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电力系统低频振荡与拟制 武汉大学 程远楚　教授 电力系统低频振荡与拟制一. 引言 跨区域联网运行是现代电力系统的主要发展方向，这使得电力系统规模越来越庞大。80年代以来，由于省网互联我国已逐步形成东北、华北、华东、华中、西北、华南等六个统一管理的跨省电网。随着三峡电站的建设，西电东送工程的实施和全国联网工程的推进，预计在2010年一2020年中国将实现除西藏和台湾外全国大联网的态势。互联会使系统的动态行为更为复杂，对电力系统安全稳定运行提出了重大挑战。虽然将各区域电力系统互联可以获得更高的可靠性和经济性，然而大型互联系统之间发生的增幅振荡，会破坏了大型系统间的并联运行。研究发现，各区域电力系统之间大多通过长距离输电线路互联，这种大型的弱藕合系统本身固有的对振荡的弱阻尼是产生这种现象的主要原因，而高放大倍数的快速励磁系统则进一步加重了负阻尼的状况。增幅振荡妨碍了各区域电力系统的互联。一些互联的电力系统，为了避免增幅振荡的发生，不得不输送很少的功率，从而使得互联变得没有多少实际意义;一些互联的电力系统为了避免增幅振荡的发生，不得不采用低放大倍数的励磁调节器。直到异步HVDC互联方案产生，一些系统甚至放弃互联。 电力系统低频振荡与拟制一. 引言 由于电力系统的扩大，快速励磁调节器的应用，不少系统发生了弱阻尼或负阻尼，出现了联络线低频功率振荡。20世纪60年代美国的西北联合系统与西南联合系统进行互联运行时，发生了功率的增幅振荡，造成了联络线过流跳闸，最终破坏了大系统间的并联运行。其后西欧、日本等国也发生了输电线路低频功率振荡的事例，自此之后，低频振荡一直是电力系统稳定运行中备受关注的重要问题之一。由于低频振荡频率较低、周期较长、波及面较广，所以给电力系统带来的危害也较大。于是引起了各国对这一问题的普遍重视并着手研究造成线路功率振荡的原因及防止对策。 电力系统低频振荡与拟制一. 引言 长期以来，就如何保证和提高电力系统的安全稳定性进行了大量的研究，提出了许多有效的控制措施和方法。其中，改善控制系统的性能、提高控制系统的品质是最主要的方法。为提高大型互联系统的稳定性，半个多世纪以来，科学工作者就如何保证和提高电力系统的安全稳定性进行了浩瀚的研究工作，提出了许多有效的控制方法。 根据电力系统受扰后的功率平衡情况，这些控制方法主要从两方面入手：一是有功控制，如切机、切负荷、汽轮机快关汽门、电气制动等；另一个是无功功率控制，如串联电容补偿、中间并联补偿、静止或旋转无功补偿，发电机励磁附加稳定控制等。大量的理论研究和长期的运行实践表明：励磁控制是改善和提高电力系统稳定的最行之有效而又经济的手段之一。 而励磁控制的方法主要有两类：一类是引入补偿控制信号改善阻尼特性以提高电力系统的动态稳定性 ；另一类是基于现代控制理论的多变量最优励磁控制。 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 1.　稳定性的基本概念 任何系统在扰动的作用下会偏离原平衡状态，产生初始偏差。所谓稳定性，就是指系统当扰动消失后，由初始偏差状态回复原平衡状态的性能。若系统能够恢复平衡状态，则称系统是稳定和；若扰动消失后不能恢复平衡状态，而偏差越来越大，则称系统是不稳定的。 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 以最常见的二阶系统为例。其闭环传递函数为： 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 在ζ＞＝0时的瞬态响应曲线如下： 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 2. 电力系统稳定 电力系统的稳定性包括频率稳定性、同步运行稳定性（功角稳定）和电压稳定性。 (1) 频率稳定: 频率稳定性与有功功率平衡密切相关，失去频率稳定性是指电力系统在扰动的作用下，有功功率的平衡遭到破坏，依靠常规的调节手段无法使其恢复，致使电力系统的频率持续下降，从而导致电力系统频率崩溃，引起电力系统停电。 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 (2)电压稳定 :电压稳定性与无功功率平衡密切相关，失去电压稳定性是指电力系统在扰动的作用下，无功功率的平衡遭到破坏，依靠常规的调节手段无法使其恢复，致使电力系统的枢纽点或受电地区电压持续下降。电压失稳容易发展为电压崩溃，会造成大量丢失负荷，甚至电力系统解列。 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 (3).功角稳定:同步运行稳定性主要指功角稳定。失去同步运行稳定性，电力系统将发生振荡，引起系统中枢纽点的电压、输电设备中的电压与电流，以及输送功率等的大幅度波动，电力系统因不能向负荷正常供电而无法继续运行，如果处理不当则会造成电力系统长时间大面积停电。 电力系统低频振荡与拟制二. 电力系统稳定基本概念 按扰