汽轮机调速系统对电网低频振荡的影响

近年来电力系统中频繁出现汽轮机调速系统引发的低频振荡,为了探明该类低频振荡的原因,分析了调速系统对电力系统动态稳定的影响。建立了包含汽轮机调速系统的单机无限大系统模型,研究了调速系统增益对系统低频振荡模态的影响。研究结果表明,汽轮机调速系统增益虽然不改变调速系统阻尼特性分界频率,但是却对系统低频振荡模态频率产生影响,从而改变调速系统对低频振荡的阻尼性质。当调速系统增益超过临界增益时会诱发低频振荡现象,时域仿真和频域分析结果验证了上述结论的正确性。     

三峡电站调速系统对电力系统低频振荡的影响

分析了在电力系统低频振荡的情况下，三峡电站水轮发电机组调速系统的动态特性，从电力 系统低频振荡产生的机理出发，采用改进调速器控制算法的方法，寻求调速系统对系统振荡 产生抑制作用的控制策略。     

调速系统引入远方信号抑制区域低频振荡可行性研究

大型互联电力系统区域低频振荡的抑制是电力系统稳定性控制研究的热点之一.已有的研究往往忽略原动机对低频振荡的影响.本文以四机两区域系统为例,采用特征根方法,分析了汽轮机调速系统引入远方信号抑制系统区域低频振荡的可行性.仿真结果表明:多机系统中,若在发电机调速系统中引入与区域振荡模式相关的远方机组的速度偏差信号,并合理配置控制策略,可有效地抑制系统的区域低频振荡.     

混流式水轮机跨振区时触发低频振荡特性分析与抑制策略

西南某大型混流式水轮机组在生产运行中,跨越振动区运行期间不时触发有功低频振荡现象,对电网稳定运行带来了一定的安全隐患.基于强迫振荡、扰动源定位及负阻尼等理论,分析了水力、机械等因素对低频振荡的影响,得出发生低频振荡的主要原因为水轮机跨振动区时停留在涡带工况区域,尾水涡带产生压力脉动,并且振荡符合强迫振荡机理.通过仿真优化励磁系统参数对抑制机组有功低频振荡所产生的不同效果,得出对励磁系统PSS参数进行优化可有效抑制混流式水轮机低频振荡现象.     

一种可用于监测调速系统对低频振荡影响的方法

受制于机械功率难以测量的实际情况,调速系统对低频振荡影响的在线分析较为困难。通过转矩分析分别研究了在不考虑和考虑调速2种情况下转速偏差、电磁功率偏差与机械功率偏差在功角-转速平面上的关系,发现:若调速系统提供了负阻尼转矩,则电磁功率偏差与转速偏差的夹角θ_2将小于π/2与低频振荡阻尼比ξ之差;若调速系统提供了正阻尼转矩,则θ_2将大于π/2-ξ。基于上述分析结果,提出一种基于监测量在线判断调速系统对低频振荡影响的方法。该方法通过在线辨识ξ和监测θ_2来判断θ_2与π/2-ξ的大小关系,即可确定调速系统是否对低频振荡提供负阻尼。4机2区域系统和某实际互联电力系统的仿真结果表明,在判断调速系统为低频振荡提供负阻尼后,通过使调速器进入开环控制模式能够有效提升振荡阻尼比,从而验证了所提方法的有效性和实用性。     

紧水滩水轮机调速系统对电力系统稳定性的影响

基于实测的紧水滩水轮机调速系统模型参数，研究了单机无穷大系统和浙江电网调速系统对大、小扰动稳定性的影响，并讨论了调速系统对电力系统稳定器参数整定计算的影响。认为:紧水滩水轮机调速系统及其参数的变化对电力系统大、小扰动稳定性的影响有限;投入电力系统稳定器大大提高了阻尼，减弱了调速系统对小扰动稳定性的影响;对较长时间的大扰动情况，稳定分析第1摆应采用非线性水力系统调速系统模型;调速系统的响应速度和增益对电力系统调频起着重要作用。     

汽轮机调速系统引起电力系统共振机理低频振荡扰动分析

共振机理是解释电力系统发生低频振荡的理论之一.根据汽轮机功率扰动引起电力系统低频振荡的共振机理.研究了汽轮机功率变化的原因.应用MATLAB建立了汽轮机及其调速系统和电力系统相互作用的机网耦合模型,详细分析了汽轮机调速系统扰动能否引起调节汽门开度变化,进而影响汽轮机功率变化;仿真分析表明,如果汽轮机调速系统速度变动率局部过小,转子角速度偏差扰动将引起较大的调节汽门开度变化;当转子角速度偏差扰动频率与电力系统自然振荡频率接近时,可能引起电力系统发生共振机理的低频振荡.全液压调速系统的油压容易产生脉动,如果油压脉动的频率与电力系统固有频率接近时也可能引发电力系统共振机理的低频振荡.     

超低频振荡阻尼控制中的水轮机调速系统参数双层优化策略

该文针对水电集中外送系统中的超低频振荡问题,提出兼顾阻尼振荡和频响动态性能的水轮机调速系统参数优化策略.首先,基于复转矩法分析超低频振荡的机理及影响因素,验证了通过调整调速系统参数来抑制超低频振荡的可行性;其次,基于信息熵制定了抑制超低频振荡并确保调速系统调节能力的综合性能指标;然后,构建基于综合性能指标的鲁棒优化模型...     

原动机调速系统参数对低频振荡的影响

应用MATLAB建立原动机调速系统和电力系统相互作用的机网耦合模型,分析机网耦合是否能引发电力系统低频振荡。仿真分析表明,如果水轮机调速系统微分增益偏大且水轮机输出功率对水头的偏导数随负荷变化时,在扰动下可能出现功率的低频振荡。对于汽轮机调速系统,在系统的阻尼不太强时,汽轮机控制器参数对小信号系统稳定性具有重要影响。采用比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器时,系统在小干扰下振荡衰减;采用PI控制器时,系统小干扰下出现幅值增大的低频振荡。     

利用适应型励磁控制抑制局部小电力系统低频振荡

以实际小电力系统为研究对象,通过计算机仿真揭示了在局部小电力系统中,由于水电厂调速系统参数设置 不当也会出现低频振荡现象。在仿真分析的基础上,为系统运行提供了合理设置水电厂调速系统参数的方 案;并结合适应型励磁控制进行了抑制低频振荡的仿真运算分析。     

考虑超低频振荡的水轮机调速器参数多目标鲁棒设计

超低频振荡威胁电网安全稳定运行,可通过调整水轮机调速器参数抑制。水轮机调速器参数设计应同时考虑系统稳定性与跟踪性能,且所设计的参数应具备足够的鲁棒性以应对运行方式变化。首先,利用矩阵扰动理论严格地证明了在超低频振荡频段范围内使用统一频率模型代替复杂完整模型的适用性。在此基础上,基于结构奇异值理论提出一种水轮机调速器参数设计方法。方法中将运行方式变化处理为统一频率模型中的摄动,且在评价输出权函数中包含了稳定性参数与跟踪性能参数,使得所设计参数能同时满足多个运行方式的稳定性与跟踪性能要求。所提方法的有效性通过云南电网算例得到了验证。     

基于录波曲线的电力系统低频振荡事故原因分析与抑制策略

如何快速确定电力系统低频振荡的原因并进行有效抑制,一直是一个备受关注的课题。提出基于录波曲线的电力系统低频振荡问题分析及抑制一体化新策略。首先,进行系统的特征值分析,根据系统是否存在与现场录波曲线振荡频率一致的振荡模式,判断系统发生的低频振荡属于强迫振荡还是弱阻尼振荡。然后,根据系统振荡的类型采用不同抑制策略,若系统振荡属于强迫振荡,进一步以探测排查的方式确定强迫振荡源的位置并消除振荡源,从而消除低频振荡;若系统振荡属于弱阻尼振荡,进一步通过阻尼转矩分析判断弱阻尼是由励磁系统还是调速系统引起,针对由励磁系统及调速系统引起的弱阻尼低频振荡,分别提出采用配置电力系统稳定器及优化调速系统参数进行振荡的抑制。方案的有效性和正确性通过实际系统的算例得到验证。     

调速器参数对水电主导系统稳定性影响及整定

水电主导调频的系统容易发生频率振荡现象,故在整定水轮机调速器PID参数时,往往以频率的小干扰稳定为目标进行优化。本文基于阻尼转矩法,分析了PID参数对频率振荡转矩和低频振荡转矩的影响,并通过四机二区系统进行了验证,研究结果表明,调整PID参数抑制频率振荡的同时,可能会加剧系统的低频振荡。最后提出一种适用于水电主导调频系统的PID参数整定方法,该方法在提高系统频率稳定性的同时,不会恶化弱阻尼低频振荡模式。     

电力系统低频振荡分析

通过对两种低频振荡分析方法的讨论,阐明了电力系统低频振荡的数学特征;并进一步探究了低频振荡的负阻尼机理和共振机理,综合对比分析这两种机理的区别,揭示了低频振荡的本质和诱发振荡的根本原因,探讨了针对不同机理产生的低频振荡的具体抑制方法,为低频振荡的抑制提供了详细的参考策略,保障电力系统稳定运行。     

水轮机调速器与电网负荷频率控制

在现代电力系统中，水轮机调速器已成为水轮机控制系统的控制核心。文中叙述了水轮机调速器与电网负荷频率控制之间的关系，分析了调速器在电网一次调频、二次调频中的作用、静态特性和动态特性;通过建模、仿真及现场试验，提出了机组并联于大电网工况下的调速器PID参数整定范围和应有的机组功率控制模式。     

利用暂态能量分析同步发电机调速控制对稳定性的控制效果

故障期间形成的暂态能量造成发电机的摇摆振荡，故障切除后，该暂态能量（TE）是增加还是减少将决定发电机的振荡是增幅还是减幅，TE反映了发电机稳定性受到危害的程度.以单机无穷大系统为例，给出了不同故障类型下TE随时间变化的曲线，分析了汽轮机模型、水轮机模型以及调速系统附加鲁棒控制（GAHC）对TE的影响.通过理论分析和对比仿真实验得到的TE和转速曲线表明：汽轮机调速系统有助于TE衰减，水轮机的水锤效应在故障开始后的一段时间内不利于TE的衰减;从理论上证明了GAHC加快TE衰减提高同步发电机稳定性的作用;利用TE能够定量直观地评价控制方法对发电机稳定性的控制效果。     

DFIG并网对电网低频振荡特性的影响研究

风电装机容量的增长使其对电力系统的影响更加明显,因此研究风电并网对电力系统低频振荡特性的影响,对确保电网的稳定运行具有重要意义。文中建立了完整的3机9节点电力系统模型,运用改进Fast ICA与Prony算法相结合的方法研究双馈风电机组并网对电力系统低频振荡特性的影响。分析结果表明,风电机组的接入为系统引入一个新的低频振荡模式,并且随着风电机组接入容量与接入位置的不同,振荡模式的阻尼特性也随之发生变化。     

带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式优化研究

通过现场实测及数值仿真研究了带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程。提出了一种基于“三区模型”的带变顶高尾水隧洞小波动过渡过程的仿真方法,并推导了状态方程组,基于调速器PLC程序及参数实测建立了水轮机调速器功率模式的仿真模型,利用现场真机试验对仿真模型进行了验证。针对带变顶高尾水隧洞水电机组的特点,从降低功率反调,提高调功速度,保证功率调节过程稳定性的角度出发,采用了“慢-快-慢”的“三段式调节”的方式改善调速器功率调节的动态品质。通过数值仿真对调速器的功率调节策略及参数进行了优化,优化后机组功率调节速度明显提高,功率反调值降低,改善了调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程性能。     

Frequency Stability of Isolated Hydropower Plant with Surge Tank Under Different Turbine Control Modes

Currently, the Thoma criterion is often violated to diminish the cross-section of the surge tank; therefore, the surge fluctuation is aggravated and the frequency stability becomes more deteriorative. The focus of this article is on stabilizing the low-frequency oscillation of an isolated hydropower plant caused by surge fluctuation. From a new perspective of hydropower plant operation mode, frequency stability under power control is investigated and compared with frequency control by adopting the Hurwitz criterion and numerical simulation. In a theoretical derivation, the governor equations of frequency control and power control are introduced to the mathematical model. For numerical simulation, a governor model with a control mode switch-over function is built. The frequency oscillations under frequency control, power control, and control mode switch-over are simulated and investigated, respectively, with different governor parameters and operation cases. The result shows that the power control has a better performance on frequency stability at the expense of rapidity compared with the frequency control. Other recommendations regarding worst operation cases and choice of control modes are also developed.     

异步联网方式下云南电网超低频振荡的机理分析与仿真

2016年云南电网与南方电网主网将实施异步联网运行方式,然而在异步联网系统试验中进行预设的直流功率提升等试验项目时发现云南电网频率出现长时间超低频率的振荡。通过大量现场试验数据分析,锁定了水电机组调速系统是造成本次振荡的直接原因,并对水电机组调速系统在振荡过程中提供负阻尼的机理进行了分析。在此基础上,利用离线数据仿真成功复现了试验过程中的超低频振荡现象,验证了理论分析的正确性,最后对下一步工作提出了初步建议。