含异步化汽轮发电机的电力系统低频振荡稳定性研究

摘要

对于以传统同步发电机作为主要发电设备的现代电力系统，随着快速励磁系统的引入，削弱了机电振荡模式的阻尼，使机电振荡模式呈现弱阻尼甚至负阻尼，导致电力系统振荡失稳问题变得日益突出。异步化汽轮发电机作为一种新型发电机，其转子结构和励磁控制的特点，使其具有超越传统同步发电机的优良运行性能和阻尼特性。论文主要针对电力系统的低频振荡问题，从异步化汽轮发电机的阻尼特性出发，通过在电力系统中引入异步化汽轮发电机部分取代传统同步发电机后，对电力系统低频振荡的抑制作用进行了深入研究。
　　论文首先对异步化汽轮发电机在单机无穷大系统下的稳态和暂态运行性能进行了研究，指出采用双通道励磁控制策略的异步化汽轮发电机具有独立的有功和无功调节、深度吸无功进相运行以及无功（电压）调节的快速响应性等超越传统同步发电机的优良稳态运行性能，以及在暂态过程中实现励磁磁场最佳定向，维持较大电磁转矩和电压稳定的良好暂态运行性能，指出异步化汽轮发电机为解决超高压和长距离输电系统的稳定问题以及由无功过剩所引起的持续工频过电压问题提供了新的途径。
　　论文从阻尼角度对现代电力系统产生低频振荡的原因进行了分析，指出传统同步发电机采用以机端电压作为反馈的快速励磁控制系统可能削弱系统的机电模式阻尼，使系统的机电振荡模式呈现弱阻尼甚至负阻尼，从而导致电力系统出现低频振荡现象；同时指出抑制电力系统低频振荡最根本的措施就是增强系统的机电模式阻尼，抵消由快速励磁系统引起的负阻尼效应。
　　论文详细分析了异步化汽轮发电机的阻尼特性，尤其对双通道励磁控制策略下异步化汽轮发电机的闭环阻尼特性进行了深入的研究，并与传统同步发电机的阻尼特性进行了对比分析，结果表明异步化汽轮发电机的阻尼特性要明显优于传统同步发电机，异步化汽轮发电机的同步转矩系数和阻尼转矩系数与发电机的运行状态无关，而仅与励磁控制系数、发电机参数和输电线路参数有关，通过励磁控制的调节可对同步转矩系数和阻尼转矩系数进行改善，使系统具有良好的稳定性和足够的阻尼。
　　论文建立了含异步化汽轮发电机并考虑阻尼绕组作用的多机电力系统线性化数学模型，在分析异步化汽轮发电机阻尼特性的基础上，提出了在电力系统中利用异步化汽轮发电机部分取代传统同步发电机来有效抑制低频振荡的理论和方法，并对含异步化汽轮发电机的电力系统进行了关于低频振荡问题的仿真研究和验证，从仿真角度论证了异步化汽轮发电机的引入对电力系统低频振荡的有效抑制作用。
　　论文将电力系统引入异步化汽轮发电机后对低频振荡的抑制作用和电力系统稳定器对低频振荡的抑制作用进行了对比研究，指出异步化汽轮发电机在有效抑制电力系统低频振荡的同时，还能够提高系统的暂态稳定性，同时具有吸收过剩无功等综合作用，因此在提高电力系统稳定性方面能够发挥更大的作用。
　　论文将异步化汽轮发电机的研究重点从发电机本体转移到电力系统，从电力系统的角度对异步化汽轮发电机进行研究，所取得的研究成果对于异步化汽轮发电机投入工程实际应用具有重要的理论价值。

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目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 异步化汽轮发电机的研究现状

1.3 电力系统稳定问题的研究现状

1.4 本文的主要研究内容和创新点

2 异步化汽轮发电机的基本原理和运行性能

2.1 引言

2.2 异步化汽轮发电机的基本原理

2.3 异步化汽轮发电机的数学模型

2.4 异步化汽轮发电机的运行性能

2.5 小结

3 异步化汽轮发电机的阻尼特性

3.1 引言

3.2 传统同步发电机振荡机理

3.3 传统同步发电机的阻尼特性

3.4 异步化汽轮发电机的阻尼特性

3.5 多机系统线性化模型

3.6 小结

4 异步化汽轮发电机抑制区域内低频振荡的研究

4.1 引言

4.2 区域内电网低频振荡问题

4.3 区域内低频振荡的仿真研究

4.4 小结

5 异步化汽轮发电机抑制区域间低频振荡的研究

5.1 引言

5.2 区域间电网低频振荡特点[76]

5.3 目前区域间低频振荡抑制措施

5.4 区域间低频振荡的仿真研究

5.5 小结

6 异步化汽轮发电机与PSS的比较研究

6.1 引言

6.2 PSS装置的原理

6.3 加装PSS后传统同步发电机的阻尼特性

6.4 异步化汽轮发电机和PSS的对比仿真研究

6.5 小结

7 结 论

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

附录D

附录E