浅析电力系统次同步振荡抑制措施

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析电力系统次同步振荡抑制措施 摘 要 随着电力系统的不断改革， 分布式电网的应用改变了传统配电网模 式，推动了配电网的更新与发展，但在 一定程度上增加了配电网运行难度。大 量电力电子器件的应用会引起电力系统 中次同步振荡现象，严重影响了电力系 统的运行稳定性。本文简单分析了电力 系统次同步振荡现象及相关的抑制措施。 中国论文网 /1/view-12829911.htm 关键词 电力系统；同步振荡； 抑制措施 中图分类号：S254 文献标识码： A 文章编号： 1009-914X（2018）26- 0244-01 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 引言 近年来，电网建设规模不断扩张， 供电难度和设备负荷随之提高，越来越 多的分布式新能源接入配电网。分布式 新能源具有环保的优点，应用在电力系 统中可以满足社会发展对于电力的需求， 有效降低电力运输过程中的损耗，提高 供电质量，对我国电力事业的发展有重 要的意义。分布能源系统模型高维性、 运行方式的不确定性、元件的强非线性、 扰动的随机性，使得电力系统稳定现象 多变，稳定机理十分复杂，电力系统动 态机理与控制越来越困难。此外，由于 电网的运行形式不断变化，规模越来越 大，大量电力电子设备及系统的应用会 使电网呈现不稳定的运行状态，产生低 于基波的次同步振荡现象，其安全稳定 运行面临严峻挑稹 1 电力系统次同步振荡分析 1.1 基本概念 通过串联电容的形式进行无功补 偿可以提高输电线路的输送能力，优化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 输电线路间的功率分布，并提高电力系 统的稳定性，是交流输电系统中广泛采 用的方法。但这种方法也可能引发电气 系统或汽轮发电机组以小于同步频率的 振动频率进行能量交换，称为次同步振 荡。在电力系统运行中，针对电网的运 行状态，在不同带宽频率下，控制的环 节有所不同，如图 1 所示，在额定频率 附近，属于电网同步和电流控制环节， 当电力系统受到扰动后，系统平衡点偏 移，在这种运行状态下，电网与发电机 组之间存在一个或多个低于系统同步频 率的频率，在该频率下进行显著能量交 换，因而出现次同步谐振现象。 1.2 产生机理 次同步振荡在交流输电系统和直 流输电系统中的产生机理不同，在交流 输电系统由于有谐振回路的存在所以称 为次同步谐振，主要从发电机效应、暂 态力矩放大作用和机电扭振相互作用三 个角度进行描述和分析。第一，发电机 效应，假设发电机转子以常速旋转，由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 于转子的转速高于由次同步电流分量引 起的旋转磁场的转速，在次同步频率下 从电枢终端分析，转子电阻呈负值，当 这个视在负值电阻超过电枢和电网在次 同步频率下的等效电阻的总和时，就会 发生电气自振荡，这种自激振荡认为是 由过电压和过电流引起的；第二，暂态 力矩放大作用，当系统发生干扰时，电 磁转矩就会施加于发电机转子上，使发 电机轴段承受转矩压力，串联电容补偿 输电系统中的干扰，会造成电磁转矩振 荡，如果此频率接近于任何转子段的自 然振荡频率，会导致转子转矩远远大于 无串补系统的三相故障转矩；第三，扭 转相互作用，设发电机转子在一个扭转 频率 fm 下发生振荡，fm 能导出电枢电 压分量频率 fem，其表达式为 fem=fo+fm，当其中的次同步频率分量 接近电气谐振频率 fer 时，电枢电流产 生一个磁场，该磁场能产生使发电机转 子振荡加强的转矩，这使次同步电压分 量导致的次同步转矩得以维持。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2 电力系统次同步振荡抑制措施 2.1 应用滤波器 第一，应用无源滤波器，该滤波 器主要由电感元件、电容元件以及电阻 元件组成，这种滤波器一般装设在次同 步振荡源的附近交流侧，由 L、C 元件 构成谐振回路，当谐振频率与高次谐波 电流频率相匹配时，可以阻止该高次谐 波流入电网，其优点是投资较小、维护 方便、结构简单等，是同步振荡抑制以 及无功补偿的主要措施；第二，应用有 源滤波器，有源滤波器产生与振荡波形 一致、方向相反的电流，输入需要治理 的网络，进而抵消非线性负荷产生的振 荡电流，使得电网中仅含基波电流，随 着 PWM 控制技术、全控型半导体器件 的成熟和基于瞬时无功理论的检测理论 的提出，有源电力滤波器得到了迅速发 展。 2.2 提高阻尼 电力系统次同步振荡是一种振荡 失稳现象，增加振荡模态的阻尼是一种 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 有效的抑制手段，如采用 FACTS 装置、 SSDC 和附加励磁阻尼控制器，均是在 此基础上对次同步振荡进行控制和抑制。 此外，励磁系统阻尼器针对汽轮发电机 的扭转振荡来调制系统的输出。来自转 子振荡的信号移相放大之后，通过励磁 系统控制增加系统的有效阻尼来抑制次 同步振荡。对于电网与发电机组转子之 间相互作用产生的次同步振荡现象，除 增加阻尼外，还可在电路中附加阻塞滤 波器、旁路阻尼滤波器、线路滤波器和 动态滤波器等，通过阻断相应的次同步 电气量通道也能有效地抑制次同步振荡。 2.3 应用轴系扭振保护装置 当次同步振荡对发电机组的运行 安全造成巨大影响时，可以应用轴系扭 振保护装置，通过事故告警、保护跳闸 及采取切除机组的形式抑制次同步振荡。 轴系扭振保护装置监测的参数是发电机 的轴系转速、轴系的寿命疲劳定值、次 同步振荡的幅度。将相关事故机组切除 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 后，电力系统中的负阻尼状况消失，再 通过原动机的配合可以使转矩在短时间 内减小，从而避免次同步振荡和轴系扭 振影响扩大。对于剩余的在线机组，切 除机组将改变系统结构和等效串补度， 一定程度上能增强在线机组的模态阻尼， 有利于抑制次同步振荡。 2.4 应用可控串联补偿装置 可控串联补偿装置由一个串联电 容器与一个晶闸管控制电抗器并联组成， 串联在输电线路中，对提高电力系统性 能有很大的作用，具有控制潮流、限制 受端故障短路电流、提高系统稳定性、 抑制系统低频振荡和抑制系统次同步振 荡等功能。近年来，关于可控串联补偿 装置抑制次同步振荡的研究成果很多， 国内外发表了不少文章。目前，大多数 的 FACTS 装置在抑制次同步振荡方面 的研究还处于测试阶段，但可控串联补 偿装置已投入到实际的工程运行中，在 美国、巴西、瑞典等地已有多套可控串 补装置投入运行，现场试验表明其确有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 抑制次同步振荡的能力，并且还具有抑 制大干扰下暂态力矩放大作用的能