分析电力系统低频振荡的试验方法

电力系统动态试验涉及大范脎多机组，要求不能影响系统的正常运行，特别是电力市场的进一步完善，电力系统安全的重要性日益显著，因此不能在实际系统上人为地进行试验。电力系统数字仿真以其经济、方便、可扩充等诸多优点，被广泛用于电力系统动态问题的研究，特别是针对多机大系统动态等靠理论解析很难解决的问题，数字仿真己经成为公认的分析方法但是，如果没有现场实测数据的验证，仿真结果的正确性是值得怀疑的。CW.Taylor在仿真1996年美国西部电网的大停电事故时，发现采用目前的WSCC数据库不足以仿真系统的振荡和瓦解在修改了仿真系统的直流输电控制*AGC大机组的调速器和电压控制，以及负荷模型后，仿真结果才与系统的实际情况相符。 随着微机技术的发展和普及，现场观测设备逐渐多，这些设备可以监测系统出现的异常状态。而每一次系统出现的异常，都可以看成是系统的一次“天然”试验，记录的扰动和输出的数据是非常宝贵的，我们可以用这些共享试验数据进行分析和研究，检验己有的理论和模型，建立对未知机理的认识因此，必须在一次系统装设大量的测量记录设备，进行完整可靠的扰动数据记录，同时充分重视和利用现场的实测数据。 电力系统低频振荡问题涉及整个系统的动态，其与发电机的旋转机械、控制系统密切相关，但很难得到它们的准确参数，单纯的理论分析很难得到令人信服的结论，因此采用试验方法分析尤为重要。 发生了多次大幅度的功率振荡，严重威胁电厂和系统的安全。在装设PSS后，又发生了2次振荡该振荡具有一些特殊点，如在系统没有明显的扰动情况下发生了振荡，而且振荡可以不经过人为干预就自动消失，振荡起振和消失迅速，在振荡中保持等幅等经过多方面的分析，认为该振荡不属于负阻尼形式的振荡，也不是负荷波动造成的，但究竟是什么振荡机理，目前还无定论本文提出了一种适合低频振荡研究的试验方法，结合安保线振荡实例进行分析，结果表明本文提出的试验方法是分析低频振荡问题的有效方法1低频振荡的试验分析方法首先提取试验数据的特征，然后采用现有理论进行分析，并按照试验的系统条件进行仿真，将得出的试验结果与实测数据进行比较当比较符合时，说明该振荡符合现有的理论；当结果不相符时，要根据实测数据的特征考虑目前未完善的理论，并通过仿真得到振荡，再与实测数据进行比较当确定未完善理论的正确性后，该理论就可以上升到现有理论中。 因此，采用Prony算法进行实测数据的处理，可以得到准确的实际振荡模式和特征1.2理论分析在得到实测数据的振荡特征后，需要进行一系列理论分析，以确定振荡的可能原因。低频振荡的可能原因可以分为下面几种：现有负阻尼理论。包括输电线路距离过长、系统重负荷工况机组采用快速励磁系统、系统存在周期性的负荷投切、PSS参数设计不合理等原因。 完善的非负阻尼理论非线性理论分析方面包括：Hopf分叉理论，即电力系统低频振荡的稳定极限是与系统微分方程发生Hopf分叉的情况相联系的；混沌理论，因为电力系统是一个标准的具有发生混沌现象可能性的非线性系统，这方面内容正在进一步研究转矩谐波引起的强制共振问题，轴系系统调速系统、励磁系统都有产生共振的可能性。 针对上述多种理论，需要进行仿真计算，并对仿真结果进行试验检验1.3结果验证如果仿真结果与实测数据相似，说明仿真的振荡原因可能就是实际的振荡起因。如何判断振荡曲线的相似性，是一个值得研究的问题仅靠计算2条曲线的均方差并不具有完全的科学性，比如在表示曲线的关键点时，应该具有更重的权系数。既然Prony算法可以提取振荡信号的特征，判断仿真效果时可以采用Prony算法提取信号的特征，然后就特征进行比较，这样就比较科学了。 当找到相似的Prony分析结果后，说明了可能因，还要通过对实际系统的观测，这是确定分析是否正确的惟一标准。有时振荡的再次出现又可以推动理论分析的进一步深入，这是从实践到理论和从理2实例分析下面采用河北南网安保线振荡的实例，按照上述振荡分析的试验方法进行分柝2.1实测数据处理2000年3月16日，河北省南部电网上安电厂到保定北站的安保线发生了一次低频振荡在河北电力调度通信中心的帮助下，得到了上安机组故障录波数据有功波形如所示，两点之间的时间间隔为0. 02s在进行Prony分析时，按照稳定振荡和衰减部分分别进行分柝数据分析结果如表1所示时间段幅值频率/Hz衰减因子初相位第段第段根据表1，可以得出这次安保线振荡的振荡模式为：a在振荡过程中体现为弱阻尼现象，衰减因子为-0.0146，稳定振荡表现为等幅振荡18Hz左右振荡幅度较大，交流量超过了直流量（表1中交流分量成共轭对出现）振荡衰减过程非常快，衰减因子达到-0.左右。 2.2理论分析2.21小扰动分析机、4号机参与的模式之一为1. 16Hz，该值与Prony分析得出的实测振荡主频率非常接近，因此可以认为本次振荡符合该振荡模式该模式主要参与机组为：马头电厂1号、2号，邢台电厂4号、5号、8号、9号，衡水电厂1号、2号等220kV系统的机组和王快电厂1号110kV机组这些机组广泛分布在河北南网的各地区因此该振荡模式可以认为是上安机组与系统之间的振荡，在分析过程中可以简化为单机无穷大形式，或至少是双机形式22.2阻尼分析通过对励磁系统的分析，得到的1. 16Hz振荡模，当励磁调节器放大倍数在较大范围内变化时，振荡模式的实部均为负且较大（-0. 26~-0.48），说明系统阻尼足够大，不会引起负阻尼形式的振荡考虑到现场装设了PSS，更不会产生负阻尼。而分析的实测数据表现为：频率分量为小的减幅振荡（-d 0146）过程，体现出弱阻尼现象系统阻尼为何“消失”，是一个不寻常的问题同时，在未加人为干预时，结束阶段非常大的衰减（-0.84）也是难以理解的22.3仿真分析首先对仿真系统施加各种扰动，试图再现现有原理的负阻尼振荡，包括加负荷机端及对侧三相短路后重合、机端负荷投切、调整励磁调节系统参数、减小发电机d轴次暂态短路时间常数Td"等在正常运行状态可能会激发幅振荡，但是都不会引起安保线实际的振荡情况而按照未完善的共振振荡原理进行仿真，在原动机的功率输出施加扰动，表示在某种扰动下，使转子上的原动机功率与电磁功率不相等，转矩出现不平衡，引起转子加速或减速运动，然后扰动消失，但扰动引发了持续的衰减很小的转子振动情况一般转子的振动频率要比低频振荡的高，但是当2种振荡的频率较接近时，可能引起拍振，如轴系的弯振和扭振形成的拍振等。拍振的频率可能接近于自然振荡频率仿真中不能模拟转子的机械振动，0.05，施加时间为8s~ 17s，振荡频率为系统自然振荡频率1.163Hz 2.3仿真结果验证上述波形与实测波形具有一定的相似性为了验证，对仿真结果进行Prony分析。由于实测数据不含起振部分，因此仿真数据也从稳定振荡开始分析。 分析结果如表2所示，其中第1段为稳定振荡部分，第2段为衰减部分实测数据与仿真数据的比较如表3所示时间段幅值频率/Hz衰减因子初相位第段第段时间段实测仿真频率/Hz衰减因子频率/Hz衰减因子稳定振荡结束振荡从表3可以看出，在稳定振荡过程，2条曲线的频率、衰减非常接近，而且衰减同样迅速因此可以得出推论：该次安保线振荡比较符合共振型低频振荡经过上述分析，通过试验方法找到了对安保线振荡的一种未完善的机理解释，并得到了实际数据的支捺只能气轮机输出处叠加小值振魏。振幅为blishingj本文提出了了采用嫔方法分析低频振荡的思bookmark1想=结合对安保线原因不明振荡的分析，证明：应用试验方法分析实测低频振荡是一种对理论分析有益的补充和验证，对解决现场低频振荡原因的研究提供了一种有力的工具按照试验方法得到一种理论之后，必须进行实践检验，到现场进行实际测量，加装转子调速系统等同步记录装置，观测是否存在这样的振荡情况这将是今后进一步的工作。