浅谈PSS 对低频振荡的抑制作用

2011-03-10常改花

山西建筑 2011年12期

常改花

1 系统互联

作为电力系统，因其本身具有统一性、同时性和广域性的特点，致使全国性、区域性以及跨国性的电网互联，以其大范围资源优化配置、经济性和可靠性的优势而受到各国政府和电力部门的普遍重视和大力促进。但以往的独立电网结构相对紧密，电网固有振荡模式阻尼较强，各区域间振荡模式多表现为较低频率的负阻尼或弱阻尼，在系统扰动和事故情况造成区域间发电机组相对摇摆过程中，易造成互联系统的低频振荡及系统的动态不稳定。我国在这些联网工程实施的过程中，都遇到了联网系统阻尼弱，特别是存在区域间的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题。

2 低频振荡

2.1 低频振荡产生的原因

1)系统在负阻尼时产生的自发功率振荡;2)系统在受到扰动时，由于阻尼弱其功率振荡长久不能平息;3)系统振荡与系统中某种功率波动的频率相同，而且由于弱阻尼，使联络线上该功率波动得到放大，产生了强烈的功率振荡;4)由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路涡合产生的机电振荡，其频率约为0.2 Hz～2 Hz。

2.2 低频振荡数学定义

下面以单机无穷大系统进行简单论述，忽略线路损耗及分布电容，发电机采用单机无穷大系统，发电机采用经典二阶模型。设Xd'后的暂态电势E'恒定、机械功率Pm恒定，D为定常阻尼系数，主要计及D，Q绕组在动态过程中的阻尼作用和转子机械阻尼。

在工作点线形化，则：

当无阻尼(D=0)时，相应特征根为：

这对根反映了机组转子角增量Δδ在扰动后的过程中将相对无穷大系统作角频率为ωn的等幅振荡。若设M=6 s～12 s=(6～12)ωB，并设EUcosδ0≈1，X∑=0.2～10。

由式(5)可得：

对于50 Hz系统，相当于fn，max≈2.5 Hz，而fn，min=0.25。

其中，ωn为系统无阻尼自然振荡角频率。在多机系统中，通常认为系统低频振荡频率范围为0.2 Hz～2.5 Hz。

若系统低频振荡频率很低(如0.2 Hz～0.5 Hz)，则认为属互联系统区域间振荡模式。而如果振荡频率较高，在1 Hz以上，则认为是本地或区域内机组间的振荡模式。

3 改善系统阻尼的措施

由于低频振荡产生的原因就其本质而言，是系统的控制措施带来的负阻尼。所以控制思路有两类：1)调整控制措施，减小其带来的负阻尼;2)通过附加控制提供额外的阻尼。即一次系统方面的对策和二次系统方面的对策。前者的控制措施一般都是为了提高系统的稳定性、经济性或供电质量。调整控制会带来其他损失，一般避免使用这一类方法。所以，目前常用的控制方法一般都基于第二种思路。二次系统的对策主要有：采用电力系统稳定器(PSS)作励磁附加控制，适当整定(PSS)参数可提供抑制低频振荡的附加阻尼力矩;利用SVS装置的附加控制及直流输电附加控制或直流功率调制提供低频振荡的附加阻尼。

4 PSS对低频振荡的抑制作用

4.1 电力系统稳定器

目前抑制低频振荡较有效的办法是通过设置电力系统稳定器(Power System Stabilizer，简称PSS)来实现。即引入一个附加的ΔTe，使之成为一个较强的低频振荡阻尼力矩。

随着电网互联规模的扩大，增强互联系统的阻尼特性显得尤为重要。解决区域间一个发电机群对另一个发电机群的弱阻尼或负阻尼振荡模式，仅靠少数几台发电机的PSS是不够的，需要一大批与该振荡模相关的发电机配置电力系统稳定器(PSS)。投运这些PSS增强了联网系统的阻尼，保证了联网系统的动态稳定性。

4.2 PSS的工作原理

PSS的应用是为了给弱阻尼或负阻尼系统增加阻尼，对一个可能引起负阻尼的励磁调节器，向其中注入某些附加控制信号，使之可以提供正的阻尼，平息振荡，这就是PSS最基本的原理。PSS作为一种附加励磁控制环节，即在励磁电压调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，控制量可以采用电功率偏差(ΔP)、机端电压频率偏差(Δf)、过剩功率(ΔPm)和发电机轴速度偏差(Δw)以及它们的组合等。它不仅可以补偿励磁调节器的负阻尼，而且可以增加正阻尼，使发电机有效提高遏制系统低频振荡能力。