论文部分内容阅读
【摘 要】随着电网规模的不断扩大，电力系统的动态稳定性问题越来越突出。本文对电力系统低频振荡的各种原因进行了探究，并提出了一系列有针对性的解决措施。
【关键词】电力系统；低频振荡；电力系统稳定器
一、研究电力系统低频振荡的必要性
电网互联会带来诸如电网错峰、水火电互补、功率紧急支援等一系列的经济效益，极大地提高了发电和输电的经济性和可靠性，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了一些新的问题，如大电网内部及与其它电网互联线路的潮流控制和稳足性控制等问题。随着互联电力系统规模日益增大，系统互联引发的区域低频振荡问题已成为威胁互联电网安全稳定运行、制约电网传输能力的重要因素之一，有必要全面认识电力系统低频振荡问题。
二、电力系统低频振荡的影响因素
（1）发电机的电磁惯性引起低频振荡。电力系统的励磁控制，就是通过控制励磁系统的励磁电压EF，从而改变励磁电流if来达到控制发电机运行状态的目的。调节励磁电流if实际上是调节气隙合成磁场，它可以使发电机机端电压为所需值，同时也影响了电磁转矩。因此，调节励磁电流可以控制机端电压和电磁转矩。使用励磁自动控制时，励磁系统便会产生一个励磁电压变量△EF。由于发电机励磁绕组具有电感，△EF在励磁绕组中产生的励磁电流变量将是一个比它滞后的励磁电流强迫分量△ife。这种励磁电流对励磁电压的滞后产生了一个滞后的控制，而滞后的控制在一定条件下将引起系统的振荡。（2）过于灵敏的励磁调节引起低频振荡。这些快速励磁系统可对系统运行的变化作出快速反应，从而对其进行灵敏快速的调节控制。从控制方面来看，过于灵敏的调节，会对较小的扰动作出过大的反应。目前实际的电力系统运行情况也证明，在系统中使用快速励磁系统之后，系统的低频振荡问题已日益突出。（3）缺乏互联系统机械模式的阻尼而引起低频振荡。F.P.DeMello于
1969年运用阻尼转矩的概念对单机无穷大系统产生低频振荡的原因进行了分析和解释。他认为，电力系统中产生低频振荡的根本原因是由于系统中产生了负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使系统的总阻尼很小或为负值。系统的阻尼很小时，如果受到扰动，系统中的功率振荡长久不能平息，就会造成减幅或等幅的低频振荡；而系统的阻尼为负值时，则将造成增幅的低频振荡。
三、解决电力系统低频振荡的措施
（1）电力系统稳定控制器PSS。PSS（Power System Stabiliz
-er）是目前世界上使用最广泛、最经济且技术较为成熟的抑制低频振荡的措施。基本原理是在自动电压调节AVR（Automa
-tion Voltage Regulation）的基础上，附以转速偏差Δω，功率偏差ΔPe，频率偏差Δf中的一种或几种信号作为附加控制，产生与Δω同轴的附加力矩，增加对低频振荡的阻尼，以增强电力系统的动态稳定性。在多机系统中应用PSS需要解决的问题主要有两个：PSS安装地点的选择、PSS参数的协调整定，这也是今后有待进一步研究的一个课题。（2）采用FACTS元件抑制低频振荡。FACTS元件在维持系统中某点电压水平、提高电力系统暂态稳定性和抑制系统功率振荡等方面已经取得广泛应用。传统的FACTS控制方式是以维持系统某节点的电压等为目标，但许多研究结果表明，较强的电压控制将降低FACTS向系统提供阻尼的能力，因此FACTS的控制目标不仅应包括维持系统某点电压给定值，还应保证向系统提供正阻尼，只有这样才能确保它们提高系统的暂态稳定性。在现代大型互联电网中，如何对众多的FACTS元件进行协调控制，以使整体性能达到最优，是一个亟待解决的问题。针对这一问题提出了采用非线性最优变目标策略来协调所有控制器。目前，这类问题的研究还仅局限在简化的较小系统模型中进行。（3）电力系统智能稳定控制器。由于人工智能技术的迅速发展，促成了人工智能稳定器的出现。ANN（A rtificial Neural Network）具有快速的并行处理能力。ANN具有非线性特性，再次能够通过样本训练，具有自适应能力。基于模糊技术的PSS能够较好地适应电力系统的非线性特性，具有较强的鲁棒性、较好的控制效果，但也存在一些明显的不足。鉴于模糊PSS具有上述致命的弱点，科研人员考虑将模糊技术和神经网络技术结合起来，从而将一种全新的模糊神经网络技术应用于PSS的设计之中。这一技术是借助于模糊技术无须依赖精确的系统模型的特点和神经网络技术的自学习、自推理等的特性，从而得到一种既不依赖于系统精确的数学模型又具有良好的自适应、自学习特性的控制性能良好的PSS。
参 考 文 献
[1]王铁强．电力系统低频振荡共振机理的研究[D]．华北电力大学博士学位论文．2001
[2]王梅义，吴竞昌，蒙定中．大电网系统技术[M]．北京：中国电力出版社，2007
[3]汤涌．电力系统强迫功率振荡分析[J]．电网技术．2008
【关键词】电力系统；低频振荡；电力系统稳定器
一、研究电力系统低频振荡的必要性
电网互联会带来诸如电网错峰、水火电互补、功率紧急支援等一系列的经济效益，极大地提高了发电和输电的经济性和可靠性，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了一些新的问题，如大电网内部及与其它电网互联线路的潮流控制和稳足性控制等问题。随着互联电力系统规模日益增大，系统互联引发的区域低频振荡问题已成为威胁互联电网安全稳定运行、制约电网传输能力的重要因素之一，有必要全面认识电力系统低频振荡问题。
二、电力系统低频振荡的影响因素
（1）发电机的电磁惯性引起低频振荡。电力系统的励磁控制，就是通过控制励磁系统的励磁电压EF，从而改变励磁电流if来达到控制发电机运行状态的目的。调节励磁电流if实际上是调节气隙合成磁场，它可以使发电机机端电压为所需值，同时也影响了电磁转矩。因此，调节励磁电流可以控制机端电压和电磁转矩。使用励磁自动控制时，励磁系统便会产生一个励磁电压变量△EF。由于发电机励磁绕组具有电感，△EF在励磁绕组中产生的励磁电流变量将是一个比它滞后的励磁电流强迫分量△ife。这种励磁电流对励磁电压的滞后产生了一个滞后的控制，而滞后的控制在一定条件下将引起系统的振荡。（2）过于灵敏的励磁调节引起低频振荡。这些快速励磁系统可对系统运行的变化作出快速反应，从而对其进行灵敏快速的调节控制。从控制方面来看，过于灵敏的调节，会对较小的扰动作出过大的反应。目前实际的电力系统运行情况也证明，在系统中使用快速励磁系统之后，系统的低频振荡问题已日益突出。（3）缺乏互联系统机械模式的阻尼而引起低频振荡。F.P.DeMello于
1969年运用阻尼转矩的概念对单机无穷大系统产生低频振荡的原因进行了分析和解释。他认为，电力系统中产生低频振荡的根本原因是由于系统中产生了负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使系统的总阻尼很小或为负值。系统的阻尼很小时，如果受到扰动，系统中的功率振荡长久不能平息，就会造成减幅或等幅的低频振荡；而系统的阻尼为负值时，则将造成增幅的低频振荡。
三、解决电力系统低频振荡的措施
（1）电力系统稳定控制器PSS。PSS（Power System Stabiliz
-er）是目前世界上使用最广泛、最经济且技术较为成熟的抑制低频振荡的措施。基本原理是在自动电压调节AVR（Automa
-tion Voltage Regulation）的基础上，附以转速偏差Δω，功率偏差ΔPe，频率偏差Δf中的一种或几种信号作为附加控制，产生与Δω同轴的附加力矩，增加对低频振荡的阻尼，以增强电力系统的动态稳定性。在多机系统中应用PSS需要解决的问题主要有两个：PSS安装地点的选择、PSS参数的协调整定，这也是今后有待进一步研究的一个课题。（2）采用FACTS元件抑制低频振荡。FACTS元件在维持系统中某点电压水平、提高电力系统暂态稳定性和抑制系统功率振荡等方面已经取得广泛应用。传统的FACTS控制方式是以维持系统某节点的电压等为目标，但许多研究结果表明，较强的电压控制将降低FACTS向系统提供阻尼的能力，因此FACTS的控制目标不仅应包括维持系统某点电压给定值，还应保证向系统提供正阻尼，只有这样才能确保它们提高系统的暂态稳定性。在现代大型互联电网中，如何对众多的FACTS元件进行协调控制，以使整体性能达到最优，是一个亟待解决的问题。针对这一问题提出了采用非线性最优变目标策略来协调所有控制器。目前，这类问题的研究还仅局限在简化的较小系统模型中进行。（3）电力系统智能稳定控制器。由于人工智能技术的迅速发展，促成了人工智能稳定器的出现。ANN（A rtificial Neural Network）具有快速的并行处理能力。ANN具有非线性特性，再次能够通过样本训练，具有自适应能力。基于模糊技术的PSS能够较好地适应电力系统的非线性特性，具有较强的鲁棒性、较好的控制效果，但也存在一些明显的不足。鉴于模糊PSS具有上述致命的弱点，科研人员考虑将模糊技术和神经网络技术结合起来，从而将一种全新的模糊神经网络技术应用于PSS的设计之中。这一技术是借助于模糊技术无须依赖精确的系统模型的特点和神经网络技术的自学习、自推理等的特性，从而得到一种既不依赖于系统精确的数学模型又具有良好的自适应、自学习特性的控制性能良好的PSS。
参 考 文 献
[1]王铁强．电力系统低频振荡共振机理的研究[D]．华北电力大学博士学位论文．2001
[2]王梅义，吴竞昌，蒙定中．大电网系统技术[M]．北京：中国电力出版社，2007
[3]汤涌．电力系统强迫功率振荡分析[J]．电网技术．2008