计及高比例水电机组的电力系统超低频振荡机理及辨识方法研究

摘要

异步联网运行方式的实施，可有效避免交直流混联电网因特高压直流双极闭锁而引发的潮流大规模转移，有利于提高系统主网架运行的稳定性和事故影响范围的可控性。但实际运行和仿真分析均发现，在含高比例水电机组的电网中，异步联网后极易发生振荡频率小于0.1Hz的超低频振荡现象，严重影响了系统的安全稳定运行。研究含高比例水电机组的电力系统超低频振荡的机理，掌握其振荡特性和参数，对后续实施超低频振荡的防控具有重要意义。 本文以异步联网后云南电网和川渝电网的超低频振荡现象为背景，研究了含高比例水电机组的电力系统发生超低频振荡现象的机理及振荡特性，提出了一种用于低频振荡和超低频振荡参数辨识的方法。首先，介绍了电力系统小扰动稳定分析的基本理论及相关概念，给出了多机系统小扰动分析步骤。 其次，建立了考虑PID型调速器的双机系统线性化状态空间模型，研究了水轮机及PID型调速器的阻尼特性，计算了各状态变量对超低频振荡的参与因子，探讨了不同参数对振荡频率和阻尼比的影响，分析了不同变量对振荡的可控性大小。分析结果表明：在含高比例水电机组的电力系统中确实存在着超低频振荡现象，与传统低频振荡不同的是，系统中所有发电机处于同调状态，振荡向量大小和方向完全一致；水轮机及其调速器深度参与了超低频振荡，但励磁系统对其影响很小；调速系统侧电力系统稳定器和直流有功调制对超低频振荡可控性强；PID 型调速器比例系数在合理的范围内存在一个最优值，在该方式下系统发生超低频振荡时的阻尼最大。通过10机39节点系统验证了结论的正确性。 最后，提出一种基于量测数据的振荡参数辨识方法，即改进STD算法。该算法可实现多通道输入，不受系统具体模型的限制，直接采用扰动后系统的自由振荡信号进行振荡参数的辨识，与现有的单通道辨识算法相比，具有较好的准确性和抗噪性，且能同时得到多个振荡模式参数；与多通道ITD算法相比性能相当，但在分析含噪声信号时，不需要对待分析信号进行滤波处理。16机系统仿真数据、实测PMU数据和双机系统仿真数据均验证了该算法的有效性和实用性。

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