小水电机群对特高压电网功率振荡特性的影响研究_李阳海

第41卷 第3期：762-769 2015年3月31日

DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2015.03.009

高电压技术

High Voltage Engineering Vol.41, No.3: 762-769

March 31, 2015

小水电机群对特高压电网功率振荡特性的影响研究

122

李阳海，刘 巨，文劲宇

（1. 华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074；2. 华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程

与新技术国家重点实验室，武汉430074）

摘 要：为了分析区域内集中的大量小水电机组所产生的群集效应以及这些机组之间的弱阻尼振荡模式引发主网强迫功率振荡的风险，以湖北恩施地区小水电机群为研究对象，在某年度湖北电网丰水大负荷运行方式模型的基础上，分析了恩施地区小水电机组采用详细模型时，华中—华北主网以及特高压联络线的低频功率振荡特性，结果表明：恩施地区小水电机群内部存在阻尼比接近3%的弱阻尼振荡模式，并且这些发电机参与了三峡机组主导的振荡模式；进一步的仿真研究表明，在某些特殊情况下小水电机群可诱导主网产生上百MW的强迫功率振荡；针对该现象文中提出了一种振荡传播路径图用于指明振荡向外传播扩散的路径与影响范围，分析表明其对三峡以及特高压电网的影响比较小。

关键词：小水电机组；发电机建模；小干扰稳定性；强迫功率振荡；特高压；振荡传播路径图

Effect of Small Hydroelectric Generator Cluster on Power Oscillation Characteristics of

Ultra High Voltage AC Power Grid

LI Yanghai, LIU Ju, WEN Jinyu

(1. School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology, Huazhong University of Science and Technology,

Wuhan 430074, China)

1

2

2

Abstract：In order to analyze the cluster effect of massive small hydroelectric generators grouped in an area and to eva-luate the risk of forced power oscillation in main grid caused by the weak damping among small hydroelectric generators, taking small hydroelectric generator cluster in Enshi of Hubei province as a research example, we analyzed the low fre-quency oscillation characteristic of centre China and North China power grid and ultra high voltage (UHV) AC transmission lines when the generator cluster adopted the detailed model. Simulation results show that there is a weak os-cillation mode with the damping ratio close to 3% among the small hydroelectric generators in Enshi, and those generators also participate in the oscillation mode leaded by the generators in Three Gorges power plant. Through further simulation, it is verified that the small hydroelectric generator cluster will induce forced power oscillation with amplitude up to hundred MW in main grid in some special cases. Thereby, we used an oscillation spreading figure to analyze the propagation path and the impact of the oscillation.The results show that the oscillation induced by the small hydroelectric generator cluster in Enshi has small influences on the Three Gorges power plant and the UHV power grid.

Key words：small hydro power; generator modeling; small signal stability; forced power oscillation; ultra high voltage; oscillation spreading figure

0 引言

近年来，由于能源紧缺和环境保护等需求，小水电作为一种清洁的可再生能源，受到国家的高度重视，小水电装机容量快速增长。以湖北恩施地区为例，目前该地区的小水电(不含水布垭电站)装机———————

基金资助项目：国家自然科学基金(51177057)。

Project supported by National Natural Science Foundation of China (51177057).

容量已超过1 200 MW，其中，单机容量>1 MW 但<50 MW的小水电站超过32座，机组近百台。发电机出口电压多为10 kV或35 kV，通过升压接入地区110 kV电网，主要由地区供电公司进行调度，整 个恩施地区电网通过5回500 kV线路接入华中主网。

根据国家电网公司企业标准规定，需要对50 MW及以上的水电机组进行模型参数实测，并单独建立相应的模型，以保证能准确分析其对主网动态

[2]

[1]

李阳海，刘 巨，文劲宇：小水电机群对特高压电网功率振荡特性的影响研究 763

特性的影响，但是对50 MW以下的小水电机组没

有明确的规定。在一般的调度运行方式计算中，小水电机组或者采用典型参数的等值简化模型；或者作为一个等效功率源并入地区负荷进行等值；其动态特性难以充分体现。

一般来说，单台小容量的机组对电网低频功率振荡特性基本没有影响，然而，当电气距离较近的众多中小容量机组总的容量较大时，它们对大电网阻尼的综合作用是不能忽视的网强迫功率振荡的扰动源象

[18-19]

[7-17]

[3-6]

。其中一个潜在的

图1 区域互联电网示意图 Fig.1 Interconnected area power grid

风险就是小水电机群中的某些机组有可能成为大电

。南方电网曾发生过

小水电机群局部振荡引发大区电网功率振荡的现

，恩施地区大量的小水电机组群集在很小的

[20]

阵，D为类似的n×n阶阻尼矩阵；KS为n×n阶同

范围内，故也存在类似的风险。更为重要的是，

ω0为n台发电机转速初值组成的n阶 步系数矩阵；

向量；α=[0,0, ,1, ,0]T表示扰动源G1联接在系 统的节点k；PG1为发电机G1扰动功率幅值；ω是

其扰动的角频率。取变换X=φZ，其中φ是将X中变量进行解耦变换矩阵，Z为X矩阵中变量解耦后的新变量矩阵，式(1)转化为

+DΔZ +KΔZ=ψFsin(ωt) (2) ΔZ NSNN式中：ψ=φ 1；解耦后的阻尼转矩系数矩阵DN=ψM 1Dφ，解耦后的同步转矩系数矩阵KSN=ψM 1KSφ，中间变量FN=αPG1。其中ψki表

这些小水电机群与三峡电站和华中—华北特高压联络线距离较近，与三峡电站出力的季节特性也十分相似，有可能对三峡机组和特高压互联电网的功率振荡特性造成重要影响。

有鉴于此，本文基于实地调研数据，建立了湖北恩施地区小水电机群的详细模型，以湖北电网某年度的丰水大负荷运行方式为例，结合电力系统强迫功率振荡已有的基础理论

[21-24]

，分析了恩施地区

小水电机群采用详细模型情况下华中—华北电网的小干扰稳定特性，研究了小水电机群的局部振荡引发主网及华中—华北特高压联络线发生功率振荡的可能性。本文数字仿真研究采用电力系统分析综合程序(PSASP 6.28版)。

示第i个状态变量对第k个振荡模式影响的权重；

ki表示第i个振荡模式在第k个状态变量中的活跃

程度。这样式(1)最终转化为n阶解耦的复模态响应方程，其中第i阶对应的振荡方程为

i+ωi2Δzi=ψkiFNisin(ωt) (3) Δ zi+2ζiωiΔz

1 局部振荡诱发电网强迫振荡机理

如图1所示，区域A与区域B通过联 …… 此处隐藏：16517字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……