汽轮机侧抑制电力系统低频振荡的技术研究

【摘要】：随着我国电力事业的蓬勃发展,电力行业已进入特大容量机组、特高压、智能化、大电网的新发展阶段,电网互联水平越来越高,电力线路传输的距离越来越远,电力系统的运行条件也因此变得日趋复杂和恶劣,低频振荡频繁发生,已成为影响联络线功率传输能力和电网安全性的重要因素之一。目前,对低频振荡的监测主要是利用WAMS(广域测量系统)实现全网的状态监测及分析,并进行由面及点的振荡源定位。但这种定位方法需要的数据量大、计算量大,主要侧重于事后的故障分析,难以做到实时定位。抑制措施则主要是通过在发电机组励磁系统上附加PSS(电力系统稳定器)装置,增加电力系统的阻尼,但是这种方法只能对某种特定振荡模式的低频振荡进行抑制,不能完全消除低频振荡,对共振(强迫)型低频振荡的抑制更是无能为力。在这种情况下,基于机械电磁力矩耦合的原理,本文提出了一种在汽轮机侧实现低频振荡监测及抑制的新思路,该方法在汽轮机侧实现低频振荡监测,并利用汽轮机的调节系统实现对低频振荡的辅助抑制。为实现这一目标,本文构建了包含汽轮机及其调节系统的电力系统整体数学模型,基于机械阻尼转矩分析从理论上定性定量地分析了汽轮机及其调节系统各环节与电力系统稳定性之间的耦合关系,探讨了调门流量曲线非线性以及控制模式改变对机电系统阻尼的影响,更进一步提出了一种基于电力系统稳定性分析的汽轮机调节系统参数整定方法。为检验理论分析结果,本文建立了多机电网模型下的机网耦合小扰动稳定性分析平台,模拟各环节参数变化、控制模式变化以及调门流量曲线非线性引起的系统阻尼变化,证明了模型和方法的正确性。在理论分析的基础上,本文提出了从汽轮机侧实现低频振荡监测与抑制的总体思路以及关键技术要点。在汽轮机侧低频振荡监测技术研究方面,基于强迫型及负(弱)阻尼型低频振荡在波形上存在的差异,本文介绍了一种基于包络线形态不同的振荡模式区分方法,并以能量函数法实现汽轮机侧的强迫型低频振荡源定位,以TLS-ESPRIT技术和阻尼转矩分析方法实现负(弱)阻尼低频振荡源定位,模拟仿真结果表明该方法切实可行。为抑制低频振荡,本文提出了一种以有功功率作为控制信号,以相位补偿法作为工作原理的GPSS设计方案,并给出了相应控制参数的整定方法,分析了其可有效抑制的振荡频率范围。仿真结果表明该稳定器不仅对负(弱)阻尼低频振荡有较好的抑制效果,对共振(强迫)型低频振荡也有一定的抑制作用。在上述研究的基础上,本文设计研制了一套汽轮机侧低频振荡监测及抑制系统,数值实验结果表明其可实现汽轮机侧的低频振荡监测报警、模态分析、振荡源定位,并可对低频振荡进行辅助抑制,在一定程度上提高了整个电力系统的极限稳定性,有利于电网的安全稳定运行。