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1、四川电网低频振荡现象及控制措施应用 张晓明 庞晓艳 陈苑文刘增煌田 芳 四 川省电 力公司调度中 心( 6 1 0 0 1 6成韵中国电 力科学研究院 ( 1 0 0 8 5北京 摘河) 摘 要: 本文来用特征值分折法和时 城仿真方法进行了 四川电网 的阻 尼特性分析， 提出了 四川电网电力系统德定器的ftI方案，该方案的实 施有效地抑制了 二滩水电 厂首台 机组 单线 并网 运行中的 低频振荡问 题，产生了 明 显的 经济效益 和社会效益四川电网 运行和 仿真计算表明， 在发电 机快速励磁系 统中， 合理配里电力系统德定器可以明显提高电网 的小干扰动态德定水平. 关链词: 低绷振荡电力系 统
2、德定器 ( P S S ) 1 前 言 二 滩水电 厂位于四 川省西南部攀枝花地区， 装机容$ 6 X 5 5 0 M W， 是目 前我国单机容 2和总 装机容皿最大的 水电 厂，图1 是二滩电 厂S O O k v送出系统示愈圈。该电 厂远离负荷 中心， 经3 回7 0 0 公里的5 0 0 k V输电 线路向 负荷中 心送电， 输电 距离长， 拍送湘流重， 二 滩5 0 0 k v送出 系统稳定问 题突出。 为了 深入研究二滩电 厂及 S O O k v系统投运后四 川电网的动态 稚定问 题， 我们进行了 四 川电网的阻尼特性分析，提出了四 川电网电 力系统稳定器 ( 以下简 称 P S
3、S )的配里方案， 本方案首先在二 滩电厂发电 机组上配置 P S S ， 在第一台 机组并网 运行之前，调度中 心向 二 滩电 厂下达了P S S参数整定通知文件， 要求 S S与机组同步投 运， 二滩机组P S S在提高 四川电网 运行稳定性方面发 挥了 重大的 作用。 图I 二滩电厂5 0 0 k V送出 系统示惫图 - 3 8 5 - 2 四川电网 低频振荡 现象 a i l : 年8 月， 二 滩电 厂5 o o k V 送出 工 程第一阶 段 ( 第一 步) 系 统调试 工作 基本 完成， 二滩电厂# 机组经二滩一普提一 洪沟单回 S O O k V线路在洪沟变电 站并网。8月 6
4、日，进 行# 机 级 1 0 0 %甩负 荷试验， 在 增 加机 组出 力过 程中， 因 机组 P S S未投 运， 二滩 机组与 主网 机组多 次发生了低频振荡现象， 造成二 滩# 6机组水门 关闭， 机组 甩负荷， 具体过程如 下。 1 6 : 3 0 # 6 机组升负荷准备进行i i i %甩负荷试验。 1 6 : 5 1 # 6 机组有功负荷升至暂 稳限 额4 5 0 MW e 1 6 : 5 5 机组负 荷出 现波动， # 6 机组 有功功率下 滑至5 2 M W o 1 7 . 0 0 # 机组升负荷准备进行第二次1 0 0 %甩负荷试验。 1 7 : 2 1 # 6 机组有功负荷
5、升至4 5 0 M W, 1 7 : 2 5 机组负荷出 现波动， # 6 发电 机出口 开关 6 D L跳闸， 甩负 荷 4 5 0 M W。甩负 荷 前， # 6 扫 湖 有功功率4 4 7 . 5 3 MW， 无功功率6 6 M v a r , 系统频率5 0 . 2 2 H Z ， 二滩电 厂5 0 0 K V 母线电 压5 2 6 K V 。 甩负荷后， 系统频率下降至4 9 . 7 7 H Z ， 二 滩电 厂5 0 0 K V母线电 压5 3 0 K V , 系统电 压 无明 显变化。 8 月1 0 日， 在进行# 机组P S S 试验时， 又出 现了2 次功 率振荡现象:( 1
6、 ) # 6 机组P S S 退出 运行时， 机组功率升至 4 5 0 M W， 发生振荡， 减负荷至 3 0 0 M W, 振荡平息;( 2 ) # 6 机组减负 荷至1 0 % 额定容f时。 P S S 装置自 动退出，当 机组快速增长负 荷至4 1 5 MW 时， 又发生振荡， 投入P S S 装置， 振荡平息， 机组负荷顺利升至4 5 0 MW， 并保持稳定运行。 图2 是8 月6 日1 6 : 5 5 二滩# 6 机组 甩负 荷的 录波图。 从这次低频振荡现象分析及二 滩机组 P S S试验结果可以 看出， 二 滩机组的 快速励磁调节器 ( 以 下简称 A V R)向系统提 供了 负
7、阻 尼力矩，并且随 着机组负 荷的 增加， A V R提供的 负阻尼力矩亦相应增加。当 机组 负 荷增加至4 S O W左右时，出 现了 低频发散型功率振荡， 振荡频率约1 H Z 。 机组P S S 可 命投运后， 有效地抑制了 功率振荡， 保证了 二滩机组的 顺利投运。 一 、 二二 r-nttAtt胜 _ - 加那的乃拍朴衬弱幼朽叨朽犯乃劝仆 峨、月电恤俘协口娜勺宙扮队袱从 ,a 分J n 1 0 :R切八 ， 0 7 I M 1 t 0 t 7 3 . 1 Y:, n 0 . 二 ” 砖 圈2二滩# 6 机组甩负荷的录波图 目 . . ， 呀 ， . . ， * 口 .一 闷 . 月
8、. ， . 目 .一，一一. 月 . . . . . 网 一一 一 3 四川电网胆尼特性分析及P S S 配里方案 一个多机电 力系统可以用方程式 ( 1 ) 表达: x = A x + B U c 1 ) U = - A K。 X 式中X为系统的状态变量，U为系统的 控制变11, A为n . n 状态系数矩阵，B为n m 控制矩阵，刀 为系统总的状态变量数，m为系统总的控制变且数。 由 式 ( 1 ) 可得 JCL-A叉 A = A - B A K 设 阵的 第i 对特征值为x 。 “ ”1 , 2 . 二 、N - 1 ) ， 且有 、J、J产 q自nJ 了、了. a I a : 土 J
9、a i S i = - a ; 1 在j 十 Q )2) 式中a . 为衰减系致，1 / 秒;“ ， 为 振荡角预率，弧度/ 秒;心 。 为阻尼比。 对于一个具有N台同步发电 机的电 力系统. 有N - 1 个机电 振荡棋式， 矩阵A 有N - 1 对特征 值与 之相对 应。 只有N - 1 对 特征值实 部a ， 都小 于零， 阻 尼比 ， 大于 零， 系 统才被 认为 是租定的 ; N - 1 对特征值中， 只要 有一 对或一对以 上的 特征 值实部a , - 0 , ; -0 , 系 统就是不 稳定的. 阻 尼比4 。 的 大小， 反映了时 域响 应曲 线 振荡 衰减的快 慢， 阻 尼比
10、 1 越大，振荡衰减越快。目 前， 对阻尼比大小的要求尚无统一规定，强阻尼和弱阻尼没有 一个严格的界线。 一般而言， 对于C 0 . 0 2的振荡模式可以认为是弱阻尼振荡棋式， 应当 采取措施，以改善其阻尼; 对于阻尼比 小于 0 . 0 1的振荡模式， 则必须采取措施来改善它 的阻尼.从保证系统安全粗定运行的兔度来考虑. 把联络线 ( 区城间) 报落模式及与主 要电厂、主要的大机组有弧相关的振荡模式的阻尼比 提高到0 . 0 5 以 上是合适的。 本文采用电科院开发的电力系统小干扰租定计算分析程序 ( S S A P ) ， 进行二滩机组及 S O O k V系统全部投运后的四川电网阻尼特性
11、研究，负荷采用恒定阻抗棋型，不考虑机组 的调速器.二 滩电厂、宝珠寺、铜街子电 厂的 机组励磁系统是自 井励励徽系统， 根据厂 家提供的数学模型， 采用图3 所示的A V R模型模拟， 其余发电 机模型用图4 所示的A V R 模型棋拟。 从全网 无P S S时的 特征值计算结果看来， 0 . 0 1 , b 0 . 0 2的 特征值有 3 个;b 有正 的 实 部， 阻 尼比 : . : 二 一 。 . 0 1 7 . 是不 祖 定的 负 阻 尼 振荡 模 式 在振荡模式 1 中， 宝珠寺机组的参与因 子为1 ， 二滩机组的 参与因子为0 . 4 0 ， 其他机 组的 参与因 子小于0 .
12、巧。 可见振荡模式 1 是与宝珠寺、二 滩机组强相关的 振荡模式。 另一 方面， 从特征向 量看 . ， 二滩机组与其他发电 机组的 相位差在 1 8 0 2 0 0 . 左右。因 此， 振荡 模式1 是二滩机组相对系统其他机组振荡为 主的 振荡模式， 振荡频率为0 . 8 0 3 H z . 3 . 2 弱阻 尼0 , C 0 . 0 2 的振荡模式分析 弱阻 尼。 簇 0 . 0 2的 振荡 模式 有三个， 它的 特征值分 别是a “ a ， : 和X 2 s ， 对 应 的 振荡模式分别为 振荡模式8 、 振荡模式1 3 , 振荡模式2 4 . ( 1 )振 荡模式8特征 值为 一 0
13、.0 8 2 + j 7 . 4 , 阻 尼比 为。 . 0 1 1 , 阻 尼很弱， 钥 街 子 机 组的 参与因 子为 1 . 0 1 龚嘴上厂和龚嘴下厂的参与因 子分别为 0 . 2 8和 0 . 2 2 。 这个振瑞模式是铜 街子 对系统振荡为 主的 振荡模式， 振荡频率为1 . 1 7 9 H Z . ( 2 )振 荡 模 式1 3特征 值 为 一 0 . 1 州8 .0 5 2 , 阻 尼比 为0 . 0 1 7 , 龚 嘴 下 厂 和 龚 嘴 上 厂 机 组 的 参 与因 子分别为1 . 0 和0 . 7 6 ， 在特征向 盈相位上两机组相差约1 8 0 0， 因 此振荡模式 1
14、 3 是龚嘴下对龚嘴上振荡为主的振荡模式，振荡频率为1 . 2 8 H z . ( 3 )振荡模式 2 4 振荡 模式2 4的阻尼比 为 0 . 0 1 5 4 , 频率为 1 . 6 2 2 H z ， 宝 兴河的 参与因 子 为 1 . 0 ，第二位是重庆机组， 参与因子仅为 0 . 2 1 ， 这个振荡模式是宝兴 河机组 对系统 振 荡为 主的 振荡 模式， 振荡 频 率为1 . 6 2 2 H z . 3 . 3 四 川电网P S S 的 配置方案 根据阻 尼特性分析结果， 二滩机组及5 0 0 0系统投运后，四 川电 网 存在1 个负阻 尼振 荡模式和 3 个弱阻尼振荡模式， 动态稳
15、定问 题较为 突出。 其中振荡模式 1 为负阻尼 振瑞模 式， 它与二滩水电 站机组及宝珠寺机组有强的 相关:振荡模式8 , 1 3 和2 4 为弱阻 尼振荡模 式， 分别与铜街子、 龚嘴和宝兴河机组有最强的 相关。为提高四川电网的 动态稳定水平， 应在上 述相关电 厂的 机组配置P S S 提高它们的 阻尼。 在四川电网P S S 的配置方案的具体实施中， 第一步在二 滩机组配里P S S 装置， 要求与 机组同 步投入运行。 第二步在宝珠寺和铜街子机组 上配里 P S S装里， 取得经验再推广至其 它电 厂。目 前， 二滩机组的P S S 己 可靠投运， 宝珠寺和铜街子机组P S S 的
16、调试投运已 列入 2 0 0 0 年技改 项目 。 4 四川电网P S S 的参数选择和时 域仿真结果 加拿大G E 公司提 供的 二滩机组 P S S的 数学模型如图5 所示， 其中 虚线柜内 是用以 模 拟机械翰入功率，以防止水轮发电 机功率调整时出现反调现象的，对 P S S的参数整定没有 影响。因 此， 二滩机组P S S 的简化数学模型如图6 所示。 宝珠寺和 铜街子 机组P S S 也采用 图6 的结构， 对于电 力系统稳定器参数的 选择， 主要要求它有良 好的 适应性，能 对各种可能出 现的 运行方式均有良 好的阻尼作用， 而不要求在某一特定运行方式下有最好的阻尼作用。 P S S 参数的 选择方法很多。 在本计算研究中， 使用相位补偿原理结合根软迹法 进行参数 选择。 - 3 8 9 - 几二 玛 - 田5 加拿大 E 公司提供的 P S S 框图 首 先 ， 选 定 一 固 定 的P S S 的 增 益， 改 变
