基于PSS配置的电力系统低频振荡研究

１２ 低 频振 荡产 生的机 理 ．
Ｏ 引言
在现 代 电网 的诸 多安全 稳定 问题 中 ，小干 扰稳
定是 较为 突 出和 重要 的问题 之一 。 电力系 统受 到小
在低 频振 荡研究 领域 ， 界各 国的专 家 、 世 学者 提
出 了一些 不尽 相 同的低频 振荡 产生 机理 ，主要 的观
Ｔ ＯＺ Ａ Ｉ 特 ＥＧＡ ＨＵ Ｎ Ｄ
稿
专
递
基于Ｐ Ｓ 置 的电力 系统低 频振荡研 究 Ｓ
刘春梅 ， 詹 昕， 王 凯
（ 武汉 大学 电气工程 学 院 ， 湖北 武 汉
摘
４ ０７ ） ３ ０ ２
要 ： 先 介 绍 了电力 系统 低 频 振 荡 的 原 理 、 究概 况 和 抑制 措 施 ， 后 利 用 Ｐ Ａ Ｐ 行 系 统 的 小 干 扰 稳 定 计 首 研 然 Ｓ Ｓ进
２ 选择 各个 模 式下 相关 因子最 大 的机 组 。从 表 ｌ ） 可
１ ．２ １ ％ 一 共有６ 低频 振荡模 式 。低 频振荡 最相关 个
机组 为２ ４ ７ ５ ３ １ 、 、 、 、 、号机 组 。
表 １ 特 征 值简 表
３２１ ８ ．． 号机组 装设Ｐ Ｓ Ｓ１
装设 Ｐ Ｓ 后 ｒ ４， 扰 计 算 结果 见表 ３ 表 ４ 在 Ｓ１ ｔ － ３ 干 ， 、 （ 下 面 的特 值 简表 巾只列 出了低频 振荡模 式 ） 。
点有 ： 阻尼机 理 、 振机 理 、 负 谐 强制性 共振 机理 、 沌 混 现象 以及分 岔 理论 。
１３ 低频 振 荡的分 析方 法 ．
扰动 之后 可能 出现 的不 稳定 通常 是低 频振 荡 。电力 系 统稳 定 器 （ Ｓ ） 抑 制 低 频 振 荡 的 有 效 手 段 ［ ］ ＰＳ是 １。 － ６ ＰＳ Ｓ 虽然 理 论上 能增 大 系统 正 阻 尼 、 抑制 低 频 振 荡 ． 但是在 复杂 多机 系统 中 ，型号及 配置地 点 的选择 是 相 当复杂且 重要 的 ， 若选 择不 当 ， 甚至会 使 系统低 频 振荡更 为严重 本 文利用 Ｐ Ａ Ｐ 。 Ｓ Ｓ 软件 来分 析 系统 的 低频振 荡并提 出一 套安 装Ｐ Ｓ Ｓ 的有 效 方法 。
表８ ３ 号机 组 装 设 Ｐ Ｓ 后 的特 征 值 简 表 Ｓ ｌ
表６ ２ 机 组 装设 Ｐ Ｓ１ 的 特 征 向量 简 表 号 Ｓ 后 表 ９ ３ 机组 装 设 Ｐ Ｓ 后 的特 征 向量 简 表 号 Ｓ １
的 频 率 是 １ ２ Ｈｚ １ ３ Ｈ 、． ｚ １ ８ Ｈｚ０８ ． 、． ｚ １ ４ Ｈ 、． 、．１ ８ ６ １ ０
Ｈｚ ．相应 的 阻尼 比为６８ ％ 、． ％ 、．８ １ ． ％、 ． ８ ９２ ０ ９ ％、 １ ７ ３ ９
７８ ％ 一共 有５ 低频振 荡模 式 。低频 振荡最 相关 ． ０ 个
配 置Ｐ Ｓ 有 一 定 的优 越 性 。 Ｓ具 关 键 词 ： 频振 荡 ； 稳模 式 ； 力 系 统 稳定 器 （ Ｓ ）Ｐ Ｓ 置 低 失 电 ＰＳ ；Ｓ配 中 图分 类 号 ：Ｍ７２ Ｔ １ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ ７ ９ （ ００ １— ０ １ Ｏ １７ — ５ ８ ２ １ ）２ ０ １一 ５
０ １Ｈ 、 ． ｚ，相 应 的 阻 尼 比为 ９ ８ 、．８ 、１ ６ 、 ８ ． ％ ９ ％ １． ％ ４ ３ ９
７８ ． ％。一共有４ ６ 个低频 振荡模式 。 低频振 荡最相关机
组为４ ５ ７ ３ 、、 、号机组 。 （ ）２ ２ 号机 组 装设Ｐ Ｓ Ｓ９
装 设 后 的小干 扰计 算结 果 （ 见表 ７ ： ）此时造成系
一
种 低频 振荡模 式 ， 后再 根据特 征 向量 简表 （ 然 见表 以看 出这种 情况 下造 成 系统低 频振 荡 的频率 是 １ ２ ． ８
Ｈ 、．４Ｈ 、．５Ｈ 、 ． ｚ ０９ ｚ０７ ， 应 ｚ １ ｚ １ ｚ １１ Ｈ 、．８Ｈ 、 ． Ｈｚ ６ ２ ３ ７ 相 的 阻 尼 比 为 ６８ ％ 、． ％ 、 ． ％ 、．７ 、 ． ％ 、 ．９ ８７ ７ ７８ ３ ９３ ％ ４３ ４
低 频振 荡 的分析 方法 有特 征值 分析法 、时域 仿 真法 、传递 函数 辨识 法 和其他 非线 性方法 如 分岔 分
析法 、 混沌 分析 法 、 规形 分析 法 、 正 神经 网络等 。
２ Ｐ Ｓ 理 分 析 Ｓ 原
低 频 振荡 的产生 是 因 为系 统 阻尼 减 小， 么抑 那
按 照参与 机组 和振荡 频率 的不 同 ，电 力系统 的
低 频振荡 可分 为两类 ，即全局振 荡模 式 和局 部振 荡 模式 ｌ ７ ｌ 。局部振 荡模 式也 称为本 地模 式 ， 其机 电振荡 只与邻 近的几 台发 电机转 子摇摆 有关 ，振 荡频 率 为
０７ ２ ｚ 全局振荡 模式 主要 表现 为系统 一 个 区域 ． ．Ｈ 。 ～０ 的发 电机相 对 于 另一个 区域 发 电机 的相对 摇 摆 ． 也
釜 Ｈ 釜
隔直 超 前 后 滞
放 大 、 限 幅
ｓ
况下 ， 一旦 发生 会通过 联络线 向全系统 传播 ， 控制 如
措施 不 当会 引发 严重 的 电网事故 １ 。
收 稿 日期 ：００ １— １ ２１—１ １
图１ 电 力 系 统稳 定 器 通 用 框 图
电力 系 统稳 定 器Ｐ Ｓ Ｓ 由滤波 、 隔直 、 前 一 后 、 超 滞
算 ， 出 系统 存 在 的失 稳 模 态 以及 引起 该 失 稳 模 态 的主 要 原 因和 相 关 设 备 ， 此 基 础 上 提 出采 用 按 规 律 配 置 电 找 在
力系统稳定 器（ Ｓ ） 随意 配置Ｐ Ｓ 两种方法来抑制 系统 的低频振荡。经过 比较得知 ， Ｐ Ｓ及 Ｓ这 按规律配置Ｐ Ｓ Ｓ 较随意
装设 后 的小干 扰计算 结果 （ 表５ 表６ ： 时造 见 、 ）此
表 ５ ２ 机 组 装 设 Ｐ Ｓ１ 的 特 征 值 简表 号 Ｓ 后
１． ％ 、２ ５ ２ １ ５ １． ％。相 关 冈子最 大 的机 组 依次 是 ４５ ０ 、、 ７８ 机 组 。 机 组 ３ 设 Ｐ Ｓ 抑 制 了 自身 的低 频 振 、号 装 Ｓ１
法依 次装设 Ｐ Ｓ 直 到成功抑 制 系统 的低 频振荡 。将 Ｓ，
这 种方式 称为方 法 １ 。
因为抑制 了 自身的低频 振荡 ， 因此 在８ 号机 组装
设 Ｐ Ｓ 是成 功 的 ，接 下来 选择 在 阻 尼 比最小 的 ２ Ｓ１ 号
机组装设 Ｐ Ｓ Ｓ。
３ ． ２ 机 组 装设 Ｐ Ｓ ．２ 号 ２ Ｓ
表７ ２ 号机 组 装 设 Ｐ Ｓ 后 的特 征 值 简 表 Ｓ ９
３２３ ３ 机 组 装 设 Ｐ Ｓ ．． 号 Ｓ１
装设 后 的小干 扰计算 结果 （ 表８ 表９ ： 见 、 ） 此时造
成 系 统 低 频 振 荡 的 频 率 是 １ ５ Ｈｚ １１ ｚ １１ ． 、．６ Ｈ 、．２ ６ （ ） 号机组 装设Ｐ Ｓ １２ Ｓ１ Ｈ 、．１ ｚ 相 应 的 阻 尼 比 为 ９６ ％ 、２０ ％ 、 ｚ０８ Ｈ ， ．３ １．６
● 霪。 。
蠢 稃 雾 碧 Ｔ Ａ Ｕ ＮＤ 专 Ｅ ＯＺ Ａ Ｇ Ｈ
校正、 放大 、 幅等 环节 组 成 。Ｐ Ｓ 限 Ｓ 的输 加入 到励 磁 系统 的电压迭 加点 。
表２ 特 征 向量 简 表
３ 算 例 分 析
以８ ６ 机３ 节点 系统 为研 究对 象 ， 通过 计算 系统 的 小 干 扰稳 定性 及 系统 的低 频振 荡 ，研 究 Ｐ Ｓ 置 的 Ｓ装
在２ 机组分 别装设 Ｐ Ｓ 和 Ｐ Ｓ ， 号 Ｓ １ Ｓ ９ 并查看 效果 。
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稿
专
递
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பைடு நூலகம்
表４ ８ 机 组装 设 Ｐ Ｓ １ 的 特 征 向 量简 表 号 Ｓ 后
成 系统 低频 振 荡 的频 率 是 １ ５Ｈ 、． 、． ｚ ． ｚ １ ４Ｈｚ１ ８Ｈ 、 ６ １ ０
１ 电 力 系统 低 频 振 荡
１１ 低 频振 荡 问题 ．
制 低频 振荡 的手段 就是 减小 负 阻尼 或增加 正 阻尼 。 Ｐ Ｓ 通过 增加 正 阻尼来 抑制 低频 振荡 的 。 Ｓ是 ＰＳ Ｓ 的根本 原理 是进 行相 位补偿 。Ｐ Ｓ Ｓ 采用 △ 、
△ 或△ 力 中的 １ 或２ 信号 作为 附加 反馈 控制 ，能增 个 个
统低频振荡 的频率是 １ ３ 、． ｚ１ ４Ｈ 、． ｚ ． １ ４Ｈ 、． ｚ１ ８Ｈ 、 ８ Ｈｚ ６ １ ０ ０ １Ｈ ，相 应 的 阻 尼 比 为 １． ％ 、０ ５ 、． ％ 、 ． ｚ ８ ７ ６ １． ％ ９ ８ ６ ２ ３ １ ． ％、． ％。与２ １６ ７ ９ ９ ７ 号机组 装设Ｐ Ｓ Ｓ 比， 了一个振 Ｓ ＩＨ 多 荡模式 。因此选择在２ 号机组装设Ｐ Ｓ 。 Ｓ １
基 金 项 目 ： 央 高校 基 本 科 研 业 务 费 专项 基金 资 助 （ｏ ｏ １５ ０ ） 中 ２ ｌ２ ０ ０ ２ 作者简介 ： 春梅 （９７ ）女 ， 刘 １ ８一 ， 湖北 鄂 州 人 ， 硕士 研 究 生 ， 研究 方 向为 电 力 系统 稳 定 分 析 。
ｉ ＿ ０
机 组 为２ ４ ５ ７ ３ 、 、 、 、号机 组 。
机组是 ｌ 号机 组 ， 由于 １ 机组 是参考 机组 ， 但 号 没有励
磁装 置 ， 无法￣ Ｐ Ｓ 冈此选 择 相 关 因子第 二 大 的 故 ＨＳ， ８ 号机组 先 尝试在 ８ 号机 组直接 装设Ｐ Ｓ 。再根据 Ｓ １ ８ 号机 组装设 后 的小干扰 计算 结果 、 照上述 判断方 依
３ Ｓ 。
３ １ 原 系统 的小干扰 稳定计 算 ．
小干扰 稳定计 算结 果 ： 先根 据特征 值简表 （ 首 见
表 １， ） 选择 频率 在 ０２ ２ ｚ 阻尼 比较 小 及机 电 旧 ． ．Ｈ 、 ～０ 路 相关 比较 大 的特 征值 ， 时 的一 个 特征 值也 称 为 此
加 正 阻尼 ， 降低励 磁 系 统 电压 环 节 的增 益 ， 不 不影 响 励磁 系统 的暂 态性 能 ， 电路 简单 ， 果 良好， 国内 其 效 在 外 都得 到 了广 泛 的应 用 ｌ ６ Ｓ 的通 用框 图如 图 １ ｌ］ Ｓ Ｕ 。Ｐ
所示 。
称 为区 问模 式 ， 荡频 率在０１ ０７Ｈ ［ 。 比而言 ， 振 ．～ ． ｚ 相 全局 振荡模 式 的危害性 更 大 ，在 缺乏 足够 阻尼 的情
表 ３ ８ － 组 装 设 Ｐ Ｓ１ 的特 征 值简 表 ｇ机 Ｓ 后
３２ 按规 律配 置Ｐ Ｓ ． Ｓ
根据 系统小 十扰计 算 的结果来 装设 电力 系统 稳
定 器 装 设 Ｐ Ｓｔ， 选择 阻尼 比最小 的模 式 ， 、 Ｓ￣ 先 ， 冈为 这 种模 式 的低频 振 荡最 严 重 ，应 该首 先 加 以抑制 。 根 据 正常 系统 的特 征 值简 表 和特 征 向量 简表 ， 知道 低 频振 荡 中 阻尼 比最 小 的模式 中 ， 关 因子 最 大 的 相 从表 ３ 以看 这种 情 况 下造 成 系统低 频 振荡 可
配置情 况 ， 配置地 点 的选 择 、 如 配置参数 的确 定等 。
此 系统 是Ｐ Ａ Ｐ Ｓ Ｓ 中的算例 。本 次 系统设 定 的小 干扰 为母线 ｌ 上 的负 荷 随机波 动 ， ９ 波动 功率Ｐ Ｉ ｓ ＝ ＋ｉ ｎ ｆ． ＋ ０ １０８ ｓ ｆ． ） 始时 间 为０ｓ， ０５ １ 。 ．８ｉ ０８ ， ｔ ＋ ｎ ｔ开 结束 时 间 为