电力系统低频振荡机理分析及控制措施研究

电力系统低频振荡机理分析及控制措施研究

邢珂争

(国家电网公司直流建设分公司北京市西城区100052)

摘要：大区电网互联是电力系统发展的趋势，但是带来了低频振荡等问题。本文通过理论及仿真分析手段，阐述了电力系统低频振荡产生的负阻尼机理，并提出了一种利用静止同步补偿器（STATCOM）抑制系统低频功率振荡的方法，仿真结果表明该方法能有效抑制系统低频振荡。

关键词：低频振荡,负阻尼,静止同步补偿器

Abstract：Theinterconnectionoflargeareapowergridisthetrendofthedevelopmentofpowersystem,butitbringsnewproblems,suchaslowfrequencyoscillation.Throughtheoreticalanalysisandsimulationanalysis,thispaperexpoundsthenegativedampingmechanismofpowersystemlowfrequencyoscillation,andproposesamethodtosuppresslow-frequencypoweroscillationbyusingstaticsynchronouscompensator.Thesimulationresultsshowthatthismethodcaneffectivelysuppressthelowfrequencyoscillationofthesystem.

Keywords：lowfrequencyoscillation,negativedampingmechanism,STATCOM

0引言

随着我国电力系统规模的不断扩大，尤其是远距离、大容量、特高压输电的发展，电力系统的全国联网是我国电力工业发展的必然趋势和客观要求。但是，由于我国地域辽阔，各个地区能源分布和电力需求不平衡，能源中心多分布在北方、西南地区，负荷中心多分布在中东部经济发达地区，使得远距离、大容量输电成为必然，这种远距离、大容量的输电，往往会在负荷高峰期使系统阻尼不足，常会使联络线发生自发的低频功率振荡，这会严重威胁系统的稳定运行。

我国最早记录的电力系统低频振荡发生于1984年的广东和香港联合系统中[1]，之后在东北、华北、华中、华南、西南等系统中均发生过[2、3]，随着电网规模的不断扩大，由系统互连所引发的区域间低频振荡已经严重威胁到互联电网的安全稳定运行，制约了电网的传输能力，因此有必要对电力系统低频振荡作一个全面的研究。

1低频振荡机理分析

低频振荡是指电力系统由于受到扰动的影像，使得发电机转子间发生相对摇摆，从而导致输电线路上的功率发生的振荡，这种形式的振荡频率很低，通常在0.2～2.5Hz之间[4]。

1.1理论分析

以单机无穷大系统为例，对低频振荡机理进行理论分析。

对于单机无穷大系统，发电机采用经典二阶模型，假设暂态电势E和机械功率Pm保持恒定，D是定常阻尼系数，主要考虑D、Q绕组的阻尼作用及转子机械阻尼作用。

得到单机无穷大系统方程组如下：

可以看出，当系统参数不合理时，可能会使系统阻尼很低或为负，此时系统若发生扰动，在负阻尼的影响下，可能会导致振荡加剧甚至会使系统发生爬步失稳。

2低频振荡抑制措施研究

FACTS装置由于安装地点灵活，动态性能好，这给抑制电力系统低频振荡提供了很好的解决方法[5]。静止同步补偿器（STATCOM）是FACTS装置的一种，它通过提高电压支持来提高长距离输电线路的稳定性，在电力系统中已经得到了越来越广的应用。

STATCOM的基本工作原理是把自换相的桥式变流电路经由电抗器或直接并联到电力系统中，通过调节桥式变流电路交流输出侧的电压幅值和相位，也可以直接控制交流侧的输出电流，这样就可以使电路吸收或发出的无功电流或电压满足要求，从而实现无功功率的动态补偿。

可以看出，在经过3个振荡过程后，电机转速的波动波动稳定在发电机额定转速的0.5%以内，并保持明显的衰减趋势；线路电压也能够较好地保持在设定参考的附近，并趋于稳定。

仿真分析表明，STATCOM能够有效抑制电力系统产生的低频振荡，并且能够很好地保持系统接入点处电压的稳定性，这极大地提高了系统的稳定运行特性。

3结论

本文对电力系统低频功率振荡的机理进行了理论及仿真分析，并且就STATCOM抑制电力系统低频振荡的应用设计了控制策略，就其控制效果进行了仿真分析，结果表明，STATCOM能够有效抑制电力系统低频振荡，大大地提高了系统的稳定性。

参考文献：

[1]李庚银，邵俊松，周明.电力系统低频振荡及振荡解列策略研究综述[C].全国高等学校的电力系统及其自动化专业第十六届学术年会论文集，吉林省吉林市，2000.

[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，1995

[3]张晓明，庞晓燕，陈苑文，刘增煌，田芳.四川电网低频振荡及控制措施【J].中国电力，2000，33(6):35一39.

[4]JannesTorl.Learningtolivewithpowersystemoscillation[C].lEEColloquiumonPowerSystemDynamicsStabilization，1998.

[5]王海风，李乃湖，陈晰.近似模态控制分析法及其在选择灵活交流输电稳定器安装地点与反馈信号中的应用[J].中国电机工程学报，1999,19(6):60-64.