励磁电流实现对电机的控制。所以，想要实现对发电机端电压和电磁转矩的控制，只需要调节励磁电流。由于发电机励磁本身就具有电感作用，励磁电流比励磁电压滞后在一定条件下就容易产生低频振荡。

1.3由励磁调节的过度灵敏性造成的低频振荡

为了减少励磁系统的时间，在电力系统中广泛使用快速励磁系统。在使用快速励磁系统时可以根据系统中的变化快速反馈，达到灵敏快速控制调节的目的。高度的灵敏性也带了对干扰做出错误控制指令，又会在错误的调节对系统进行进一步的干扰。

1.4由电力系统非线性造成的低频振荡

由于电力系统的非线性特征,电力系统在虚轴周围出现异常状况。非线性动态系统出现这种现象时,即使系统的所有特征根都存在负实部,那么即使在很小的外界干扰情况下,由于非线性误差可能造成系统特性和状态发生突然变化,这就直接导致增幅性振荡的发生。

1.5由于控制方式不恰当造成的低频振荡

气隙合成磁场是通过调节励磁电流实现，它能达到对机端电压和电磁转矩的控制。在有扰动干扰的情况时，机端对电压的要求和电磁转矩对励磁电流的要求就会产生一定冲突,这时励磁调节就不能同时达到机端电压和电磁转矩的要求，甚至有可能起到恰恰相反的效果，进而影响系统的稳定性。

2　　电力系统低频振荡控制策略

2.1 增加一次系统的建设

在长距离输送和重负荷输电线路以及弱互联的电网中，为了更好抑制电网中低频振荡情况的发生，可以在改变网架结构方面考虑，尽可能避免较长距离和重负荷的输电方式，如果必须进行长距离和重负荷输送电能时，可以采用直流输电和增加联络线以及分布式电源等方法，同时也要合理考虑电厂和负荷的区域位置。

2.2 电力系统稳定器控制策略

设置PSS的作用是在当电力系统出现扰动时，为发电机转子转速正常的摇摆提供正阻尼值。使转子在一定频率范围内摇摆，完成从较低的0.2～1Hz到较高的1～2Hz之间的转换。这个转换是一个系统一组发电机组向互连的另一系统发电机机组的摇摆过程。PSS的目的就是通过增加转换过程中的阻尼，来提高系统之间的相互关系和提高输送电能的水平。一般情况在频率低于0.3Hz的低频振荡中，运用PSS抑制器克服振荡的作用不是很好，而且频率越低效果越差。这时还可以减少重负荷输电线路，使用串联补偿电容的方法，来达到减少送电区和受电区的电气距离，采用直流输电，使送电区和受电区不出现功率振荡，在远距离输送电能线路中应在中间距离设置静止无功补偿器（SVC），提高动态系统的性能。

2.3 静止无功补偿器SVC

在输电系统中经常用到的SVC有晶闸管控制的电抗器和晶闸管投切电容器等，SVC可以为系统进行快速调节提供无功电源,运用本身可变导纳输出来提供阻尼力矩，保证动态无功功率的快速调节,同时在出现事故时为电压提供支持，到达维持电压水平和平息系统振荡的作用。

2.4 其他系统抑制低频振荡

当前用来抑制系统低频振荡的方法除了前面讲到的电力系统稳定器（PSS）和静止无功补偿器(SVC)，还有很多比如：高压直流输电系统(HVDC)和灵活交直流输电系统(FACTS)等方法。这些方法在系统结构和负载特性以及运行方式等各个方面改进系统的阻尼特性，以便于提高系统稳定性的目的。

3　总结

随着电力系统中输电线路越来越趋向于极限，电力系统在运行时不仅要考虑安全性和可靠性，还要考虑经济效益,这无形增加了低频振荡抑制研究的难度。针对低频振荡的抑制目的，一次系统抑制能有效增加系统中的总阻尼值，但是由于需要对一次系统构架进行较大的改造，所以资金也比较大，这种策略适应在电网规划的时考虑的方向，二次系统抑制策略是通过优化原系统的配置，使各个系统中各模式的阻尼协调统一，从而达到阻尼的最大化，这类投资相对较少。所以在电力系统在抑制低频振荡和提高阻尼的目的上，还一定距离要走。

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万友（1987-），男，辽宁盖州人，本科，研究方向：发电厂运行。