电力系统低频振荡现象以及实例浅析

电力系统低频振荡现象以及实例浅析

黄河万家寨水电站(山西偏关万家寨) 薛善启李焱刚

【摘要】本文阐述了电力系统低频振荡的原因和解决的办法,并用万家寨电站低频振荡的实例进行浅析,使读者便于理解。

【关键词】电力系统;低频振荡;分析;处理

1. 电力系统低频振荡的概念

电力系统振荡分为同步振荡和异步两大类，同步振荡以低频振荡为主。异步振荡是两个联络运行的系统或发电厂，因为短路事故或不同期并列等原因，系统的静态或暂态稳定招到破坏，出现异步运行传送功率电流电压发生来回中期性的振荡，这是很严重的一类电力系统事故。而电力系统发生比较频繁的一种振荡现象却是低频振荡，这类事故多半发生在重负荷弱联系或远距离弱联系的系统或电厂之间，在联络的电厂采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。低频振荡持续的频率很低，周期一般在0.5秒到5秒之间。低频振荡的发生一般有下面几种情况：a. 系统在负阻尼时发生的自发功率振荡。b. 系统在受到扰动后，由于阻尼弱其功率振荡长久不能平息。c.系统振荡模式与系统中某种功率波动的频率相同，且由于弱阻尼，使联络线上该功率波动得到放大，产生强烈的功率振荡。d.由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路藕合产生的机电振荡。

2．电力系统低频振荡的一般现象和判断

电力系统低频振荡发生后，由于联络运行的系统间或电厂间还处于同步运行状态，所以往往让运行调度值班人员很难确认正在发生的低频振荡的现象或判断低频振荡的发生根源。低频振荡发生时候振荡中心附近将有下面一些现象：a.系统频率发生小幅周期性的变化。b.机组、线路功率发生周期性摆动。

c.机组、母线以及线路电压发生周期性的小幅摆动，可能出现电压越限报警。

d.省网间或大区联络线功率发生周期性摆动。低频振荡很重要的一个特别就是电气量的周期性异常变化以及虽然同步但不稳定的运行状态，另外低频振荡的发生还可能与系统运行方式的改变息息相关。比如多条联络线运行的某电厂与变电站间某条联络线退出运行等。运行调度值班人员可以从这些现象和线索中推断低频振荡的发生以及振源方位，以便快速进行处理。

3.电力系统低频振荡处理方法

由于电力系统低频振荡发生的原因多与系统联络阻尼功率系数小有关，有的甚至出现负阻尼系统。当系统受到扰动，发电机转速调节时或发电机固有振荡频率与系统功率波动频率相同时共振都可能发生电力系统低频振荡。所以发生低频振荡时应设法以减小系统阻尼等措施将振荡消除。a.退出快速响应的机组有功无功二次调频调压装置包括有功PID无功PID等，增大机组阻尼系数，尽量由机组调速器励磁调节器自发调节。b.在不超过系统电压运行上限的情况下尽量增加机组无功功率，可以减小发电机攻角提高发电机静稳极限，增加减速面积，有利于低频振荡平息。c.让电厂机组PSS电力系统稳定装置投入增加机组阻尼系数。d.电压降低很大时投入励磁系统的强行励磁装置，提高机组静态稳定。e.在保证系统有功供给平衡并系统频率不能低于49.5HZ的前提下特别是满负荷运行的发电机组应尽量降低机

组有功功率到合理范围，以降低联络负荷功率，增加减速面积，增加系统静态稳定。e.系统频率很低接近49.5HZ应适当增加机组有功或减少变电站负荷。

4.2005年9月1日万家寨电站与蒙西电网低频振荡实例浅析

2005年9月1日18点53分至21点12分发生了三次蒙西电网机组对主网的低频振荡。前两次

振荡自行平息，第三次振荡有逐渐加大的趋势，万家寨电站#1机、#3机相继跳闸，蒙西电网机组对主网的振荡平息。

4.1万家寨电站简况

万家寨并入内蒙电网共三台水轮机组（#1、#2、#3），每台机容量为180MW，机组额定电压为15.75kV。机组励磁调节器采用自并励方式，为广科所产品，现场整定的调节模式为恒电压方式。机组的PSS未投运。万永线、万杨线运行。万薛线停电，进行破口接入宁格尔变电站的切改工作。

4.2万家寨电站机组调节系统问题分析

a、万家寨电站监控系统采用恒无功控制，机组有功发生大幅度变化时，因为无功不变，由于电枢反应致使机端电压波动较大，特别是有功大幅度增加时，低端电压会明显降低。

b、万家寨电站由于监控采用恒定无功调节，励磁调节器是恒定电压调节，当改变无功出力时候，监控系统调节无功电压下降，励磁系统也会参与调节，控制方式不同，有时引发相位差，导致电压“畸变”。

4.3万家寨电站机组振荡初始工况分析

通过万家寨计算机监控系统记录波形判断：a、振荡的引发与万家寨电站机组的运行工况关系密切。b、机组发生摆动与两个条件有关：一是三台机几乎满发，二是机端电压低于15.5kV。

振荡前系统中阻尼最弱的是万家寨电站对主系统的振荡模式，阻尼比为0.002其频率为0.90Hz；增加万家寨电站机组有功出力或降低机组机端电压，会降低万家寨电站的阻尼；万家寨电站机组投入PSS，会显著增加万家寨电站的阻尼；合入万薛线，也会显著增加万家寨电站的阻尼。

“9.1”蒙西电网对主网的低频振荡是由万家寨电站的有功无功的摆动引起的。①用机组详细模型和Eq’恒定模型两种方法计算得万永线静稳极限为780MW和690MW。第一次振荡前万永线传送功率为385MW，低于静稳极限，满足要求。②如果万家寨电站1-3#机组满发，机组详细模型时为弱阻尼，可见万家寨电站发电机组模型参数对阻尼有减弱的影响。

5、万家寨电站低频振荡分析结论

a、这次振荡为低频同步振荡。

b、这次振荡的振源在万家寨电站，原因是万家寨电站机组对系统的阻尼很弱，随着有功出力的增加和无功出力的减少，更加降低了阻尼，引发了万家寨电站机组对蒙西低频振荡，并激发了蒙西电网对主网的低频振荡。

c、万家寨电站1－3#机满发且电压较低的情况下会出现负阻尼的情况。

d、万家寨电站励磁调节器与监控系统励磁调节控制方式有冲突。

e、投入万家寨电站或蒙西电网其他机组的PSS都可以提高万家寨电站的阻尼。