技术讲座讲稿

技术讲座讲稿内容摘要：

即 的功率振荡 , 研究证明该振荡可以用火电机组调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 日先后发生了五次低频振荡。 其中 96 年 8 月 1O 日最为典型亦最为严重 , 现将当时的过程简述如下： 当天 WSCC 处于水电大发 , 向南输送很重的负荷 . 由于一条 500Kv联络线故障断开 , 潮流转移使得局部地区电压偏低 , 此时一个水电厂 13 台机组由于励磁误动而相继断开 , 系统出现了 左右的增幅低频振荡 , 使系统失去稳定 , 解列成数个小系统。 为了抑制低频振荡，研制了以发电机功率、发电机组的轴速度、发电机机端电压频率为信号的附加励磁控制装置，他们称为电力系统稳定器，即 PSS，并在系统中得到广泛的应用。 美国第一台抑制低频振荡用的电力系统稳定器 (PSS)与 1966 年投入工业试验。 由于电力系统稳定器具有物理 概念清楚、参数易于选择、电路简单、调试方便等优点，已为各国电力系统普遍接受和采用。 我国从上世纪 80年代初开始，在多个省级电力系统和互联电力系统中发生过低频振荡。 1983 年，湖南电力系统的凤常线、湖北电力系统的葛凤线； 1984 年广东 —— 香港互联系统联络线； 1994 年南方互联系统的天广线； 1998 年川渝电网的二滩电力送出系统； 2020年 2月 23 日、 3 月 6 日和 3 月 7日的上午 7时至 8 时间，在南方电网的云南至天生桥（罗马线）、天生桥至广东、广东至香港的联络线上；都曾出现个低频振荡。 经过分析和研究，这些低频振荡都是励 磁系统的负阻尼作用引起的。 只要在相应的机组上配置电力系统稳定器，就可以制止这种低频振荡的发生。 在过去的几年里，我国的电力系统经历了由省（区）间联网到大区电网间互联的飞速发展。 2020 年，实现了东北电网和华北电网的互联， 2020 年实现了川渝电网和和华中电网的互联，华中电网和华北电网即将在 2020 年实现互联。 华中和华北联网，将形成从四川二滩电站到东北伊敏电站，绵延数千公里，包括川渝、华中、华北、东北 4 个大区的巨大电网。 南方互联电网（包括粤、黔、滇三省和广西、香港两区）也绵延两千公里左右。 联网工程的研究表明， 随着电网的扩大和送电功率的增加，动态稳定问题（低频振荡问题）已成为影响互联系统安全、稳定、经济运行的最重要的因素之一。 研究同时表明，在互联电力系统中一般都存在两种振荡模式，即地区性振荡模式（ local model，频率一般在 ～ ）和区域间振荡模式（ interarea model或 tieline model，频率一般在 ～）。 研究还表明，解决属于地区性振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，可以通 17 过在一个或少数几个电厂配置电力系统稳定器来完成；要解决属于区域间振荡模式的弱阻尼或负 阻尼低频振荡问题，仅靠在一个或少数几个发电厂配置 PSS 是不够的，需要在一大批与该振荡模相关的发电机上配置电力系统稳定器（ PSS），才能有效地解决区域间振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，保证联网系统的安全、稳定、经济运行。 在我国，从 20 世纪 70 年代末开始，对 PSS 进行了理论的和实验室的试验研究。 1982年，我国自行设计和制造的带电力系统稳定器的自动励磁调节器在湖南凤滩水电厂投入工业运行。 1983 年 10 月，在湖南电力系统进行了 PSS 阻尼电力系统低频战地的系统试验，并取得了圆满成功。 最近，中国电力科学研究 院又开发了“双输入信号的加速功率型”电力系统稳定器，在三峡电厂 700MW 发电机试验成功，并投入运行。 为解决全国联网后出现的。 低频振荡原因分析 采用考虑发电机暂态电势 E’q 变化的飞利普斯－海佛容（ PhillipsHeffrom）模型来分析电力系统动态稳定、低频振荡原因及电力系统稳定器原理是很方便的。 基本关系式 考虑在暂态电势 E’q变化的单机无穷大母线系统（图 21）的数学模型如图 22 所示，其中 Ex（ s）代表同步发电机的电压控制系统（包括励 磁机和自动电压调节器 AVR）， Ep(s)代表电力系统稳定器。 Xe 图 61 单机 — 无限大母线系统 M， T’do Xd， Xq， X’d U t U 18 － 图 62 单机 — 无限大母线系统模型 基本关系式有： 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’分别为发电机纵轴电抗、横轴电抗、纵轴暂态电抗 r 、 X 分别为线路电阻和电抗 P0 、 Q0 分别为发电机的有功、无功 Ut0 、 U 分别为发电机端电压和无限大母线电压 发电机工况（设△δ）有一变化时，产生电压变化 K5△δ，经发电机电压调节器产生的力矩△ Meu queu EKM  2 fddwq ETsKKE  033. 1 quxxfd EKsEKsEE  65 )()(  其中负号表示电压调节器按电压负增量调节。   0363532 )(1 )(dxxeu TsKsEKK sEKKKM （ 616） 20 阻尼力矩系数和同步力矩系数 在研究低频振荡问题时，发电机之间仍保持同步运行，发电机内各机电量△ω、△δ、△ Ut、△ Me△ Eq、△ Efd 等量可以认为按某一低频频率（一般在 范围内）作正弦振荡。 这样，这些量都可以用正弦向量来表示。 它们都可以在△δ－△ω坐标平面上以向量表示（图 63）。 在△δ－△ω坐标平面上，与△δ正方向同相的力矩是正的同步力矩，与△δ反相的力矩是负的同步力矩，与△ω正方向同相的力矩是正阻尼力矩，与△ω正方向相反相的力矩是负的阻尼力矩。 一般地说，通过励磁回路产生的电磁力矩△ Meu 不会正好在△δ轴或△ω轴上，这时可以将它投影到△δ轴和△ω轴上，△ Meu 在△δ轴上的分量叫同步力矩分 量，在△ω轴的分量称为阻尼力矩分量（图 63）。 以低频振荡频率ω d代入式（ 216），即令 s＝ jω d后就可以求得与△δ相应的电磁力矩△ 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分别称为电压调节器产生的同步力矩系数和阻尼力矩系数。 ω 0＝ 314 ω d为振荡角频率 KEX、φ EX分别为ddox jsTsKsExKK sKK  363 3 )(1 )( 的模和角 KDu＜ 0时，电压调节器产生的阻尼作用为负阻尼作用， KDu＞ 0 时则为正阻尼作用。 KEX和 φ EX都是利息控制系统参数（增益和时间常数）及系数 K K6的函数，因此，阻尼力矩系数 KDU既是励磁控制系数的函数又是同步电机运行工况（ K K K6）的函数。 21 (a) K50 时 AVR 的阻尼力矩 (b) K50 时 AVR 的阻尼力矩 (c) PSS 的阻尼力矩 图 63 AVR 和 PSS 的阻尼力矩 同步电机不同工况下，模型系数 K1～ K6的变化 在电力系统运行的同步电机，大多数的工作状态是固定的，一 部分是作为同步发电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 机，主要向电力系统提供有功功率，根据电网要求，可以发出无功、也可吸收无功；一部分是同步调相机，它主要用来调节电网电压，它可以吸收电网无功，也可以向电网输出无功；还有一部分是同步电动机，它主要从电网中吸收有功。 以图 61 的单机无穷大系统为例，计算了隐极转子同步电机和凸极电机两种情况下，同步电机有功从吸收 到发出有 变化过程中，系数 K1～ K6 的变化情况，计算时系统电压 U取 ,系统电抗 X＝。 对每种电机又考虑了端电压为 两种情况。 图 64为隐极式同步电机的计算结果， Xd＝ Xq＝ ， Xd′＝。 由图 64可以看出： (1) 系数 K3 与电机的工况无关，在由电动机状态到发电机状态的满负荷范围内， K3 为一常数，仅决定于电机参数和系统电抗。 (2) 系数 K6 与同步电机的负荷有关，但在负荷大范围变化时，其变化也不大，同步电机有功绝对值增大时， K6 变小，且具有轴对称特性。 (3) 系数 K1 有较大变化。 有功为零时， K1 不为零，有功开始增大时， K1 随着有功的增大而增大，在某一有功下达到最大值，此后，有功进一步增大时， K1 将随有功的增大而减少。 在所计算的有功范围内 K1 大于零。 K1 与有功的关系也具有轴对称特性。 (4) 系数 K2 和 K4 在电机。