水电高占比电网中超低频振荡分析及抑制

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在电力系统运行中,保证系统稳定至关重要。而近年来,水电高占比电网中多次出现超低频振荡事件,严重影响区域电网稳定运行。目前研究表明,超低频振荡与水电机组的一次调频参数密切相关。因此,本文从一次调频参数的角度,对水电高占比电网中超低频振荡产生机理、影响因素及抑制措施进行研究,主要研究内容如下:(1)整理并分析了陕西电网和云南电网水电机组的调节系统参数和一次调频PID参数;分析并搭建了水电机组调节系统和火电机组调节系统的数学模型;由于系统发生超低频振荡时,机组转速之间无相对振荡且发电机之间的功角无相对摆动,假设机组并列运行为刚性联结,搭建了多台机组并列运行的数学模型。(2)基于多机并列运行系统模型复现了超低频振荡现象,从水轮机调节系统的稳定性和机组一次调频性能分析了振荡机理,研究了调节系统PID参数对超低频振荡的影响,并运用实际机组数据对多个单机系统的一次调频性能和稳定性进行研究,结果表明:按照一次调频考核指标整定的调速器PID参数忽略了单机系统稳定性,是引起超低频振荡的主要原因,分析认为考核指标和系统稳定之间存在不兼容性,且普遍存在。通过理论推理和仿真试验得出了部分机组不参与一次调频可抑制超低频振荡,提出了根据稳定储备需求量排序情况而制定的多机系统退出策略,并通过实际机组数据仿真证明了该策略的合理性。(3)本文计算了现行速动性指标和积分电量考核对调速器PID参数的要求,并分析了其与系统稳定域的关系,得出了调速器PID参数同时影响着机组一次调频指标和系统稳定性,论证了一次调频考核与调节系统稳定性的矛盾性,提出了将在系统稳定前提下机组达到的最大目标负荷量作为考核依据。接着通过实际电网数据仿真和研究水电机组占比对调节系统稳定域的影响,得到了水电占比是超低频振荡的重要影响因素和现行一次调频考核标准在水电高占比电网中不适应性的结论。(4)通过对比不同水电占比和不同PID参数整定方法之间的关系,得出了水电占比低的区域可按照一次调频考核指标设置PID参数,水电高占比区域应按照系统稳定设置PID参数。本文提出了在保证调节系统稳定和动态品质前提下提高速动性的PID参数整定策略,在多种单机运行工况下验证了该整定策略的合理性。最后利用此策略对所搭建多机运行系统模型的水轮机调节系统PID参数进行优化和对比验证,仿真结果表明本文所提出的参数整定方法能有效抑制系统中超低频振荡现象。
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