关于大区电网互联对电力系统动态稳定性的影响分析

何俊佩

摘 要：大区电网互联会对电力系统的动态稳定性产生影响，即互联过程中会产生低频振荡影响。为了确保电力系统的正常稳定运行，我们必须将低频振荡影响降到最低。本文正是基于这一出发点，对大区电网互联给电力系统动态稳定性造成的影响进行了一些有意义的分析，希望对业内同仁可以起到参考和借鉴作用。

关键词：大区电网互联；电力系统；动态稳定性

1引言

改革开放我以来，我国的电力事业也进步迅速，当前的电网规模逐渐扩大，电网的技术先进性更是在不断提升。在这种发展趋势下，传统的的以省级电网互联为基础的电力系统模式已经变地不再适用，转变成了大区电网互联的新模式，这适应了我国电网建设发展的特点，使得整个电力系统的运行效率都获得了显著提升，但同时也带来了一些问题，比如大区电网互联会带来低频振荡模式，进而对整个电力系统的动态稳定性造成影响。为了确保电力系统的正常稳定运行，我们必须对这种影响产生的原因和影响程度进行详细地分析，并采取措施将影响降到最低，从而为系统的正常运行提供充分保障。本文正是基于这一出发点，对大区电网互联给电力系统动态稳定性造成的影响进行了一些有意义的分析，希望对业内同仁可以起到参考和借鉴作用。

2原因分析

自上世纪60年代，北美的电力系统发生了低频振荡后，美国的一些学者对这一现象及其产生原因进行了分析。其中比较有代表性是F.P.de Mello和C.Concordia采用考虑发电机暂态电势变化的Phillips-Heffrom模型得到的结论，该结论系统地阐述了低频振荡的产生原因为：现代发电机一般都配备有自动电压调机器，而该调节器在工作中会产生一种电磁力矩，并进一步可以被分解为阻尼力矩分量和同步力矩分量。在发电机运行过程中，正阻尼力矩分量与转速变化的方向相同，负阻尼力矩分量与转速的变化方向相反，正同步力矩分量与发电机组功角变化的方向相同，负同步力矩分量与功角变化的方向相反。当电力系统的运行模式在一些特定情况下时，比如大区电网互联的状态下，因为传输距离远等因素的影响，会形成负阻尼力矩分量，一旦这个分量超过了原先固有的正阻尼分量，那么就产生低频振荡问题。F.P.de Mello和C.Concordia的研究有效地揭示了低频振荡问题的产生原有及其物理本质，即电压调节器的负阻尼作用是导致电力系统动态稳定性降低的根本原因。

3影响分析

3.1振荡模式判断

现实中，当大区电网进行互联时，对电力系统产生的振荡影响主要有地区性振荡和区域振荡这两种模式。前者的频率在0.5～2Hz；而后者的模式主要体现在一个被互联大区内的发电机组群相较于另一个大区内的发电机组群会产生振荡影响，其频率维持在0.1～1Hz的范围内。通过上文分析不难看出，我们在对因大区电网互联而造成的振荡影响分析时，需要先对是属于哪种振荡模式进行识别，而识别和判断的结论将直接影响着振荡稳定性的因素阻尼比。如果针对一个振荡模式进行分析计算，得到其阻尼比比0大的结论时，则可以在一定程度上上表明该电力系统目前处于相对稳定的状态下，振荡模式对系统运行的稳定性影响较小，甚至可以忽略不计。反之，若通过对某种振荡模式的分析计算，得到阻尼比小于0的结果时，说明当前电力系统受到的振荡影响比较明显，系统呈现出不稳定的状态。当然还有一种情况，即阻尼比恰好为0时，此时属于临界情况，系统受到振荡模式的影响在稳定和不稳定之间。通过上述的分析计算，如果得到的阻尼比为正且无限接近于0时，则可以认为当前的电力系统存在着不稳定的因素，需要进行认真的对待分析。

3.2机电振荡分析

随着电力系统的发展，原有的省级电网互联转变为了大区电网互联的模式，如图1所示。在这种模式下，互联大区组成的电力系统中，总的发电机组数就会等于原本各自区域的发电机组数之和，使得机电振荡模式的数量也会明显增多。因为在互联前的原始系统中，各个区域的机电振荡种类等于所在区域内的发电机组数-1，而大区互联电力系统中的机电振荡种类等于所有区域内的发电机组数之和-1，即大区互联后会产生更多的机电振荡。相较于传统单一化的电力系统来说，互联后的振荡形式更加复杂，振动种类更是显著增多，而这也就使得对整个系统稳定性的影响也会相对更大。

3.3振荡的阻尼影响分析

根据相关资料进行分析后可以发现，东北、华北联网之前总共有8个阻尼比小于0.02的振荡模式，并且其中3个经计算为负阻尼振荡模式；而在联网之后，互联电力系统中阻尼比小于0.02的振荡模式就增大为10个，其中有4个经计算为负阻尼振荡模式。通过对东北、华北电力系统联网前后的对比分析不难发现，大区电网互联会对系统的振荡阻尼产生直接影响，即会影响到系统稳定性。

4改善对策探讨

1.PSS的配置

上文已经叙述，大区电网互联往往会对电力系统造成两种振荡模式的影响，那么我们要提升互联电力系统的动态稳定性，就必须从这两种振荡模式入手，采取切实有效的稳定性改善对策。在实际工作中，与地区振荡和区域振荡这两种模式的稳定性技术相关的是电力系统稳定器（Power System Stabilization， PSS），将PPS应用到大区互联环节中，可以有效地对振荡影响进行消减。PSS作为一种特殊设备，其最大的功能就是可以在系统运行中产生一种正阻尼转矩，利用该转矩去对电压调节器产生的负阻尼转矩进行中和，就能实现对低频振荡影响的抑制作用，进而显著提升互联电力系统的动态稳定性。在实际工作中，我们在面对因大区电网互联而给电力系统造成的低频振荡影响时，应该充分借鉴使用PSS的技术特点和优势，综合采取能够切实提升稳定性的合理措施。

2.基于可控串补的方式

除了配置PSS外，还可以通过在输电线路上增加可控串补的方式来抑制因电网互联后可能产生的低频振荡影响。

5结束语

通过上文分析可知，大区电网互联过程中会产生低频振荡影响，而这种低频振荡影響是由互联过程中产生的负阻尼作用决定的，所以对大区互联产生的影响分析应集中在对负阻尼作用的影响分析上，然后在此基础上提出有针对性的改善措施，比如配置PSS、增加可控串补等等。

参考文献：

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