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摘 要：对富含小水电群的地区电网进行小干扰稳定性分析，由于小水电数目众多，容量不等，故采用简单有效的加权法进行小水电等值，采用多机电力系统的特征值分析方法，应用电力系统计算分析综合程序对研究地区电网小干扰稳定进行了分析研究，给出了电网可能存在的弱阻尼的振荡模式，并为下一步整定电力系统稳定器参数提出指导性建议。
关键词：小水电；加权等值；振荡模式；小干扰稳定
1 引言
电力系统中发电机经输电线路并联运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡，即通常说的电力系统低频振荡。此时，输电线上功率也发生相应振荡，其振荡频率很低，一般在0.2～2.5 Hz间。低频振荡常出现在长距离、重负荷输电线上，地区电网在长期的发展建设过程中，也曾发生过局部区域的低频振荡问题，随着电网网架结构的不断加强，一些振荡问题已逐步消除。但是，由于现代快速、高增益倍数励磁系统的广泛应用，其对系统的负阻尼效应使得电网的低频振荡问题又逐渐显露出来[1]。
2小水电群的等值建模
在研究一个水电丰富的地区电网时，由于网络结构复杂，电网电压等级跨度大，节点数众多，若要对所有的网络节点和元件进行详细仿真，其计算量会非常大，因此我们在对主网进行仿真时往往需要将低电压等级的网络和元件进行等效。而分布式小水电通常是通过110kV或220kV及以下的网络上网的，为了深入研究低压配电网中广泛接入的分布式电源对电网的影响，有必要在对这些分布式小水电的并网运行外特性进行分析的基础上，构建能满足适合主网仿真需要的等值模型[2]。
本论文所研究的小水电群所处的网络大部分是辐射状网络，电气距离较小，故可将经同一变电站上网的小水电机组近似划分为一个同调机群。国内现有的动态等值程序中同调发电机的动态聚合主要采用了频域聚合的算法，这种方法假设发电机及其控制系统的传递函数可分为若干环节分别聚合，且线性部分和非线性部分可分别聚合，但由于同调发电机聚合较复杂，因此对于大系统，等值时间较长。针对这一情况，本文提出了基于加权法的发电机详细模型参数的聚合方法[3]。该方法将同调发电机群等值为一个发电机单元模型。在扰动期间，该发电单元与原相关群有相同的速度、电压、总机械功率和总电功率。加权法的等值过程主要是通过发电机及调节系统、发电机电磁回路、发电机励磁系统、原动机及调速器系统环节来完成的。
设通过相关识别得知某个相关机群 G = {1，，j，，N}，其中包括 N 台相关发电机。鉴于合成的等值机的容量为各台电机的容量（MVA）之和[4]，即
（1-1）
（1-2）
G表示待聚合的发电机集群集合， 表示第j台机组的容量， 表示第j台机组的参数， 表示待聚合机组的参数。对于发电机及调节系统、发电机电磁回路、发电机励磁系统、原动机及调速器系统的参数采用上式进行参数聚合。
3 小水电群的小干扰稳定性分析
采用加权等值法对研究地区的小水电进行等值后，在两条不同的线路设置三相短路故障，命名为故障A和故障B。且故障A和故障B均为在1秒时线路的首端发生三相短路，在1.1秒时切除此故障线路。得到发电机组G1的功角图（以发电机组G2为参考机组）。
由以上两个图可知：发生三相短路故障A时，等值前后系统的功角曲线几乎重合，发生三相短路故障B时，等值前后系统的功角曲线同样几乎重合。这说明加权聚合法的等值效果达到预期良好效果。
4计算结果分析
对小水电等值模型进行小干扰稳定性分析，可得到如下结果：（衰减阻尼比小于3%为弱阻尼。研究地区可分夏季和冬季两种方式进行计算，根据全年负荷监测及负荷预计的情况，又可以将运行方式分为大负荷运行和小负荷运行，故整体上运行方式可以分为夏大、夏小、冬大、冬小运行方式。）
5结论
研究地区电网的网架结构较为坚固，经计算可以得出，区域电网之间不存在弱阻尼低频振荡模式，只有在地区电网内部的个别机组之间存在弱阻尼低频振荡模式。研究地区电网内部存在弱阻尼低频振荡模式的主要原因是由机组的励磁系统引起的，且没有加装PSS。建议10 M W及以上的机组加装 PSS，并实测参数投入运行。同时，开展励磁参数的实际测试，完善励磁模型参数。根据小干扰稳定性分析结果中提供的振荡模式和相应机组的特征向量，可有针对性地整定发电机组电力系统穩定器的参数，可以有效抑制低频振荡的发生[5]。
参考文献
[1] 王梅义，吴竞昌等.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社，2001，1.
[2] 樊爱军，雷宪章，刘红超等.研究大规模互联电网区域间振荡的特征值分析方法[J].电网技术，2005.
[3] 李晓辉，罗敏，刘丽霞等.动态等值新方法及其在天津电网中的应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（3）：61-66.
[4] 倪以信，陈寿孙等.动态电力系统的理论和分析[M].北京：清华大学出版社，2002，5.
[5] 赵书强.电力系统振荡模式分析与控制的分群等值方法研究[D].保定：华北电力大学，1999.
关键词：小水电；加权等值；振荡模式；小干扰稳定
1 引言
电力系统中发电机经输电线路并联运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡，即通常说的电力系统低频振荡。此时，输电线上功率也发生相应振荡，其振荡频率很低，一般在0.2～2.5 Hz间。低频振荡常出现在长距离、重负荷输电线上，地区电网在长期的发展建设过程中，也曾发生过局部区域的低频振荡问题，随着电网网架结构的不断加强，一些振荡问题已逐步消除。但是，由于现代快速、高增益倍数励磁系统的广泛应用，其对系统的负阻尼效应使得电网的低频振荡问题又逐渐显露出来[1]。
2小水电群的等值建模
在研究一个水电丰富的地区电网时，由于网络结构复杂，电网电压等级跨度大，节点数众多，若要对所有的网络节点和元件进行详细仿真，其计算量会非常大，因此我们在对主网进行仿真时往往需要将低电压等级的网络和元件进行等效。而分布式小水电通常是通过110kV或220kV及以下的网络上网的，为了深入研究低压配电网中广泛接入的分布式电源对电网的影响，有必要在对这些分布式小水电的并网运行外特性进行分析的基础上，构建能满足适合主网仿真需要的等值模型[2]。
本论文所研究的小水电群所处的网络大部分是辐射状网络，电气距离较小，故可将经同一变电站上网的小水电机组近似划分为一个同调机群。国内现有的动态等值程序中同调发电机的动态聚合主要采用了频域聚合的算法，这种方法假设发电机及其控制系统的传递函数可分为若干环节分别聚合，且线性部分和非线性部分可分别聚合，但由于同调发电机聚合较复杂，因此对于大系统，等值时间较长。针对这一情况，本文提出了基于加权法的发电机详细模型参数的聚合方法[3]。该方法将同调发电机群等值为一个发电机单元模型。在扰动期间，该发电单元与原相关群有相同的速度、电压、总机械功率和总电功率。加权法的等值过程主要是通过发电机及调节系统、发电机电磁回路、发电机励磁系统、原动机及调速器系统环节来完成的。
设通过相关识别得知某个相关机群 G = {1，，j，，N}，其中包括 N 台相关发电机。鉴于合成的等值机的容量为各台电机的容量（MVA）之和[4]，即
（1-1）
（1-2）
G表示待聚合的发电机集群集合， 表示第j台机组的容量， 表示第j台机组的参数， 表示待聚合机组的参数。对于发电机及调节系统、发电机电磁回路、发电机励磁系统、原动机及调速器系统的参数采用上式进行参数聚合。
3 小水电群的小干扰稳定性分析
采用加权等值法对研究地区的小水电进行等值后，在两条不同的线路设置三相短路故障，命名为故障A和故障B。且故障A和故障B均为在1秒时线路的首端发生三相短路，在1.1秒时切除此故障线路。得到发电机组G1的功角图（以发电机组G2为参考机组）。
由以上两个图可知：发生三相短路故障A时，等值前后系统的功角曲线几乎重合，发生三相短路故障B时，等值前后系统的功角曲线同样几乎重合。这说明加权聚合法的等值效果达到预期良好效果。
4计算结果分析
对小水电等值模型进行小干扰稳定性分析，可得到如下结果：（衰减阻尼比小于3%为弱阻尼。研究地区可分夏季和冬季两种方式进行计算，根据全年负荷监测及负荷预计的情况，又可以将运行方式分为大负荷运行和小负荷运行，故整体上运行方式可以分为夏大、夏小、冬大、冬小运行方式。）
5结论
研究地区电网的网架结构较为坚固，经计算可以得出，区域电网之间不存在弱阻尼低频振荡模式，只有在地区电网内部的个别机组之间存在弱阻尼低频振荡模式。研究地区电网内部存在弱阻尼低频振荡模式的主要原因是由机组的励磁系统引起的，且没有加装PSS。建议10 M W及以上的机组加装 PSS，并实测参数投入运行。同时，开展励磁参数的实际测试，完善励磁模型参数。根据小干扰稳定性分析结果中提供的振荡模式和相应机组的特征向量，可有针对性地整定发电机组电力系统穩定器的参数，可以有效抑制低频振荡的发生[5]。
参考文献
[1] 王梅义，吴竞昌等.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社，2001，1.
[2] 樊爱军，雷宪章，刘红超等.研究大规模互联电网区域间振荡的特征值分析方法[J].电网技术，2005.
[3] 李晓辉，罗敏，刘丽霞等.动态等值新方法及其在天津电网中的应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（3）：61-66.
[4] 倪以信，陈寿孙等.动态电力系统的理论和分析[M].北京：清华大学出版社，2002，5.
[5] 赵书强.电力系统振荡模式分析与控制的分群等值方法研究[D].保定：华北电力大学，1999.