计及高比例水电机组的电力系统超低频振荡机理及辨识方法研究

发布时间：2020-07-31 17:45

【摘要】：异步联网运行方式的实施,可有效避免交直流混联电网因特高压直流双极闭锁而引发的潮流大规模转移,有利于提高系统主网架运行的稳定性和事故影响范围的可控性。但实际运行和仿真分析均发现,在含高比例水电机组的电网中,异步联网后极易发生振荡频率小于0.1Hz的超低频振荡现象,严重影响了系统的安全稳定运行。研究含高比例水电机组的电力系统超低频振荡的机理,掌握其振荡特性和参数,对后续实施超低频振荡的防控具有重要意义。本文以异步联网后云南电网和川渝电网的超低频振荡现象为背景,研究了含高比例水电机组的电力系统发生超低频振荡现象的机理及振荡特性,提出了一种用于低频振荡和超低频振荡参数辨识的方法。首先,介绍了电力系统小扰动稳定分析的基本理论及相关概念,给出了多机系统小扰动分析步骤。其次,建立了考虑PID型调速器的双机系统线性化状态空间模型,研究了水轮机及PID型调速器的阻尼特性,计算了各状态变量对超低频振荡的参与因子,探讨了不同参数对振荡频率和阻尼比的影响,分析了不同变量对振荡的可控性大小。分析结果表明:在含高比例水电机组的电力系统中确实存在着超低频振荡现象,与传统低频振荡不同的是,系统中所有发电机处于同调状态,振荡向量大小和方向完全一致;水轮机及其调速器深度参与了超低频振荡,但励磁系统对其影响很小;调速系统侧电力系统稳定器和直流有功调制对超低频振荡可控性强;PID型调速器比例系数在合理的范围内存在一个最优值,在该方式下系统发生超低频振荡时的阻尼最大。通过10机39节点系统验证了结论的正确性。最后,提出一种基于量测数据的振荡参数辨识方法,即改进STD算法。该算法可实现多通道输入,不受系统具体模型的限制,直接采用扰动后系统的自由振荡信号进行振荡参数的辨识,与现有的单通道辨识算法相比,具有较好的准确性和抗噪性,且能同时得到多个振荡模式参数;与多通道ITD算法相比性能相当,但在分析含噪声信号时,不需要对待分析信号进行滤波处理。16机系统仿真数据、实测PMU数据和双机系统仿真数据均验证了该算法的有效性和实用性。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM312;TM712
【图文】：

单线图,带负荷,轮机,调速器

振荡现象与水电机组密切相关，重新整定系统中水荡。本章主要建立含 PID 型调速器的双机系统线性析法和特征值分析法，对水轮机及 PID 型调速器的荡特性进行研究分析。调速器的双机系统小扰动分析模型系统低频振荡问题时，通常采用单机无穷大系统作被认为是转动惯量为无穷大的发电机，不可能存在，因此不能用于研究超低频振荡问题。单机带负荷题，被用来研究电力系统超低频振荡时，无法体现文选择双机系统作为研究系统，系统单线图如图 3- PID 型调速器，励磁系统采用最简单的一阶惯性环效负荷，有利于分析附加调速器控制和附加直流控

接线图,接线图,节点,超低频

图 3-18 10 机 39 节点系统接线图障下，仿真得到 10 台发电机的角速度振荡曲线如图 3-19 所示统故障后的振荡包含低频振荡和超低频振荡，其中低频振荡的本衰减为 0，但超低频振荡呈现出负阻尼特性，通过 Prony 分 0.0459Hz，阻尼比为-2.78%。通过局部放大图也可以看出，超发电机角速度偏差的振荡曲线基本重合，说明所有发电机处于系统的分析结果完全一致。0 20 40 60 80 100-0.3-0.2-0.100.1-0.0255速度角差(pu.).

系统结构图,系统结构,标准系统,新英格兰

0.1~ 0.7Hz，本地振荡频率一般为 0.7Hz~2.0Hz[21]；对于超低频振荡， 0.01~0.1Hz，同时在分析时往往对阻尼较弱的振荡比较关心。因此，法进行辨识时，输出结果中将计算的频率和阻尼比按分析对象作相应于改进 STD 算法的区域间低频振荡分析EEE 标准系统仿真算例择 IEEE16 机标准系统作为仿真系统，该系统为新英格兰-纽约互联电型，是用于研究电力系统区域间低频振荡问题的典型系统[20]，其包含68 条母线和 86 条线路，单线图如图 4-1 所示。系统中的发电机均采，且都配有励磁和电力系统稳定器(Power System Stabilizer, PSS)，负模型。通过调节 PSS 参数可改变系统的机电振荡模式阻尼比。IEEE 划分为 5 个区域，其中区域 1、区域 2 和区域 3 为等值系统，区域 4域 5 为新英格兰系统。

【参考文献】