【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 即 的功率振蕩 , 研究證明該振蕩可以用火電機(jī)組調(diào)速器特殊控制加以消除 . 此后， WSCC 在 92 年 12 月 8日， 93年 3 月 14 日及 95年 7 月 11 日 , 96 年 7月 2日，96 年 8 月 10 日先后發(fā)生了五次低頻振蕩。其中 96 年 8 月 1O 日最為典型亦最為嚴(yán)重 , 現(xiàn)將當(dāng)時(shí)的過程簡(jiǎn)述如下： 當(dāng)天 WSCC 處于水電大發(fā) , 向南輸送很重的負(fù)荷 . 由于一條 500Kv聯(lián)絡(luò)線故障斷開 , 潮流轉(zhuǎn)移使得局部地區(qū)電壓偏低 , 此時(shí)一個(gè)水電廠 13 臺(tái)機(jī)組由于勵(lì)磁誤動(dòng)而相繼斷開 , 系統(tǒng)出現(xiàn)了 左右的增幅低頻振蕩 , 使系統(tǒng)失去穩(wěn)定 , 解列成數(shù)個(gè)小系統(tǒng)。 為了抑制低頻振蕩，研制了以發(fā)電機(jī)功率、發(fā)電機(jī)組的軸速度、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓頻率為信號(hào)的附加勵(lì)磁控制裝置，他們稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，即 PSS，并在系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。美國第一臺(tái)抑制低頻振蕩用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (PSS)與 1966 年投入工業(yè)試驗(yàn)。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有物理 概念清楚、參數(shù)易于選擇、電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，已為各國電力系統(tǒng)普遍接受和采用。 我國從上世紀(jì) 80年代初開始，在多個(gè)省級(jí)電力系統(tǒng)和互聯(lián)電力系統(tǒng)中發(fā)生過低頻振蕩。 1983 年，湖南電力系統(tǒng)的鳳常線、湖北電力系統(tǒng)的葛鳳線； 1984 年廣東 —— 香港互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線； 1994 年南方互聯(lián)系統(tǒng)的天廣線； 1998 年川渝電網(wǎng)的二灘電力送出系統(tǒng)； 2020年 2月 23 日、 3 月 6 日和 3 月 7日的上午 7時(shí)至 8 時(shí)間，在南方電網(wǎng)的云南至天生橋（羅馬線）、天生橋至廣東、廣東至香港的聯(lián)絡(luò)線上；都曾出現(xiàn)個(gè)低頻振蕩。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩都是勵(lì) 磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的。只要在相應(yīng)的機(jī)組上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就可以制止這種低頻振蕩的發(fā)生 。 在過去的幾年里，我國的電力系統(tǒng)經(jīng)歷了由?。▍^(qū)）間聯(lián)網(wǎng)到大區(qū)電網(wǎng)間互聯(lián)的飛速發(fā)展。 2020 年，實(shí)現(xiàn)了東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)的互聯(lián)， 2020 年實(shí)現(xiàn)了川渝電網(wǎng)和和華中電網(wǎng)的互聯(lián)，華中電網(wǎng)和華北電網(wǎng)即將在 2020 年實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。華中和華北聯(lián)網(wǎng)，將形成從四川二灘電站到東北伊敏電站，綿延數(shù)千公里，包括川渝、華中、華北、東北 4 個(gè)大區(qū)的巨大電網(wǎng)。南方互聯(lián)電網(wǎng)（包括粵、黔、滇三省和廣西、香港兩區(qū)）也綿延兩千公里左右。 聯(lián)網(wǎng)工程的研究表明， 隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大和送電功率的增加，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題（低頻振蕩問題）已成為影響互聯(lián)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最重要的因素之一。研究同時(shí)表明，在互聯(lián)電力系統(tǒng)中一般都存在兩種振蕩模式，即地區(qū)性振蕩模式（ local model，頻率一般在 ～ ）和區(qū)域間振蕩模式（ interarea model或 tieline model，頻率一般在 ～）。研究還表明，解決屬于地區(qū)性振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，可以通 17 過在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)電廠配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來完成；要解決屬于區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù) 阻尼低頻振蕩問題，僅靠在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)發(fā)電廠配置 PSS 是不夠的，需要在一大批與該振蕩模相關(guān)的發(fā)電機(jī)上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ PSS），才能有效地解決區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，保證聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 在我國，從 20 世紀(jì) 70 年代末開始，對(duì) PSS 進(jìn)行了理論的和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)研究。 1982年，我國自行設(shè)計(jì)和制造的帶電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在湖南鳳灘水電廠投入工業(yè)運(yùn)行。 1983 年 10 月，在湖南電力系統(tǒng)進(jìn)行了 PSS 阻尼電力系統(tǒng)低頻戰(zhàn)地的系統(tǒng)試驗(yàn)，并取得了圓滿成功。最近，中國電力科學(xué)研究 院又開發(fā)了“雙輸入信號(hào)的加速功率型”電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，在三峽電廠 700MW 發(fā)電機(jī)試驗(yàn)成功，并投入運(yùn)行。為解決全國聯(lián)網(wǎng)后出現(xiàn)的 。 低頻振蕩原因分析 采用考慮發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì) E’q 變化的飛利普斯－海佛容（ PhillipsHeffrom）模型來分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩原因及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理是很方便的。 基本關(guān)系式 考慮在暫態(tài)電勢(shì) E’q變化的單機(jī)無窮大母線系統(tǒng)（圖 21）的數(shù)學(xué)模型如圖 22 所示，其中 Ex（ s）代表同步發(fā)電機(jī)的電壓控制系統(tǒng)（包括勵(lì) 磁機(jī)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 AVR）， Ep(s)代表電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。 Xe 圖 61 單機(jī) — 無限大母線系統(tǒng) M， T’do Xd， Xq， X’d U t U 18 － 圖 62 單機(jī) — 無限大母線系統(tǒng)模型 基本關(guān)系式有： 39。21 qe EKKM ????? ? （ 61） fdddq ETsKKTsK KKE ???????? 39。 03339。 03 4339。 11 ? （ 62） 39。65 qt EKKU ????? ? （ 63） ??? ???? s0 （ 64） )(1 MeMmDsM ?????? ? （ 65） ? ? ? ?? ?0039。039。001 c o ss i n)(c o s)(s i n ???? rxxxxAUixxrA UEK qdqqodq ??????? （ 66） ???????????? ?????A xxxxiArEK dqqqq ))((139。002 （ 67） DMS1? K1 － ＋ － K4 S0? K5 Σ Σ EP(S) EX(S) doSK 3 T39。1 K3? K6 K2 Σ ΔΕ ’ q Δ Efd Δ δ Δω Δ Me2 Δ Me1 19 ? ?? ? 139。39。3))((1 ????????? ??????AxxxxxxxxK qddqdd （ 68） A rxxxxUK qdd ]c o ss in))[(( 0039。4 ?? ???? （ 69） ? ? ?????? ??? A rxxU xUUK dtqtd 0039。005 s inc o s ??＋039。0tdtqU xUU ? ? ?????? ?? xxr q 00 s inc o s ?? （ 610） AUrxUAxxxUUKtqtdqdttq0039。006 )(1 ????????? ??? （ 611） ))((2 dq xxxxrA ????? （ 612） ? ? ? ?20200 000 qtd tq xQUxP UPi ??? (613） Utd0=iqoxq （ 614） 202 00 tdtqtq UUU ?? （ 615） 式中， Xd、 Xq、 Xd’分別為發(fā)電機(jī)縱軸電抗、橫軸電抗、縱軸暫態(tài)電抗 r 、 X 分別為線路電阻和電抗 P0 、 Q0 分別為發(fā)電機(jī)的有功、無功 Ut0 、 U 分別為發(fā)電機(jī)端電壓和無限大母線電壓 發(fā)電機(jī)工況（設(shè)△δ）有一變化時(shí)，產(chǎn)生電壓變化 K5△δ，經(jīng)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的力矩△ Meu queu EKM ???? ?2 fddwq ETsKKE ?????? 033. 1 quxxfd EKsEKsEE ?????????? 65 )()( ? 其中負(fù)號(hào)表示電壓調(diào)節(jié)器按電壓負(fù)增量調(diào)節(jié)。 ????? ??? 0363532 )(1 )(dxxeu TsKsEKK sEKKKM （ 616） 20 阻尼力矩系數(shù)和同步力矩系數(shù) 在研究低頻振蕩問題時(shí)，發(fā)電機(jī)之間仍保持同步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)內(nèi)各機(jī)電量△ω、△δ、△ Ut、△ Me△ Eq、△ Efd 等量可以認(rèn)為按某一低頻頻率（一般在 范圍內(nèi)）作正弦振蕩。這樣，這些量都可以用正弦向量來表示。它們都可以在△δ－△ω坐標(biāo)平面上以向量表示（圖 63）。 在△δ－△ω坐標(biāo)平面上，與△δ正方向同相的力矩是正的同步力矩，與△δ反相的力矩是負(fù)的同步力矩，與△ω正方向同相的力矩是正阻尼力矩，與△ω正方向相反相的力矩是負(fù)的阻尼力矩。一般地說，通過勵(lì)磁回路產(chǎn)生的電磁力矩△ Meu 不會(huì)正好在△δ軸或△ω軸上，這時(shí)可以將它投影到△δ軸和△ω軸上，△ Meu 在△δ軸上的分量叫同步力矩分 量，在△ω軸的分量稱為阻尼力矩分量（圖 63）。 以低頻振蕩頻率ω d代入式（ 216），即令 s＝ jω d后就可以求得與△δ相應(yīng)的電磁力矩△ Meu 以及其同步力矩分量和阻尼力矩分量。 )196(s i nc os)186()176(s i nc os0525205252???????????????????EXdEXDuEXEXsuDusueuEXdEXEXEXeuKKKKKKKKKKMKKKKKKM????????????＝＝ Ksu， Kdu分別稱為電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的同步力矩系數(shù)和阻尼力矩系數(shù)。 ω 0＝ 314 ω d為振蕩角頻率 KEX、φ EX分別為ddox jsTsKsExKK sKK ????? 363 3 )(1 )( 的模和角 KDu＜ 0時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼作用為負(fù)阻尼作用， KDu＞ 0 時(shí)則為正阻尼作用。 KEX和 φ EX都是利息控制系統(tǒng)參數(shù)（增益和時(shí)間常數(shù)）及系數(shù) K K6的函數(shù)，因此，阻尼力矩系數(shù) KDU既是勵(lì)磁控制系數(shù)的函數(shù)又是同步電機(jī)運(yùn)行工況（ K K K6）的函數(shù)。 21 (a) K50 時(shí) AVR 的阻尼力矩 (b) K50 時(shí) AVR 的阻尼力矩 (c) PSS 的阻尼力矩 圖 63 AVR 和 PSS 的阻尼力矩 同步電機(jī)不同工況下，模型系數(shù) K1～ K6的變化 在電力系統(tǒng)運(yùn)行的同步電機(jī)，大多數(shù)的工作狀態(tài)是固定的，一 部分是作為同步發(fā)電Δ δ Δ ω K5Δ δ K5Δ δ Δ Meu Δ MDU Δ E′ qu φEX Δ δ Δ ω K5Δ δ K5Δ δ Δ Meu Δ MDU Δ E′ qu φEX Δ δ Δ ω Δ Pe Δ Mep Δ MDP Δ E’ eqp φEX Δ Pe φp 22 機(jī)，主要向電力系統(tǒng)提供有功功率，根據(jù)電網(wǎng)要求，可以發(fā)出無功、也可吸收無功；一部分是同步調(diào)相機(jī)，它主要用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，它可以吸收電網(wǎng)無功，也可以向電網(wǎng)輸出無功；還有一部分是同步電動(dòng)機(jī)，它主要從電網(wǎng)中吸收有功。 以圖 61 的單機(jī)無窮大系統(tǒng)為例，計(jì)算了隱極轉(zhuǎn)子同步電機(jī)和凸極電機(jī)兩種情況下，同步電機(jī)有功從吸收 到發(fā)出有 變化過程中，系數(shù) K1～ K6 的變化情況，計(jì)算時(shí)系統(tǒng)電壓 U取 ,系統(tǒng)電抗 X＝ 。對(duì)每種電機(jī)又考慮了端電壓為 兩種情況。 圖 64為隱極式同步電機(jī)的計(jì)算結(jié)果， Xd＝ Xq＝ ， Xd′＝ 。由圖 64可以看出： (1) 系數(shù) K3 與電機(jī)的工況無關(guān)，在由電動(dòng)機(jī)狀態(tài)到發(fā)電機(jī)狀態(tài)的滿負(fù)荷范圍內(nèi)， K3 為一常數(shù)，僅決定于電機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)電抗。 (2) 系數(shù) K6 與同步電機(jī)的負(fù)荷有關(guān)，但在負(fù)荷大范圍變化時(shí)，其變化也不大，同步電機(jī)有功絕對(duì)值增大時(shí)， K6 變小，且具有軸對(duì)稱特性。 (3) 系數(shù) K1 有較大變化。有功為零時(shí)， K1 不為零，有功開始增大時(shí)， K1 隨著有功的增大而增大，在某一有功下達(dá)到最大值，此后，有功進(jìn)一步增大時(shí)， K1 將隨有功的增大而減少。在所計(jì)算的有功范圍內(nèi) K1 大于零。 K1 與有功的關(guān)系也具有軸對(duì)稱特性。 (4) 系數(shù) K2 和 K4 在電機(jī)