电力系统强迫功率振荡实例及机理分析

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1、第３６卷第１０期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１０２０１２年５月２５日Ｍａｙ２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１０．０２０电力系统强迫功率振荡实例及机理分析刘辉１，杨寅平２，田云峰１，刘平１，李庚银２（１．华北电力科学研究院有限责任公司，北京市１０００４５；２．华北电力大学电气与电子工程学院，北京市１０２２０６）摘要：介绍了某地区电网发生的２次功率低频振荡事件，阐述了振荡机理，提出了解决方案。通过相量测量单元波形分析总结了其基本特征，用单机无穷大系统进行了理论计算，同时根据故障场景开展了ＰＳＤ－

2、ＢＰＡ时域仿真，证明了２次事件均属于强迫低频振荡。根据２次振荡事件中汽轮机调门流量特性等特点，结合现场试验，证实油动机的抖动是造成功率振荡的扰动源。对调门流量特性的相关参数进行了优化，修正了拐点处的流量特性，避免了类似强迫低频振荡事件的再次发生。关键词：强迫功率振荡；相量测量单元；汽轮机调速器；时域仿真；电力系统；低频振荡０引言１强迫低频振荡基本理论近年来，全球电力系统发生了多次低频振荡事对于单机无穷大系统，发电机采用２阶经典模［１］件，严重时甚至引起了大面积停电事故。低频振型，将转子运动方程在工作点处线性化后可得到：荡的机理一直

3、是业界研究的热点，其中最早提出并２ｄΔδｄΔδＭ２＋Ｄ＋ＫΔδ＝ΔＰｍ（１）被广泛接受的是负阻尼理论。它运用阻尼转矩的概ｄｔｄｔ念对功率振荡进行分析［２－６］。强迫功率振荡原理是式中：Ｍ为转子惯性常数；Ｄ为发电机阻尼系数；Ｋ低频振荡机理研究的另一理论成果，它的提出基于为发电机同步转矩系数；Δδ为转子角偏移；ΔＰｍ为共振原理［７］。在电力系统中，当原动机功率受到持机械功率变化量。令Ｄ／Ｍ＝２ξω，Ｋ／Ｍ＝ω２，可将方程转化为通续周期性扰动时，发电机转子运动方程会产生一个ｎｎ等幅不衰减的特解，当扰动频率与系统固有频率接用形式：［８－９

4、］·ΔＰ近时，会引发大幅度的稳态功率波动。文献［１０］Δ¨δ＋２ξω＋ω２ｍ（２）ｎΔδｎΔδ＝Ｍ阐明了电力系统强迫功率振荡的机理。文献［１１］采用复模态叠加方法推导了多机电力系统强迫功率振易知系统自然振荡频率ωｎ＝槡Ｋ／Ｍ；阻尼比荡的稳态响应，分析了多机电力系统强迫功率振荡ξ＝Ｄ／（２槡ＫＭ）。发生共振的条件及其振荡大小的主要影响因素。文假设在原动机输出机械功率上增加一个周期性献［１２］从能量变化的角度阐述了强迫功率振荡与系的持续扰动。设ΔＰｍ＝Ｐ０ｓｉｎωｔ，根据微分方程解统弱阻尼自由振荡的区别。文献［１３］分析了周期性的形式

5、，令Δδ２（ｔ）＝Ｂｓｉｎ（ωｔ－０），并代入式（２），得负荷扰动引发强迫功率振荡的主要影响因素。文Ｐ０（３）β＝献［１４］对发电机非同期并网引起强迫功率振荡的机２２２ωωＫ（１－２）＋２ξ理及其特性进行了分析。槡ωｎ（ωｎ）对强迫功率振荡虽然开展了大量理论及仿真研式中：幅值β取决于系统的固有特性及扰动特性，与究，但工程上发生的实例较少。某地区电厂３号机初始条件无关。组近期出现了２次功率振荡现象。事后根据相量测易看出，振荡幅值与扰动幅值成正比。换言之，量单元（ＰＭＵ）数据进行了分析，发现系统在较强阻扰动的幅值可以直接影响功率振荡

6、的幅值；当扰动尼运行工况下仍出现了零衰减功率振荡现象。该现源消失后，稳态响应也随即消失。ξ通常极小，在电象无法采用经典的负阻尼机理进行解释。本文经过力系统中ξ≥０．０５即可称之为强阻尼模态。故当扰理论及仿真对比分析，确认这２次振荡均为典型的动频率与固有频率一致时，振幅最大。同时，振荡频强迫功率振荡，同时查找出了扰动源及扰动原因。率与扰动频率保持一致，这是强迫功率振荡的重要特征，同样也是判别扰动源的重要依据之一。收稿日期：２０１１－０７－１１；修回日期：２０１２－０１－０４。—１１３—２０１２，３６（１０）２ＰＭＵ实测功率振荡现象２

7、．１电网结构发生功率振荡的某地区电网结构如图１所示。振荡发生前，发生功率振荡的电厂仅有容量为２００ＭＷ的３号机组运行，该机组通过升压变压器图３Ｌ３线路有功功率振荡曲线连至２２０ｋＶ变电站１，经由变电站２，在变电站３将Ｆｉｇ．３ＡｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｌｉｎｅＬ３电压升至５００ｋＶ后与主网相连。图４５００ｋＶ联络线有功功率振荡曲线Ｆｉｇ．４Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆ５００ｋＶｔｉｅｌｉｎｅ事后，通过对ＰＭＵ录波及故障录波器记录的图１等值电网结构数据进行分析后发现，在失

8、磁保护动作前５０ｓ左右Ｆｉｇ．１Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅ的时间内，该发电机组出现深度进相并发生大幅功率波动。机端有功功率出现了幅值达３０％的振荡，２．２振荡现象描述Ｐｒｏｎｙ分析表明，主导振荡频率较为固定，约为２００９年