大规模电力系统低频振荡分析与广域自适应控制研究(4)

山东大学博士学位论文

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ；ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｙｓｔｅｍｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ａｄａｐｔｉｖｅ

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第１章绪

１．１目的和意义论

电力系统功角稳定研究的是电力系统中互联的同步发电机保持同步的能力。根据扰动的大小，功角稳定分为小干扰功角稳定和大干扰功角稳定。小干扰功角稳定性是电力系统遭受小扰动后保持同步运行的能力。系统对小干扰的响应特性取决于初始运行条件、输电系统结构、发电机和控制系统的参数和动态性能等因素。电力系统可能产生两类小扰动不稳定现象，一类表现为由于同步转矩不足引起的发电机转子角持续增加的非周期失稳；另一类表现为由于缺乏足够的阻尼转矩造成转子角增幅振荡失稳…。振荡失稳模式分为本地振荡和区间模式。

国内外电力系统曾多次记录到小干扰功角稳定问题引起的低频振荡现象，有的还产生了严重的后果。其中，比较典型的是美国西部电网在１９９６年８月１０日发生的由区域间的低频功率振荡引起的大停电事故【２１。在事故期间，系统出现了持续的负阻尼的区间低频振荡，最终使整个系统解列并导致了大面积的停电。近年来，我国电力系统发生了多次功率振荡现象，如南方电网分别于２００５年５月１３日、８月１８日、９月１日发生了功率振荡１３】，华北电网于２００５年９月１日发生了蒙西电网机组相对于京津唐电网机组的功率振荡，华中电网于２００５年１０月２９日发生了全网性的功率振荡。２００６年７月１日，在河南电网内多条５００ｋＶ和２２０ｋＶ线路跳闸后，华中电网发生大范围功率振荡，并造成华中电网与华北电网、ＪｌＩ渝电网与华中主网解列１４］。我国小干扰功角稳定事件产生的主要原因是系统网架结构薄弱，例如发电机组经过长距离线路接入系统、系统之间的弱联系以及长链状的系统结构等，从而导致系统缺乏足够的振荡阻尼。

２００１年以来，随着“西电东送”战略的实施，我国电网通过一系列的联网工程形成了两大长链式同步交流电网：１）包括云南、广西、贵州和广东四省以及香港、澳门电网在内的南方电网；２）由华北、华中、川渝电网构成的包括１２个省、市、自治区的超大规模同步交流系统，该同步电网还通过高压直流或背靠背直流分别与华东、南方、西北和东北电网实现异步联网。电网的互联可带来错峰、水火电互济、功率紧急支援等好处，系统发电和输电的经济性和可

靠性得到很大提高。然而，大区电网通过少量联络线进行的弱互联，降低了整个互联系统的动态稳定性【５】，使得出现大范围区间低频振荡的风险大大增加。此外，为了达到电网互联的目标，电网的运行方式必然是复杂多变的，这也增加了低频振荡事故发生的可能性。

２００４年底，基于对能源资源分布和生产发展不平衡的国情和大电网发展规律的深刻认识，我国国家电网公司提出了建设“以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展”的战略目标。２００９年１月６日，中国自主研发、设计和建设的１０００ｋＶ晋东南一南阳一荆门特高压交流试验示范工程正式建成投运。这是迄今为止，世界上运行电压最高、输送能力最大、技术水平最先进的特高压交流输变电工程。根据规划，到“十二五’’初期，我国将建成“两纵两横”特高压骨干电网，从而形成超大规模的华北一华中一华东特高压交流同步电网。到２０２０年前后，国家电网特高压网架将形成以华北、华中、华东为核心，联结各大区域电网、大煤电基地、大水电基地和主要负荷中心的坚强电网结构。

在构建以特高压为骨干网架的未来电网的过程中，电网有可能发生低频功率振荡事故，主要原因如下：１）按照电网的发展的一般规律，在从现在开始到建成特高压网架的过渡期中，尤其是在特高压电网建设初期，电网可能存在１０００ｋＶ／５００ｋＶ两级【６１，甚至１０００ｋＶ／５００ｋＶ／２２０ｋＶ三级电磁环网。当电磁环网中的特高压输电线路发生故障时，系统潮流必然发生大规模转移，电网可能出现潮流超过系统静稳极限的情况，从而导致系统出现低频振荡；２）特高压电网将西南部水电和西北部的煤电输送到中东部负荷中心。远距离的特高压电力外送通道在重载情况下，也有可能出现功率振荡。

大规模电力系统规模巨大且运行方式多变，对现有的低频振荡分析和控制方法都提出了挑战。因此，开展大规模电力系统低频振荡分析和自适应阻尼控制，解决现有分析和控制方法在大规模电力系统的实际应用和理论分析方面存在的不足，对于丰富和拓展电力系统低频振荡的分析和控制理论，防止大停电事故和提高区域间输电能力都具有重要的理论意义和应用价值。

１．２小干扰功角稳定机理的研究现状

在低频振荡研究领域，深刻认识低频振荡的产生机理具有重要的基础性意义。目前低频振荡主要有负阻尼、强迫振荡、强谐振、分岔、混沌振荡和复合２

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模式等机理解释。

１．２．１负阻尼机理

１９６９年，美国学者Ｆ．Ｐ．Ｄｅｍｅｌｌｏ和Ｃ．Ｃｏｎｃｏｒｄｉａ［７ｌ运用阻尼转矩的概念对单机无穷大系统产生低频振荡现象的原因进行了分析和解释，认为高放大倍数的快速励磁系统会使系统产生负阻尼转矩，抵消了系统固有的正阻尼，使得系统总的阻尼很小或为负值，从而导致系统的阻尼转矩不足而产生低频振荡。这使得人们对低频振荡的认识有了很大的提高，以后的研究大多是在此基础上进行的。该机理概念解释清晰、物理意义明确，经过多年的完善和实践检验，其已成为公认的低频振荡机理，并形成了一套较为系统、完整的低频振荡分析理论和方法。

１．２．２强迫振荡机理

电力系统强迫振荡机理认为，当发电机受到的持续、周期性扰动的频率与系统固有振荡频率接近时，会引起系统谐振，导致大幅度的强迫功率振荡【３Ｊ或共振形式的低频振荡【引。它具有起振快、起振后保持等幅同步振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点。文献［３】针对计及周期性扰动的多机系统，通过非齐次线性方程组解的推导分析，得出当扰动频率接近系统固有振荡频率时将发生强迫振荡的结论。文献【８】通过对河北南网安保线低频振荡的分析，认为它属 …… 此处隐藏：2410字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……