电力系统低频振荡的抑制PPT课件
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3，低频振荡产生的机理——欠阻尼机理 ：低频振荡产生的 机理比较复杂,目前主要运用De Mello提出的阻尼转矩的概 念对单机-无穷大系统产生低频振荡现象的原因进行分析和 解释. 低频振荡产生的根本原因是由于系统中产生了负阻 尼,抵消了系统固有的正阻尼,使得系统的总阻尼很小或为 负值.在欠阻尼的情况下,一旦出现扰动,将逐渐被放大,从 而引发功率振荡.对于多机系统的振荡机理就是对单机-无 穷大系统概念上的推广.一个多机系统会出现多个不同频率 的振荡,每一个频率的振荡称为一个低频振荡模式,也称为 机电振荡模式.一般认为在一个由n台发电机组成的系统中, 对应的机电振荡模式会有n-1个,但通常只关心负阻尼和阻 尼不足的模式.
• 1，低频振荡的产生：电力系统中各发电机通过 输电线路并列运行时，在扰动下某些发电机转 子之间会出现相对摆动，若阻尼不足则会发生 持续的振荡。
• 2，低频振荡的性质： 低频振荡的性质取决于 系统阻尼。（1）当系统阻尼足够大时（2）当 系统阻尼大于零，但阻尼很小时，称为弱阻尼 （3）当系统阻尼小于零时，称为负阻尼。
尼明显下降等现象。
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二，电力系统低频振荡
1，电力系统低频振荡的定义：发电机的转子角、
转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生 近似等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，一般在0.1－ 2.5Hz，故称为低频振荡。
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2，电力系统低频振荡的分类
电力系统低 频振荡分为 两种类型
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感谢您的观看！
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的。其基本原理是在自动电 压调节AEF的基础上,辅以转 速偏差(Δω) 、功率偏差
(ΔPe 或ΔPd ) 、频率偏差 (Δf)中的一种或两种信号作
为附加控制,产生与Δω同轴 的附加力矩,增加对低频振荡 的阻尼,以增强电力系统动态
稳定性。
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这里只分析以发电机电功率为输入信号的工作原理。在 Δδ—Δω矢量图上（图1）, 与发电机转速ω正方向同 相的力矩为正阻尼力矩, 与发电机功角δ正方向同相的力 矩为正同步力矩,由于励磁系统中发电机的励磁机等均有 一定惯性, 造成发电机内电势ΔEq及电磁力矩ΔTe1滞后 Δδ一角度ϕ1, 因此, 励磁系统的滞后特性, 使其电磁 力矩在ω轴上产生一个负阻尼力矩。由于励磁系统的负阻 尼是产生低频振荡的主要因素, 为了改善系统的阻尼状 况,PSS取一ΔPe为输人量, 该电功率经PSS的超前一滞后 环节后输出一滞后于-ΔPe的电压量ΔUpss, 将此电压量 加人励磁调节器, 其产生的电磁力矩ΔT将滞后于ΔUpss 一角度ϕ2。由矢量图图1可知, 励磁系统总的电磁力矩 ΔTe, 在PSS加入一ΔPe信号时, 将产生正的阻尼力矩和 正的同步力矩, 从而达到抑制系统低频振荡, 提高系统稳 定性的作用。
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使用电力系统稳定器的目的是通过发电机励磁控制增强对系统 振荡的阻尼来扩大电力输送的稳定极限。它能提供正阻尼的附 加励磁控制,常见镇定参量有角速度、功率和频率,主要由放大、 复位和超前滞后等校正环节等组成,输出则和机端电压一起作 为励磁系统的入。 PSS基于系统在某一平衡点处的近似线性化 模型设计,针对性强,易于实现,抑制低频振荡的效果显著,获得 了广泛应用。常规PSS消除负阻尼作用是通过励磁控制系统实 现的。 PSS对转速或其他信号的变化响应使发电机产生一个与 速度同相位的电功率输出的变化。这种电功率输出的变化一部 分是通过励磁调节直接调制有功功率的输出;另一部分是通过 调制无功功率输出,改变系统电压,引起电压灵敏的负荷发生变 化,从而间接地调制了有功功率的输出。PSS调制无功功率的有 效性与负荷的位置和类型(特性) 、电压控制的相关程度及振 荡模式有很大关系。常规PSS仍然是抑制电力系统低频
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振荡,改善小干扰稳定性的主要手段。新型PSS也不断涌 现,主要涉及PSS在多机系统中的配置、参数整定以及提 高鲁棒性和适应性等问题研究。在控制规律方面,开展 了从经典的PID控制到最优控制、非线性控制以及各种 智能控制的研究。
3，高压直流输电系统（HVDC）调制
当交直流输电线路联合运行时,由于直流输电的功率能 快速控制,因此将交流输电线路的控制回路的低频功率振荡 信号引入到直流输电线路的控制回路,能有效抑制低频振荡。
31
引言
2
电力系统低频振荡
3
低频振荡基本原理
4
低频振荡的抑制措施
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一，引言
• 随着西电东送和全国联网工程的实施，我国即将形成世界上屈指可数的超大规模复杂电 网。但随着电网规模的日趋庞大,局部地区的扰动可能会影响整个电网的正常运行,甚至 出现国内外均未见报道的一些异常动态行为。如由于电网规模庞大和复杂, 导致各子网 暂态稳定水平下降, 输电线路传输功率极限较联网前更低于热稳极限, 我国已于2003 年九月联网后观察到全系统出现频率低至0.13Hz的超低频振荡,暂态不平衡功率跨区域 传播, 及由于联络线的功率振荡幅值远远大于预期的计算结果,致使整个互联电网的阻
将直流调制的机理直观地理解为:如果dδ/dt > 0
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或者Δf > 0,表示发电机转子趋向于加速并积聚动能,而通
过直流系统的功率调制功能可以缓解动能的积聚,即在这段 时间内增大直流系统的输送功率,使发电机的输出功率增加, 从而使系统稳定;反之亦然。在高压直流输电上采用各种调 制技术,例如双侧频率调制,也是提高互联电网动态稳定性 的有效措施。直流调制技术的应用对提高“区域间振荡模 式”阻尼的效果尤为明显。美国WSCC的交直流输电系统就 采用了这一控制技术。但是,运行实践表明,直流输电系统 发生单极或双极闭锁的几率比较高,故还不能仅仅依靠这一 措施来解决“区域间振荡模式”的负阻尼或弱阻尼问题,它 应该是PSS的一个重要而有效的补充。
系
统
对
采用直流输电方案，避免功率振荡
策
在长距离输电线路上装设静止无功补偿器作电压支撑
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采用电力系统稳定器PSS作为励磁附加控制
利用静止无功补偿器的附加控制
二
次
系
直流输电的附加控制或直流功率提供附加阻尼
统
对
策
采用线性励磁控制装置改善系统动态性能
采用非线性最优励磁装置改善系统动态性能
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四，低频振荡的抑制措施
对低频振荡机理的分析表明,抑制它的关键是减小系统的负 阻尼或通过附加控制提供额外的阻尼.因此，抑制低频振荡 的措施主要可分为以下两个方面，即一次系统对策和二次 系统对策。
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1，低频振荡的抑制措施
增强网架，减少重负荷输电线
一
次
采用串联电容，减少送受端的电气距离
但一次系统的对策受经济、环境等因素的制约较大，难以无限 制地使用。利用二次系统来抑制低频振荡，具有价格低、易实 现、性能良好，以及经济效益显著等优点，是抑制低频振荡的 主要方法。
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2，利用电力系统稳定器PSS抑制电力系 统的低频振荡
PSS最早是由美国学者F P demello和C Conco2dri提出
1，局部模态 （Local Modes）
2，区域间模态
（Interarea Modes）
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3，电力系统振荡的结果
1
从发电机角度 来看 ：保持同 步运行；失去 同步 。
2
从系统的角度 来看：稳定遭 到破坏，系统 解列；振荡的 幅值逐步减小， 平息振荡。
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三，低频振荡基本原理
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总的来说，电力弱互联系统中的区域联络线阻抗将大幅度 降低系统的电磁阻尼转矩，系统阻尼很小或为负值是低频 振荡产生的根本原因。抑制低频振荡可通过附加控ຫໍສະໝຸດ Baidu提供 额外阻尼，这些附加控制一般集中在发电和输电部分，发 电侧主要是对励磁系统增加附加稳定控制，输电侧主要是 利用柔性交流输电技术（FACTS）和直流输电的功率调制技 术来提供附加控制。以及，通过加强电网之间的联络，这 都是解决低频振荡问题的根本手段。
3，低频振荡产生的机理——欠阻尼机理 ：低频振荡产生的 机理比较复杂,目前主要运用De Mello提出的阻尼转矩的概 念对单机-无穷大系统产生低频振荡现象的原因进行分析和 解释. 低频振荡产生的根本原因是由于系统中产生了负阻 尼,抵消了系统固有的正阻尼,使得系统的总阻尼很小或为 负值.在欠阻尼的情况下,一旦出现扰动,将逐渐被放大,从 而引发功率振荡.对于多机系统的振荡机理就是对单机-无 穷大系统概念上的推广.一个多机系统会出现多个不同频率 的振荡,每一个频率的振荡称为一个低频振荡模式,也称为 机电振荡模式.一般认为在一个由n台发电机组成的系统中, 对应的机电振荡模式会有n-1个,但通常只关心负阻尼和阻 尼不足的模式.
• 1，低频振荡的产生：电力系统中各发电机通过 输电线路并列运行时，在扰动下某些发电机转 子之间会出现相对摆动，若阻尼不足则会发生 持续的振荡。
• 2，低频振荡的性质： 低频振荡的性质取决于 系统阻尼。（1）当系统阻尼足够大时（2）当 系统阻尼大于零，但阻尼很小时，称为弱阻尼 （3）当系统阻尼小于零时，称为负阻尼。
尼明显下降等现象。
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二，电力系统低频振荡
1，电力系统低频振荡的定义：发电机的转子角、
转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生 近似等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，一般在0.1－ 2.5Hz，故称为低频振荡。
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2，电力系统低频振荡的分类
电力系统低 频振荡分为 两种类型
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的。其基本原理是在自动电 压调节AEF的基础上,辅以转 速偏差(Δω) 、功率偏差
(ΔPe 或ΔPd ) 、频率偏差 (Δf)中的一种或两种信号作
为附加控制,产生与Δω同轴 的附加力矩,增加对低频振荡 的阻尼,以增强电力系统动态
稳定性。
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这里只分析以发电机电功率为输入信号的工作原理。在 Δδ—Δω矢量图上（图1）, 与发电机转速ω正方向同 相的力矩为正阻尼力矩, 与发电机功角δ正方向同相的力 矩为正同步力矩,由于励磁系统中发电机的励磁机等均有 一定惯性, 造成发电机内电势ΔEq及电磁力矩ΔTe1滞后 Δδ一角度ϕ1, 因此, 励磁系统的滞后特性, 使其电磁 力矩在ω轴上产生一个负阻尼力矩。由于励磁系统的负阻 尼是产生低频振荡的主要因素, 为了改善系统的阻尼状 况,PSS取一ΔPe为输人量, 该电功率经PSS的超前一滞后 环节后输出一滞后于-ΔPe的电压量ΔUpss, 将此电压量 加人励磁调节器, 其产生的电磁力矩ΔT将滞后于ΔUpss 一角度ϕ2。由矢量图图1可知, 励磁系统总的电磁力矩 ΔTe, 在PSS加入一ΔPe信号时, 将产生正的阻尼力矩和 正的同步力矩, 从而达到抑制系统低频振荡, 提高系统稳 定性的作用。
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使用电力系统稳定器的目的是通过发电机励磁控制增强对系统 振荡的阻尼来扩大电力输送的稳定极限。它能提供正阻尼的附 加励磁控制,常见镇定参量有角速度、功率和频率,主要由放大、 复位和超前滞后等校正环节等组成,输出则和机端电压一起作 为励磁系统的入。 PSS基于系统在某一平衡点处的近似线性化 模型设计,针对性强,易于实现,抑制低频振荡的效果显著,获得 了广泛应用。常规PSS消除负阻尼作用是通过励磁控制系统实 现的。 PSS对转速或其他信号的变化响应使发电机产生一个与 速度同相位的电功率输出的变化。这种电功率输出的变化一部 分是通过励磁调节直接调制有功功率的输出;另一部分是通过 调制无功功率输出,改变系统电压,引起电压灵敏的负荷发生变 化,从而间接地调制了有功功率的输出。PSS调制无功功率的有 效性与负荷的位置和类型(特性) 、电压控制的相关程度及振 荡模式有很大关系。常规PSS仍然是抑制电力系统低频
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振荡,改善小干扰稳定性的主要手段。新型PSS也不断涌 现,主要涉及PSS在多机系统中的配置、参数整定以及提 高鲁棒性和适应性等问题研究。在控制规律方面,开展 了从经典的PID控制到最优控制、非线性控制以及各种 智能控制的研究。
3，高压直流输电系统（HVDC）调制
当交直流输电线路联合运行时,由于直流输电的功率能 快速控制,因此将交流输电线路的控制回路的低频功率振荡 信号引入到直流输电线路的控制回路,能有效抑制低频振荡。
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引言
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电力系统低频振荡
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低频振荡基本原理
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低频振荡的抑制措施
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一，引言
• 随着西电东送和全国联网工程的实施，我国即将形成世界上屈指可数的超大规模复杂电 网。但随着电网规模的日趋庞大,局部地区的扰动可能会影响整个电网的正常运行,甚至 出现国内外均未见报道的一些异常动态行为。如由于电网规模庞大和复杂, 导致各子网 暂态稳定水平下降, 输电线路传输功率极限较联网前更低于热稳极限, 我国已于2003 年九月联网后观察到全系统出现频率低至0.13Hz的超低频振荡,暂态不平衡功率跨区域 传播, 及由于联络线的功率振荡幅值远远大于预期的计算结果,致使整个互联电网的阻
将直流调制的机理直观地理解为:如果dδ/dt > 0
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或者Δf > 0,表示发电机转子趋向于加速并积聚动能,而通
过直流系统的功率调制功能可以缓解动能的积聚,即在这段 时间内增大直流系统的输送功率,使发电机的输出功率增加, 从而使系统稳定;反之亦然。在高压直流输电上采用各种调 制技术,例如双侧频率调制,也是提高互联电网动态稳定性 的有效措施。直流调制技术的应用对提高“区域间振荡模 式”阻尼的效果尤为明显。美国WSCC的交直流输电系统就 采用了这一控制技术。但是,运行实践表明,直流输电系统 发生单极或双极闭锁的几率比较高,故还不能仅仅依靠这一 措施来解决“区域间振荡模式”的负阻尼或弱阻尼问题,它 应该是PSS的一个重要而有效的补充。
系
统
对
采用直流输电方案，避免功率振荡
策
在长距离输电线路上装设静止无功补偿器作电压支撑
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采用电力系统稳定器PSS作为励磁附加控制
利用静止无功补偿器的附加控制
二
次
系
直流输电的附加控制或直流功率提供附加阻尼
统
对
策
采用线性励磁控制装置改善系统动态性能
采用非线性最优励磁装置改善系统动态性能
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四，低频振荡的抑制措施
对低频振荡机理的分析表明,抑制它的关键是减小系统的负 阻尼或通过附加控制提供额外的阻尼.因此，抑制低频振荡 的措施主要可分为以下两个方面，即一次系统对策和二次 系统对策。
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1，低频振荡的抑制措施
增强网架，减少重负荷输电线
一
次
采用串联电容，减少送受端的电气距离
但一次系统的对策受经济、环境等因素的制约较大，难以无限 制地使用。利用二次系统来抑制低频振荡，具有价格低、易实 现、性能良好，以及经济效益显著等优点，是抑制低频振荡的 主要方法。
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2，利用电力系统稳定器PSS抑制电力系 统的低频振荡
PSS最早是由美国学者F P demello和C Conco2dri提出
1，局部模态 （Local Modes）
2，区域间模态
（Interarea Modes）
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3，电力系统振荡的结果
1
从发电机角度 来看 ：保持同 步运行；失去 同步 。
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从系统的角度 来看：稳定遭 到破坏，系统 解列；振荡的 幅值逐步减小， 平息振荡。
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三，低频振荡基本原理
第16页/共19页
总的来说，电力弱互联系统中的区域联络线阻抗将大幅度 降低系统的电磁阻尼转矩，系统阻尼很小或为负值是低频 振荡产生的根本原因。抑制低频振荡可通过附加控ຫໍສະໝຸດ Baidu提供 额外阻尼，这些附加控制一般集中在发电和输电部分，发 电侧主要是对励磁系统增加附加稳定控制，输电侧主要是 利用柔性交流输电技术（FACTS）和直流输电的功率调制技 术来提供附加控制。以及，通过加强电网之间的联络，这 都是解决低频振荡问题的根本手段。