水轮发电机组及调速系统对电力系统的影响

施兆荣

摘要：为分析水轮发电机组对电力系统稳定性的影响，本文利用MATLAB对不同设计参数的水轮发电机组进行了仿真。通过对比结果，论证了水轮机发电机组的水轮机、发电机、调速系统及负荷对电力系统稳定性的影响。

关键词：电力系统;稳定性;水轮发电机;调速系统

一、背景

传统上电力系统中的低频振荡主要被认为与水轮发电机组的水轮机、发电机和负荷有关[1]。然而，实际上水轮机调速系统对低频振荡的影响也是极其重要的。因此，当研究电力系统的稳定性时，调速系统的动作情况不容忽视。

本文主要将研究水力发电系统对电力系统稳定性的影响。通过对比不同设计参数的水轮发电机组及调速系统，从而发现水轮机对电力系统稳定性的影响。

二、数据分析

本文主要通过参数取值的改变来分析水力发电系统。不同的参数可以得到不同水力发电系统模型的波特图。根据波特图的数据结果来分析水轮机调速系统对电力系统的影响。

1     调速器永态转差率的影响

参数取值为：H=5sec，TG=0.2sec，D=1 ，TW=2.0sec，RT=0.43，TR=9.0sec。改变永态转差率（Rp）取值为0.03、0.05、0.06sec。得到如下数据。

幅值裕度和相位裕度隨值的增加而增大。这表明了系统的稳定性随值的增加而增加，从而说明了水轮机调速系统的暂态结构对水力发电系统的稳定性有影响。

2     水轮机调速系统的稳态结构的影响

参数都取值为H=5sec，TG=0.2sec，RP=0.05，TW=2.0sec，D=1.0，RT=0.43，TR=9.0sec，得到如下数据。

通过幅值裕度、相位裕度和闭环的稳定性都可以看出有暂态结构的水力发电系统是稳定的，无暂态结构的水力发电系统是不稳定的。这一结论证明了水轮机调速系统对系统稳定性的影响攸关重要，会导致整个系统不稳定，可能引起系统振荡。

四、结论

本文的目的是分析水力发电系统对电力系统的影响，主要研究的对象是水力发电系统的线性模型。利用这个模型，通过Matlab仿真进行数据分析，论证了水轮机对水力发电系统的稳定性都有一定的影响。

在这篇论文中，主要的结论是通过调整水轮机的参数可以改变水力发电系统的稳定性。如果调速系统中没有暂态结构会导致系统不稳定。所以，在研究电力系统稳定性时一定要考虑调速系统的影响。

另外，本论文只研究了孤网运行的水力发电系统，复杂的发电系统的稳定性在本文没有被讨论。因此，在未来的研究中，可借鉴参考此论点来研究非线性的水力发电系统，并且研究如何通过采取措施提高系统的稳定性，减少和消除水轮机、调速器、发电机及负荷对系统的负面影响。在水电厂并网运行实践中也应予以充分的考虑，更好地来满足和提高电力系统安全稳定运行。

参考文献：

[1]   Huimin Gao，Chao Wang，Effect of Detailed Hydro Turbine Models on Power System Analysis[J]，Power Systems Conference and Exposition，PSCE'06.2006IEEE PES，pp.1577– 1581，Oct.292006-Nov.1 2006.

[2]   Dwivedi A.K.Raja，Amit Prakash Srivastava，Power Plant Engineering[J]，New Delhi：New Age International，pp.355，2006.

[3]   P.M.Anderson，A.A.Fouad，Power System Control and Stability-Sec-ond Edition[R]，A John Wiley&Sons，Inc，Publication，2003