清华大学信号与系统大作业发电机并网运行对电力系统低频振荡的影响分析.docx
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清华大学信号与系统大作业发电机并网运行对电力系统低频振荡的影响分析
发电机并网运行对电力系统低频振荡的影响分析
电机工程与应用电子技术系
苗键强
2011010645
摘要3
关键词3
Abstract4
Keywords4
一、背景5
1.1电力系统低频振荡5
1.1.1电力系统低频振荡的含义:
5
1.1.2电力系统低频振荡的分类:
5
1.1.3电力系统低频振荡产生的原因:
5
1.1.3.1欠阻尼机理5
1.1.3.2发电机的电磁惯性6
1.1.3.3电力系统非线性特点6
1.1.3.4混沌现象6
1.1.3.5过于灵敏的励磁调节6
1.1.3.6其他因素6
1.1.4电力系统低频振荡的危害:
7
1.2江苏电网运行情况概述7
1.2.1江苏省电力公司简介7
1.2.2江苏电网运营规模7
1.3江苏田湾核电站简介8
1.3.1综述8
1.3.2发电规模8
二、电力系统低频振荡的分析方法10
2.1特征值分析法10
2.2数值仿真法11
2.3信号分析法11
2.3.1傅里叶变换分析法11
2.3.2卡尔曼滤波法11
2.3.3小波分析法12
2.3.4Prony法12
2.3.5HHT变换法12
三、发电机并网运行对于电力系统低频振荡的影响13
3.1一台发电机稳定运行时的物理规律:
13
3.2系统稳定性的判断:
14
四、低频振荡抑制方法15
4.1高压直流输电技术(HVDC)15
4.2FACTS装置15
4.3电力系统稳定装置(PSS)15
五、电力系统低频振荡分析与本课程的关联性讨论17
5.1低频振荡产生机理与系统稳定性之间的联系17
5.2低频振荡分析方法与系统时域和频域分析理论之间的联系17
5.2.1特征值分析法与系统函数之间的联系17
5.2.2傅立叶变换法和傅里叶变换之间的联系17
5.3发电机稳态运行对电网稳定性影响的求解与
《信号与系统》综合理论知识的应用的联系17
5.4低频振荡抑制措施与系统特征方程之间的联系18
六、结论19
6.1总结19
6.2展望19
6.2.1低频振荡算法的优化19
6.2.1.1对于卡尔曼滤波法的进一步优化19
6.2.1.2Prony法自身特点的改良19
6.2.1.3HHT变换法的进一步研究20
6.2.2低频振荡抑制措施的改良20
6.2.2.1PSS技术的改进20
6.2.2.2柔性交流输电控制技术发展20
6.2.2.3高压直流输电技术的发展20
七、参考文献21
摘要
随着电力系统规模的日益增大以及快速励磁技术日益广泛的应用,电力系统低频振荡现象也越来越严重。
在现代电网中,对于低频振荡问题的研究具有重要意义。
本文从多方面比较详细的介绍了电力系统的低频振荡现象。
首先,本文介绍了电力系统低频振荡产生的原因和内外部机理。
其次,本文介绍了在电力系统低频振荡分析中所通用的算法,并且就单一发电站并网运行后对于电力系统的低频振荡的影响做一简要分析。
此外,本文就抑制电力系统低频振荡过程中所采取的比较常见的措施进行了简单的归纳。
最后,文章对于低频振荡现象的研究做出进一步的展望。
在文章后半部分,笔者对于文章中所分析的问题与所学习的《信号与系统》课程的相关性进行归纳。
最后,笔者总结本文所得出的结论。
关键词:
电力系统低频振荡负阻尼稳定性
Abstract
Withtheincreasingscaleofthepowersystemandfastexcitationtechnology'sincreasinglywidespreadapplication,lowfrequencyoscillationphenomenonisgettingmoreandmoreserious.Thestudyonlowfrequencyoscillationisofgreatsignificanceinthemoderngrid.
Thisarticledescribesthelowfrequencyoscillationsofthepowersystem.Firstly,thisarticledescribesthecausesofthepowersystemlowfrequencyoscillationandinternalandexternalmechanism.Secondly,thisarticledescribesthegeneralalgorithminpowersystemlowfrequencyoscillationanalysisandmakesabriefanalysisoftheimpactonlowfrequencyoscillationcausedbyasinglepowerstation'saddingintoalargegridpowersystem.Thirdly,thispaperbrieflysummarizedthemeasurestakeninordertoinhibittheElectricPowerSystems'Low-frequencyoscillation.Finally,thisarticlemakesfurtheroutlookforlow-frequencyoscillationphenomenon.
Inthesecondhalfofthisarticle,theauthorsummarizesthecorrelationoftheissuesanalyzedinthisarticleand"SignalsandSystems"course.Finally,theauthorsummarizestheconclusionsdrawninthisarticle.
Keywords:
PowersystemLowFrequencyOscillationNegativedamping
Stability
一、背景
1.1电力系统低频振荡
1.1.1电力系统低频振荡的含义:
电力系统低频振荡是指电力系统受到干扰后,由于阻尼不足或负阻尼引起发电机的转子角、转速以及线路功率、母线电压等相关电气量发生的、近似等幅或增幅的、频率一般在0.1~2.5Hz的电磁振荡。
1.1.2电力系统低频振荡的分类:
电力系统低频振荡大致可以分成两类:
一类是频率范围在0.1~0.7Hz之间的区间振荡模式,它是系统的一部分机群相对于另一部分机群的振荡,这类低频振荡一经发生会通过联络线向全系统传播,因而会造成比较严重的危害;另一类是频率范围在0.7~2.5Hz之间的局部振荡模式,它是电气距离很近的几个发电机于系统内的其余发电机之间的振荡,这种振荡局限于区域内,其危害小于区间振荡模式。
1.1.3电力系统低频振荡产生的原因:
电力系统低频振荡的产生是由于电力系统中的发电机并联运行时受到外界扰动,发电机的转子产生相对摇摆,在缺乏阻尼的情况下产生持续震荡。
当电力系统中并联运行的发电机较少时,阻尼绕组可以产生足够的阻尼,因而低频振荡能够得到有效遏制。
随着电网的规模不断扩大,高放大倍数快速励磁技术被广泛地采用,同时出于对经济效益的考虑,电网的运行更加接近于稳定极限,因而低频振荡现象越来越常见。
1.1.3.1欠阻尼机理
欠阻尼机理由美国学者F.D.Demello提出。
这一理论认为,当系统的调节达到一定条件时,系统的负阻尼作用抵消了由于系统的电枢绕组、励磁绕组和机械因素等所产生的正阻尼。
在这种情况下,假如体统受到干扰,则扰动将会在系统中逐级放大,最终导致系统发生振荡。
在现代电力系统中,负阻尼的产生原因主要有过于庞大的负载系统以及现代快速励磁技术等。
在欠阻尼机理中存在一种特殊情况,即扰动频率和系统固有频率相近或相同时,系统可能产生共振机理主导的低频振荡:
系统阻尼近似为零时,在外界扰动的激励下,系统会产生近似为等幅振动的响应,而由于扰动频率近似等于系统固有频率,因而响应会因为共振而被逐级放大,从而引起系统的低频振荡。
由于在共振情况下扰动频率和系统固有频率相近,因而其低频振荡具有其起振快、持续振荡时显示为等幅振荡和撤去扰动后系统低频振荡很快衰减等特点。
1.1.3.2发电机的电磁惯性
在电力系统中,一般通过改变发电机励磁绕组两端的励磁电压从而实现对于发电机运行状态的调节。
调节励磁电压会导致励磁绕组中的励磁电流发生变化,进而使得气隙磁场的磁通密度发生变化,进而改变电枢绕组中产生的感应电动势。
在感应电动势发生变化的同时,其电磁转矩也会发生变化。
因此,在使用励磁自动控制时,由于外部因素的作用使得发电机的励磁电压发生变化,而由于发电机励磁绕组为感性电路,因而励磁电压在励磁绕组中产生的励磁电流将滞后于励磁电压。
这种滞后的控制作用在一定条件下会引起发电系统的电磁振荡。
同时由于发电机转速的变化,会导致电磁转矩与回路间产生机电振荡,从而导致低频振荡的出现。
1.1.3.3电力系统非线性特点
根据信号与系统分析基础理论,对于线性系统,当系统特征根实部小于零时,系统稳定;当系统特征根实部等于零时,系统处于临界状态;特征根实部大于零时,系统不稳定。
然而,由于电力系统的非线性特性,系统在虚轴附近会出现奇异现象:
即使系统的特征根实部均为负,在外加扰动的情况下,非线性因素也会导致系统的特性和状态发生突变,从而导致系统发生低频振荡。
1.1.3.4混沌现象
混沌现象指的是在系统内各个非线性因素共同作用下,系统的运行对外显示出不可预测的特性。
这在一定情况下会导致内因非常复杂的低频振荡现象。
针对系统的低频振荡参数进行分析可以发现:
在周期性外加扰动激励的作用下,当扰动的值接近一定数值或超过一定数值时,系统会产生低频振荡。
1.1.3.5过于灵敏的励磁调节
在电力系统运行过程中,为了提高系统稳定性,通常采用数字式、高增益、强励磁倍数的快速励磁系统。
在另一方面,这样过于灵敏的调控方式必将使得系统对于外加的微小扰动做出较大的响应,从而需要调动系统更加强烈的调节,而进一步的调节又将会对系统产生进一步扰动,结果导致系统振荡。
1.1.3.6其他因素
除了上述主要几种导致低频振荡的机理外,控制方式的漏洞也会导致低频振荡的产生。
例如在抑制低频振荡的过程中,往往会由于系统参数的限制,使得部分调节量之间相互约束,甚至彼此对于控制端的要求相互矛盾,此时调节某一电磁量可能不会同时满足二者要求,甚至会起到相反的作用。
同时,一些外部因素也会导致电力系统低频振荡现象的产生。
比如区域功率输送失衡,主电站备用功率裕度不充分,电力系统交直流相互作用,负载波动等等。
1.1.4电力系统低频振荡的危害:
低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步而解列[],严重威胁电力系统的稳定。
自从我国在2001年起实施大电网并网运行后,电力系统记录到多次低频震荡现象:
2005年5
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