1、2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所1 勵磁控制與電力系統的勵磁控制與電力系統的 小干擾穩定性小干擾穩定性 中國電力科學研究院中國電力科學研究院 朱方朱方 20062006年年8 8月月1515日日2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所21 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務 n勵磁控制系統最基本和最重要的任務是維持發勵磁控制系統最基本和最重要的任務是維持發電機端（或指定控制點）電壓為給定值。電機端（或指定控制點）電壓為給定值。 我國國家標準規定，自動電壓調節器應保證同步發電機端電壓靜我國國家標準規定，自動電壓調節器應保證同步發電機端電壓靜差率小于差率小于1%1%。 這

2、就要求勵磁控制系統的開環增益（穩態增益）不小這就要求勵磁控制系統的開環增益（穩態增益）不小于于100p.u100p.u（對水輪發電機），或（對水輪發電機），或200p.u200p.u（對汽輪發電機）。（對汽輪發電機）。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所31 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n主要原因有主要原因有3 3個：個：n第一，保證電力系統運行設備的安全。第一，保證電力系統運行設備的安全。 發電機運行規程規定大型同步發電機運行電壓正常變化范圍為發電機運行規程規定大型同步發電機運行電壓正常變化范圍為 5%5%，最，最高電壓不得高于額定值的高電壓不得高于額定值的110%1

3、10%。n第二，保證發電機運行的經濟性。第二，保證發電機運行的經濟性。 規程規定，大型發電機運行電壓不能低于額定值的規程規定，大型發電機運行電壓不能低于額定值的90%90%，當發電機電壓低，當發電機電壓低于于95%95%時，發電機應限負荷運行，其他電力設備也有這個問題。時，發電機應限負荷運行，其他電力設備也有這個問題。n第三，提高維持發電機電壓能力的要求和提高電力系統穩定的要第三，提高維持發電機電壓能力的要求和提高電力系統穩定的要求在許多方面是一致的。求在許多方面是一致的。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所41 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n勵磁控制系統的重要任務勵磁

4、控制系統的重要任務n勵磁控制系統的重要任務是提高電力系統的穩定性。勵磁控制系統的重要任務是提高電力系統的穩定性。n電力系統穩定可分為功角（機電）穩定、電壓穩定和電力系統穩定可分為功角（機電）穩定、電壓穩定和頻率穩定等。頻率穩定等。n功角穩定包括靜態穩定、動態穩定和暫態穩定。功角穩定包括靜態穩定、動態穩定和暫態穩定。n勵磁控制系統對靜態穩定、動態穩定和暫態穩定的改勵磁控制系統對靜態穩定、動態穩定和暫態穩定的改善，都有顯著的作用，而且也是改善電力系統穩定的善，都有顯著的作用，而且也是改善電力系統穩定的措施中，最為簡單、經濟而有效的措施。措施中，最為簡單、經濟而有效的措施。 2022-3-20中國電

5、力科學研究院系統研究所51 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n同步發電機勵磁控制系統對提高靜穩定的作用同步發電機勵磁控制系統對提高靜穩定的作用EqdsqXUEPesinsinEdsXUEPetUstXUUPesinLTTeLTTddLTTddXXXXXXXXXXXXXX2121212022-3-20中國電力科學研究院系統研究所61 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n設設UtUt=1.0,=1.0,UsUs=1.0,=1.0,發電機并網后運行人員不再手動去發電機并網后運行人員不再手動去調整勵磁調整勵磁, ,則無電壓調節器時的靜穩極限、有能維持則無電壓調節器時的靜穩極限、有能維持E

6、E恒定的調壓器時的極限、有能維持發電機端電壓恒定恒定的調壓器時的極限、有能維持發電機端電壓恒定的調壓器時的靜穩極限分別為：的調壓器時的靜穩極限分別為：0.40.4、1.01.0和和1.431.43。 n維持發電機電壓水平的要求與提高電力系統靜態穩定維持發電機電壓水平的要求與提高電力系統靜態穩定極限的要求是一致的，是兼容的。極限的要求是一致的，是兼容的。當勵磁控制系統能當勵磁控制系統能夠維持發電機電壓為恒定值時夠維持發電機電壓為恒定值時, ,不論是快速勵磁系統不論是快速勵磁系統, ,還是常規勵磁系統還是常規勵磁系統, ,靜態穩定極限都可以達到線路極限。靜態穩定極限都可以達到線路極限。 2022-

7、3-20中國電力科學研究院系統研究所71 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n以某省電網外送斷面為例，計算勵磁控制對靜態穩定的影響。以某省電網外送斷面為例，計算勵磁控制對靜態穩定的影響。 該省發電機原采用該省發電機原采用EqEq恒定模型計算，后進行了勵磁模型的參數實測，對恒定模型計算，后進行了勵磁模型的參數實測，對勵磁性能不達標的機組進行整改，全面提高了勵磁控制的技術性能。該省勵磁性能不達標的機組進行整改，全面提高了勵磁控制的技術性能。該省電網外送電力的主要通道共三回電網外送電力的主要通道共三回500kV500kV線路。發電機采用線路。發電機采用EqEq恒定和恒定和Eq”Eq”、Ed”E

8、d”變化（使用實測勵磁模型參數）兩種模型，外送斷面的靜穩極限示于變化（使用實測勵磁模型參數）兩種模型，外送斷面的靜穩極限示于 表表1-11-1 某省外送斷面靜穩定極限某省外送斷面靜穩定極限 發電機及勵磁模型發電機及勵磁模型EqEq恒定恒定詳細模型及實測勵磁詳細模型及實測勵磁靜穩極限靜穩極限3446 MW3446 MW3864 MW3864 MW采用采用Eq”Eq”、Ed”Ed”變化模型和實測勵磁參數的靜穩極限比采用變化模型和實測勵磁參數的靜穩極限比采用EqEq恒定的恒定的靜穩極限增加靜穩極限增加418 MW 418 MW ，提高了，提高了12.112.1 。 2022-3-20中國電力科學研究

9、院系統研究所81 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n同步發電機勵磁控制系統對提高暫態穩定的作用同步發電機勵磁控制系統對提高暫態穩定的作用 1 1、提高勵磁系統強勵倍數可以提高電力系統暫態穩定。提高勵磁系統強勵倍數可以提高電力系統暫態穩定。 2 2、勵磁系統頂值電壓響應比越大，勵磁系統輸出電壓達到頂值勵磁系統頂值電壓響應比越大，勵磁系統輸出電壓達到頂值的時間越短，對提高暫態穩定越有利。的時間越短，對提高暫態穩定越有利。 3 3、充分利用勵磁系統強勵倍數，也是發揮勵磁系統改善暫態穩充分利用勵磁系統強勵倍數，也是發揮勵磁系統改善暫態穩定作用的一個重要因素。定作用的一個重要因素。 2022-3

10、-20中國電力科學研究院系統研究所91 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n勵磁對暫態穩定性的影響仍用某省外送斷面的暫穩極限說明。勵磁對暫態穩定性的影響仍用某省外送斷面的暫穩極限說明。計算故障為三回外送線路中的一回，送端三相短路、計算故障為三回外送線路中的一回，送端三相短路、0.10.1秒切秒切 除故障線。除故障線。n1 1、全網發電機采用、全網發電機采用EqEq恒定模型恒定模型n2 2、全網發電機采用、全網發電機采用Eq” Eq” 、Ed”Ed”變化模型和實測勵磁參數變化模型和實測勵磁參數發電機勵磁模型發電機勵磁模型EqEq恒定恒定實測勵磁參數實測勵磁參數暫穩極限暫穩極限 MWMW22

11、19221926662666不同發電機、勵磁系統模型對輸電斷面暫態穩定的影響不同發電機、勵磁系統模型對輸電斷面暫態穩定的影響全網采用實測的勵磁參數全網采用實測的勵磁參數, , 某省外送斷面的暫穩極限比全網發電機某省外送斷面的暫穩極限比全網發電機采用采用EqEq恒定的暫穩極限高恒定的暫穩極限高447 MW447 MW，暫穩極限提高，暫穩極限提高2020 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所101 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n同步發電機勵磁控制系統對提高動態穩定的作用同步發電機勵磁控制系統對提高動態穩定的作用n分析證明，勵磁控制系統中的自動電壓調節作用，是造成電力系分析證明

12、，勵磁控制系統中的自動電壓調節作用，是造成電力系統機電振蕩阻尼變弱（甚至變負）的最重要的原因之一。在一定統機電振蕩阻尼變弱（甚至變負）的最重要的原因之一。在一定的運行方式及勵磁系統參數下，電壓調節作用，在維持發電機電的運行方式及勵磁系統參數下，電壓調節作用，在維持發電機電壓恒定的同時，將產生負的阻尼作用。壓恒定的同時，將產生負的阻尼作用。n許多研究表明，在正常實用的范圍內，勵磁電壓調節器的負阻尼許多研究表明，在正常實用的范圍內，勵磁電壓調節器的負阻尼作用會隨著開環增益的增大而加強。因此提高電壓調節精度的要作用會隨著開環增益的增大而加強。因此提高電壓調節精度的要求和提高動態穩定的要求是不兼容的。

13、求和提高動態穩定的要求是不兼容的。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所111 1、勵磁控制系統的任務勵磁控制系統的任務n同步發電機勵磁控制系統對提高動態穩定的作用同步發電機勵磁控制系統對提高動態穩定的作用n解決這個不兼容性的辦法有：解決這個不兼容性的辦法有： n1 1、放棄調壓精度要求，減少勵磁控制系統的開環增益。這對靜態穩定性、放棄調壓精度要求，減少勵磁控制系統的開環增益。這對靜態穩定性和暫態穩定性均有不利的影響，是不可取的。和暫態穩定性均有不利的影響，是不可取的。n2 2、電壓調節通道中，增加一個動態增益衰減環節。這種方法可以達到既電壓調節通道中，增加一個動態增益衰減環節。這種

14、方法可以達到既保持電壓調節精度，又可減少電壓調壓通道的負阻尼作用的兩個目的。保持電壓調節精度，又可減少電壓調壓通道的負阻尼作用的兩個目的。但是，這個環節使勵磁電壓響應比減少，不利于暫態穩定，也是不可取但是，這個環節使勵磁電壓響應比減少，不利于暫態穩定，也是不可取的。的。n3 3、在勵磁控制系統中，增加附加勵磁控制通道，即電力系統穩定器在勵磁控制系統中，增加附加勵磁控制通道，即電力系統穩定器PSSPSS。電力系統穩定器即電力系統穩定器即PSSPSS是使用最廣、最簡單而有效的附加勵磁控制。是使用最廣、最簡單而有效的附加勵磁控制。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所122 2、勵磁系統的

15、分類、勵磁系統的分類n按結構分類按結構分類直流勵磁機勵磁系統直流勵磁機勵磁系統交流勵磁機勵磁系統交流勵磁機勵磁系統 交流勵磁機不可控整流勵磁系統交流勵磁機不可控整流勵磁系統 交流勵磁機可控整流勵磁系統交流勵磁機可控整流勵磁系統靜止勵磁系統靜止勵磁系統2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所132 2、勵磁系統的分類、勵磁系統的分類n按勵磁電壓響應速度分類按勵磁電壓響應速度分類常規勵磁常規勵磁快速勵磁快速勵磁高起始勵磁高起始勵磁2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所14 1-1-發電機定子發電機定子 2-2-發電機勵磁繞組發電機勵磁繞組 3-3-滅磁開關滅磁開關 4-4-滅磁電阻滅

16、磁電阻 5-5-直流勵磁機直流勵磁機 6-6-直流勵磁機勵磁繞組直流勵磁機勵磁繞組 7-7-手動調節電阻手動調節電阻 8-8-強勵開關強勵開關 9-9-自動勵磁調節器自動勵磁調節器 圖圖 2-1 2-1 直流勵磁機勵磁系統原理圖直流勵磁機勵磁系統原理圖2.12.1 直流勵磁機勵磁系統直流勵磁機勵磁系統2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所152.2 2.2 交流勵磁機不可控整流器勵磁系統交流勵磁機不可控整流器勵磁系統1-1-副勵磁機副勵磁機 2-2-調節器功率單元調節器功率單元 3-3-主勵磁機勵磁繞組主勵磁機勵磁繞組 4-4-主勵磁機主勵磁機 5-5-靜止整流器靜止整流器 6-6-發

17、電機磁場繞組發電機磁場繞組 7-7-發電機發電機 8-8-電壓互感器電壓互感器 9-9-電流互感器電流互感器 K-K-滅磁開關滅磁開關 R-R-滅磁電阻滅磁電阻 圖圖 3-1 3-1 交流勵磁機不可控整流器勵磁系統原理圖交流勵磁機不可控整流器勵磁系統原理圖 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所162.3 2.3 交流勵磁機可控整流器勵磁系統交流勵磁機可控整流器勵磁系統ZLHZLH交流主勵磁機自勵恒壓系統交流主勵磁機自勵恒壓系統 KZ-KZ-可控整流橋可控整流橋 FLQ-FLQ-發電機轉子發電機轉子 F-F-發電機定子發電機定子 YH-YH-電壓互感器電壓互感器 LH-LH-電流互感器

18、電流互感器 圖圖4-1 4-1 交流勵磁機可控正流器勵磁系統原理圖交流勵磁機可控正流器勵磁系統原理圖 在我國使用的交流勵磁機可控整流器勵磁系統，絕大部分是隨發電機在我國使用的交流勵磁機可控整流器勵磁系統，絕大部分是隨發電機一起從俄羅斯和捷克等國家進口的。發電機容量從一起從俄羅斯和捷克等國家進口的。發電機容量從200MW200MW1000MW1000MW不等。不等。國內基本沒有正式生產這種勵磁系統。國內基本沒有正式生產這種勵磁系統。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所172.4 2.4 自并勵勵磁系統自并勵勵磁系統KZ-KZ-可控整流橋可控整流橋 FLQ-FLQ-發電機轉子發電機轉子

19、 F-F-發電機定子發電機定子 YH-YH-電壓互感器電壓互感器 LH-LH-電流互感器電流互感器 LB-LB-勵磁變壓器勵磁變壓器 圖圖5-1 5-1 自并勵靜止勵磁系統自并勵靜止勵磁系統 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所182.4 2.4 自并勵勵磁系統自并勵勵磁系統n自并勵靜止勵磁系統的主要優點是：自并勵靜止勵磁系統的主要優點是：n無旋轉部件，結構簡單，軸系短，穩定性好；無旋轉部件，結構簡單，軸系短，穩定性好；n勵磁變壓器的二次電壓和容量可以根據電力系統穩定的要求而單獨設計。勵磁變壓器的二次電壓和容量可以根據電力系統穩定的要求而單獨設計。n響應速度快，調節性能好，有利于提高

20、電力系統的靜態穩定性和暫態穩響應速度快，調節性能好，有利于提高電力系統的靜態穩定性和暫態穩定性。定性。n自并勵靜止勵磁系統的主要缺點是，它的電壓調節通道容易產生負阻尼自并勵靜止勵磁系統的主要缺點是，它的電壓調節通道容易產生負阻尼作用，導致電力系統低頻振蕩的發生，降低了電力系統的動態穩定性。作用，導致電力系統低頻振蕩的發生，降低了電力系統的動態穩定性。n通過引入附加勵磁控制（即采用電力系統穩定器通過引入附加勵磁控制（即采用電力系統穩定器-PSS-PSS）, , 完全可以克服完全可以克服這一缺點。電力系統穩定器的正阻尼作用完全可以超過電壓調節通道的這一缺點。電力系統穩定器的正阻尼作用完全可以超過電

21、壓調節通道的負阻尼作用，從而提高電力系統的動態穩定性。這點，已經為國內外電負阻尼作用，從而提高電力系統的動態穩定性。這點，已經為國內外電力系統的實踐所證明。力系統的實踐所證明。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所193 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （1 1）2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所203 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （2 2）2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所213 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （3 3）2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所223 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （4 4）2022-3-20中國電力科學

22、研究院系統研究所233 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （5 5）2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所243 3、計算用勵磁模型計算用勵磁模型 （6 6）2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所254 4、電力系統低頻振蕩機理分析、電力系統低頻振蕩機理分析n上世紀年代，北美學者上世紀年代，北美學者ConcadiaConcadia和和DeMelloDeMello采用考慮發電機暫態電勢采用考慮發電機暫態電勢EqEq變化的變化的飛利普斯海佛容（飛利普斯海佛容（Phillips-HeffromPhillips-Heffrom）模型）模型（單機（單機無限大母線系統）無限大母線系統）,

23、,揭示了發生電揭示了發生電力系統低頻振蕩的物理本質。力系統低頻振蕩的物理本質。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所264 4、電力系統低頻振蕩機理分析、電力系統低頻振蕩機理分析n在一定的電力系統運行條件下（例如遠距離、在一定的電力系統運行條件下（例如遠距離、重負荷等），自動電壓調節器產生的阻尼力矩重負荷等），自動電壓調節器產生的阻尼力矩分量與轉速變化反方向，因而是負阻尼力矩分分量與轉速變化反方向，因而是負阻尼力矩分量；當自動電壓調節器的負阻尼分量超過發電量；當自動電壓調節器的負阻尼分量超過發電機的固有正阻尼分量時，就會發生低頻振蕩，機的固有正阻尼分量時，就會發生低頻振蕩，電壓調節器

24、的負阻尼作用是產生低頻振蕩的根電壓調節器的負阻尼作用是產生低頻振蕩的根本原因。本原因。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所27一機無限大系統小信號模型一機無限大系統小信號模型4K1KMS1S0D2K5KSdTKK0313SeTeK16KqEtVfdET TM4 4、電力系統低頻振蕩機理分析、電力系統低頻振蕩機理分析2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所28 圖圖4-2 4-2 勵磁控制系統傳遞函數勵磁控制系統傳遞函數SdTKK0313SeTeK12K5K6KeP2g1geEdeKKKsTsTKKKKKsGEC6303352)1)(1 ()(2022-3-20中國電力科學研究

25、院系統研究所29由于由于GEC(s)的遲后作用，當的遲后作用，當K5為負時，電壓調節產生負阻尼如圖為負時，電壓調節產生負阻尼如圖3-2 (a)所示，由電壓調節器產生的電磁轉矩所示，由電壓調節器產生的電磁轉矩TE在在軸上的投影軸上的投影為負。為負。 5KqEK6tUtUpssTpssUg21gd(a)(b)AVR及及PSS產生的阻尼轉矩產生的阻尼轉矩(a) AVR產生負阻尼產生負阻尼; (b) PSS產生正阻尼產生正阻尼2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所305 5、 PSS原理及框圖fePVsTsT1)1)(1()1)(1(4231sTsTsTsTKVePsTsT1sTK1pKKeP

26、VePsTsT1ePpKVsTsT1KK信號變換隔直超前-遲后放大限幅輸出匹配相位校正1R2R1R2R1R2R(a)(b)(c)(a) 通用框圖通用框圖; (b) 輸入信號為輸入信號為 (c) 輸入信號為輸入信號為ePeP2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所315 5、 PSS原理及框圖計算程序中的計算程序中的PSS模型模型 KPKVK00eePP 0ttVV 111wwSTST2111STST4311STST+ maxsVminsVsV6511STST221wwSTSTPSS PSS 的數學模型通用表達式的數學模型通用表達式2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所325 5、

27、 PSS原理及框圖n加速功率信號加速功率信號PSS的原理的原理 用標幺值表示，在速度變化不大時，可用功率代替轉矩，則關系用標幺值表示，在速度變化不大時，可用功率代替轉矩，則關系式變為移項后有寫成偏差形式，式變為移項后有寫成偏差形式，d/dtd/dt用用S S代替，得代替，得emPMSP0因中含有各種噪音，上式右端乘因中含有各種噪音，上式右端乘G(S)G(S)濾波濾波 )()(0SGPMSPem加速功率為：加速功率為：eeaPSGPsMP)()(02022-3-20中國電力科學研究院系統研究所335 5、 PSS原理及框圖等式兩邊同乘等式兩邊同乘 1/MS1/MSMS/)()MS/(MS/0ee

28、aPSGPPTW1S1+TW1STW2S1+TW2STW3S1+TW3SKS21+T7SWP+KS31+T8S(1+T9S)MN+-PmPe1+T2S1+T1S1+T3S1+T4S1+T5S1+T6SKS1Pa加速功率型加速功率型PSSPSS模型框圖模型框圖 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所345 5、 PSS原理及框圖n加速功率的加速功率的W W 輸入信號輸入信號 在加速功率型在加速功率型PSSPSS的輸入信號中，可以采用發電機軸轉速信號，的輸入信號中，可以采用發電機軸轉速信號，也可采用電氣量的頻率信號。由于直接采用發電機軸轉速信號需也可采用電氣量的頻率信號。由于直接采用發電機

29、軸轉速信號需要特殊的測量裝置以及信號噪音的問題，在實際裝置中，多數制要特殊的測量裝置以及信號噪音的問題，在實際裝置中，多數制造廠選用頻率信號。在造廠選用頻率信號。在IEEEIEEE的相關文獻中，并沒有對使用何種頻的相關文獻中，并沒有對使用何種頻率信號進行限定，因此應根據各電力系統的實際情況選擇應用的率信號進行限定，因此應根據各電力系統的實際情況選擇應用的信號信號 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所355 5、 PSS原理及框圖以轉速作信號的加速功率型以轉速作信號的加速功率型PSSPSS與以與以EQEQ頻率為輸入信號的加速功率型頻率為輸入信號的加速功率型PSSPSS，對對200620

30、06華中華北聯網方式下萬龍線故障后，三峽機組的有功振蕩華中華北聯網方式下萬龍線故障后，三峽機組的有功振蕩效果完效果完全相同。這說明頻率與轉速是可以近似等效的。全相同。這說明頻率與轉速是可以近似等效的。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所365 5、 PSS原理及框圖發電機內功角在穩態時是恒定的，在故障后是變化的，穩態時發電機轉發電機內功角在穩態時是恒定的，在故障后是變化的，穩態時發電機轉速與機端電壓頻率相同，動態過程中，發電機轉速與機端電壓頻率并不速與機端電壓頻率相同，動態過程中，發電機轉速與機端電壓頻率并不相同。采用機端電壓頻率代替發電機轉速合成得到加速功率時將產生誤相同。采用機

31、端電壓頻率代替發電機轉速合成得到加速功率時將產生誤差，在某些運行方式下，這個誤差會影響加速功率型差，在某些運行方式下，這個誤差會影響加速功率型PSSPSS的阻尼效果。的阻尼效果。 單機無限大系統發電機功角與端電壓相位在動態過程中的變化單機無限大系統發電機功角與端電壓相位在動態過程中的變化2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所375 5、 PSS原理及框圖在某些情況下，以機端電壓頻率為輸入信號的加速功率型在某些情況下，以機端電壓頻率為輸入信號的加速功率型PSSPSS會產生負阻尼會產生負阻尼 單機無限大系統，加速功率型單機無限大系統，加速功率型PSSPSS采用不同信號時阻尼效果對比采用不同

32、信號時阻尼效果對比2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所385 5、 PSS原理及框圖以機端電壓頻率為輸入信號的加速功率型以機端電壓頻率為輸入信號的加速功率型PSSPSS可以等效成可以等效成W W與與P P通道構成正常通道構成正常的的PSSPSS和和 f-w f-w 通道構成的附加通道構成的附加PSSPSS的疊加，當的疊加，當f fw w 時，有一個附加的控制信時，有一個附加的控制信號，它對系統產生不可預見的阻尼作用，甚至產生負阻尼號，它對系統產生不可預見的阻尼作用，甚至產生負阻尼 等效的等效的PSS(PSS(圖中圖中 p:p:電功率電功率 f: f: 機端電壓頻率機端電壓頻率: :發

33、電機轉速發電機轉速 ) ) 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所395 5、 PSS原理及框圖n算例算例（1 1）華中孤網運行時，三峽左廠）華中孤網運行時，三峽左廠1414臺機都采用機端電壓頻率為輸入信號臺機都采用機端電壓頻率為輸入信號時，系統阻尼稍有惡化，但影響不大。時，系統阻尼稍有惡化，但影響不大。（2 2）華北華中聯網運行，三峽左廠）華北華中聯網運行，三峽左廠1414臺機都采用機端電壓頻率為輸入信臺機都采用機端電壓頻率為輸入信號時，在某些運行方式下（例如潮流號時，在某些運行方式下（例如潮流404404方式）電網與機組的功率振蕩不方式）電網與機組的功率振蕩不能平息。能平息。華中華

34、北聯網方式下，華中華北聯網方式下，1-81-8號發電機有功振蕩曲線對比號發電機有功振蕩曲線對比 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所405 5、 PSS原理及框圖n加速功率型加速功率型PSSPSS不宜采用以機端電壓頻率代替不宜采用以機端電壓頻率代替轉速作為輸入信號，應采用轉速或轉速作為輸入信號，應采用轉速或EQEQ頻率作為頻率作為PSSPSS的輸入信號。的輸入信號。n如果采用頻率信號的加速功率型如果采用頻率信號的加速功率型PSSPSS其輸入變其輸入變量中沒有發電機參數量中沒有發電機參數Xd,Xd,則可以懷疑是采用的則可以懷疑是采用的機端電壓頻率信號，而不是機端電壓頻率信號，而不是EQ

35、EQ頻率信號。頻率信號。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所416 6、交流互聯電網的小干擾穩定性交流互聯電網的小干擾穩定性 n電力系統的穩定性分功角穩定、頻率穩定、電電力系統的穩定性分功角穩定、頻率穩定、電壓穩定。壓穩定。n功角穩定分為靜態穩定、暫態穩定、和動態穩功角穩定分為靜態穩定、暫態穩定、和動態穩定。定。n動態穩定包括小干擾動態穩定和大干擾后的動動態穩定包括小干擾動態穩定和大干擾后的動態穩定性。態穩定性。n研究小干擾穩定性可用頻域法求解系統狀態方研究小干擾穩定性可用頻域法求解系統狀態方程的特征根，也可用時域法求解系統變量的時程的特征根，也可用時域法求解系統變量的時間響應。間

36、響應。2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所426.16.1、我國電力系統動態穩定性問題回顧我國電力系統動態穩定性問題回顧 n2020世紀世紀8080年代以前，省級電網和省級電網間互年代以前，省級電網和省級電網間互聯的大區電網，暫態穩定問題是最主要的問題。聯的大區電網，暫態穩定問題是最主要的問題。 主要原因是，當時的發電機勵磁系統以常規勵主要原因是，當時的發電機勵磁系統以常規勵磁系統為主，自動勵磁調節器的反應速度慢、磁系統為主，自動勵磁調節器的反應速度慢、增益低。增益低。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所436.16.1、我國電力系統動態穩定性問題回顧我國電力系統動態穩定

37、性問題回顧n2020世紀世紀8080年代以后，在我國省級電力系統或省年代以后，在我國省級電力系統或省級互聯電力系統中出現了動態不穩定現象。級互聯電力系統中出現了動態不穩定現象。 單機容量增大、快速勵磁、高增益自動電壓調單機容量增大、快速勵磁、高增益自動電壓調節器的應用。節器的應用。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所44 6.16.1、我國電力系統動態穩定性問題回顧我國電力系統動態穩定性問題回顧 國內低頻振蕩事例國內低頻振蕩事例n19831983年，湖南鳳常線、湖北葛鳳線；年，湖南鳳常線、湖北葛鳳線；n19841984年，廣東年，廣東香港互聯系統聯絡線；香港互聯系統聯絡線；n199

38、41994年，南網天廣線；年，南網天廣線；n19981998年，川渝電網二灘送出系統；年，川渝電網二灘送出系統；n20032003年，南網羅馬線、天廣、廣東至香港聯絡年，南網羅馬線、天廣、廣東至香港聯絡 線均發生過低頻振蕩。線均發生過低頻振蕩。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所456.16.1、我國電力系統動態穩定性問題回顧我國電力系統動態穩定性問題回顧 國內低頻振蕩事例原因國內低頻振蕩事例原因n1 1、PSSPSS沒有投運；沒有投運；n2 2、系統配置的、系統配置的PSSPSS數量不足，不能滿足數量不足，不能滿足事故后運行方式的需要，等等。事故后運行方式的需要，等等。 2022

39、-3-20中國電力科學研究院系統研究所466.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響 n20012001年我國開始實施大區電網間的互聯工程。年我國開始實施大區電網間的互聯工程。先后有東北先后有東北- -華北、川渝華北、川渝- -華中、福建華中、福建- -華東、華東、東北東北- -華北華北- -華中聯網工程等。在這些聯網工程華中聯網工程等。在這些聯網工程中，對動態穩定性問題進行了認真的研究，采中，對動態穩定性問題進行了認真的研究，采取了相應的措施。研究結果表明，互聯電網動取了相應的措施。研究結果表明，互聯電網動態穩定性問題已經成為影響互聯電網穩

40、定運行態穩定性問題已經成為影響互聯電網穩定運行的重要因素的重要因素 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所47超大型同步電網超大型同步電網u跨跨1414省、省、市、自治區市、自治區u裝機容量裝機容量超超1.41.4億千億千瓦，瓦，u距離超距離超46004600公里公里2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所486.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.1 “6.2.1 “地區振蕩模式地區振蕩模式”、“區域間振蕩模區域間振蕩模式式”及電力系統動態穩定性判據及電力系統動態穩定性判據n地區性振蕩模式（地區性振蕩模式（loca

41、l modellocal model） ：主要表現為一臺（或一個發：主要表現為一臺（或一個發電廠的）發電機對系統中其它發電機的振蕩，或主要表現為一臺電廠的）發電機對系統中其它發電機的振蕩，或主要表現為一臺（或一個發電廠的）發電機相對另外少數幾臺發電機的振蕩，頻（或一個發電廠的）發電機相對另外少數幾臺發電機的振蕩，頻率一般在率一般在0.50.52.0Hz2.0Hz）之間；）之間；n區域間振蕩模式（區域間振蕩模式（interarea modelinterarea model、or tieline odelor tieline odel） ：主：主要表現為一個區域內的某發電機群相對另一個區域內的某發

42、電機要表現為一個區域內的某發電機群相對另一個區域內的某發電機群的振蕩，或表現為一個區域內的所有發電機相對另一個區域內群的振蕩，或表現為一個區域內的所有發電機相對另一個區域內的所有發電機間的振蕩，頻率一般在的所有發電機間的振蕩，頻率一般在0.10.11.0Hz1.0Hz之間。之間。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所496.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.1 “6.2.1 “地區振蕩模式地區振蕩模式”、“區域間振蕩模區域間振蕩模式式”及電力系統動態穩定性判據及電力系統動態穩定性判據n判定一個振蕩模式穩定性的判據是它的

43、阻尼比。一個振蕩模式的判定一個振蕩模式穩定性的判據是它的阻尼比。一個振蕩模式的阻尼比為正時，它是穩定的，阻尼比為負時，它是不穩定的，阻阻尼比為正時，它是穩定的，阻尼比為負時，它是不穩定的，阻尼比為零時，它是臨界的。尼比為零時，它是臨界的。n對一個互聯電力系統來說，某一個地區振蕩模式的不穩定可能影對一個互聯電力系統來說，某一個地區振蕩模式的不穩定可能影響局部，也有可能影響全局；而區域間振蕩模式，尤其是一個區響局部，也有可能影響全局；而區域間振蕩模式，尤其是一個區域內的所有發電機，相對另一個區域內的所有發電機振蕩的區域域內的所有發電機，相對另一個區域內的所有發電機振蕩的區域間振蕩模式不穩定，是影響

44、全局的。間振蕩模式不穩定，是影響全局的。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所506.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.1 “6.2.1 “地區振蕩模式地區振蕩模式”、“區域間振蕩模區域間振蕩模式式”及電力系統動態穩定性判據及電力系統動態穩定性判據n從電力系統動態穩定性的角度出發，只有系統中所有從電力系統動態穩定性的角度出發，只有系統中所有的機電振蕩模式都穩定，系統才是動態穩定的。的機電振蕩模式都穩定，系統才是動態穩定的。 n互聯系統的動態穩定性往往由區域間振蕩模式的穩定互聯系統的動態穩定性往往由區域間振蕩模式的穩定性

45、所決定。提高區域間振蕩模式的動態穩定性是聯網性所決定。提高區域間振蕩模式的動態穩定性是聯網工程研究中必須解決的首要問題之一。工程研究中必須解決的首要問題之一。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所516.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.2 6.2.2 區域電網互聯增加了系統的機電振蕩模區域電網互聯增加了系統的機電振蕩模式式 n一個由一個由N N臺發電機組成的電力系統臺發電機組成的電力系統A A與一個由與一個由M M臺發電機臺發電機組成的電力系統組成的電力系統B B實現互聯后組成的電力系統有實現互聯后組成的電力系統有M

46、+NM+N臺臺發電機，將有發電機，將有M+N-1M+N-1個機電振蕩模式，比實現互聯前兩個機電振蕩模式，比實現互聯前兩個獨立系統的機電振蕩模式之和多了一個機電振蕩模個獨立系統的機電振蕩模式之和多了一個機電振蕩模式。式。 n 因電網互聯增加的振蕩模式是因電網互聯增加的振蕩模式是“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所526.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.3 6.2.3 區域間振蕩模式的特點之一是振蕩頻率區域間振蕩模式的特點之一是振蕩頻率低低 n機電振蕩模式的振蕩頻率近似地由同步力矩系數

47、和慣機電振蕩模式的振蕩頻率近似地由同步力矩系數和慣性常數之比的平方根所決定，即有性常數之比的平方根所決定，即有 n電網互聯后，一方面系統慣性常數增加了，另一方面電網互聯后，一方面系統慣性常數增加了，另一方面與與“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”強相關的機群間的同步力矩系強相關的機群間的同步力矩系數較小，因此，數較小，因此，“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的振蕩頻率比互的振蕩頻率比互聯前的各個子系統中的任一振蕩模式的頻率都要低。聯前的各個子系統中的任一振蕩模式的頻率都要低。 MKfS2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所536.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態

48、穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.3 6.2.3 區域間振蕩模式的特點之一是振蕩頻率區域間振蕩模式的特點之一是振蕩頻率低低 n“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的振蕩頻率將隨著各子系統間的的振蕩頻率將隨著各子系統間的聯系的加強而有所提高。例如，川渝、華中間只有三聯系的加強而有所提高。例如，川渝、華中間只有三萬線聯網時，川渝、華中的區域振蕩模式振蕩頻率約萬線聯網時，川渝、華中的區域振蕩模式振蕩頻率約為為0.3Hz;0.3Hz;萬龍線投運后川渝、華中的區域振蕩模式振萬龍線投運后川渝、華中的區域振蕩模式振蕩頻率約為蕩頻率約為0.4Hz0.4Hz。2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所546

49、.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.4 6.2.4 影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多 n因電網互聯而新增加的因電網互聯而新增加的“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的阻尼受的阻尼受諸多因素的影響，它可能有負的阻尼、或者是弱阻尼，諸多因素的影響，它可能有負的阻尼、或者是弱阻尼，它也有可能有正阻尼，甚至是強阻尼。它也有可能有正阻尼，甚至是強阻尼。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所556.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.4 6

50、.2.4 影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多 n6.2.4.1 6.2.4.1 聯絡線潮流對聯絡線潮流對“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”阻尼的影阻尼的影響響 n有些互聯電網，有些互聯電網，“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的阻尼，受聯絡的阻尼，受聯絡線有功潮流的大小和方向的影響極大。線有功潮流的大小和方向的影響極大。 例例1 1華東、福建聯網華東、福建聯網“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的阻尼比與聯絡線潮流的關的阻尼比與聯絡線潮流的關系系 福建送華東（福建送華東（M WM W）- 9009000 0600600700700阻尼比阻尼比 （無（無PSSPSS）0.32

51、680.32680.13000.13000.01660.01660.00640.00642022-3-20中國電力科學研究院系統研究所566.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.4 6.2.4 影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多 n6.2.4.1 6.2.4.1 聯絡線潮流對聯絡線潮流對“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”阻尼的影阻尼的影響響 n有些互聯電網，有些互聯電網，“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的阻尼，受聯絡的阻尼，受聯絡線有有功潮流的大小和方向的影響不大線有有功潮流的大小和方向的影響不大 。

52、例例2 2 東北華北東北華北“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”的阻尼比與聯絡線潮流的關系的阻尼比與聯絡線潮流的關系 東北送華北（東北送華北（M WM W） 7697690 0-729-729阻尼比阻尼比 （無（無PSSPSS）-0.1230-0.1230-0.1254-0.1254-0.1210-0.12102022-3-20中國電力科學研究院系統研究所576.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.4 6.2.4 影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多 n6.2.4.2 6.2.4.2 子網內部潮流及網絡結構

53、對子網內部潮流及網絡結構對“區域間振蕩模區域間振蕩模式式”阻尼的影響阻尼的影響 東北送華北（東北送華北（M WM W） 7697690 0-729-729阻尼比阻尼比 （無（無PSSPSS）-0.1230-0.1230-0.1254-0.1254-0.1210-0.1210東北送華北（東北送華北（M WM W） 9009000 0-300-300阻尼比阻尼比 （無（無PSSPSS） 0.1163 0.1163 0.0846 0.0846 0.1344 0.134420012001年潮流年潮流20002000年潮流年潮流2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所586.26.2、 區域電網互

54、聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.4 6.2.4 影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多影響區域間振蕩模式阻尼的因素較多n6.2.4.3 AVR6.2.4.3 AVR對對“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”阻尼比的影阻尼比的影響響n對于對于“地區振蕩模式地區振蕩模式”，自動電壓調節器的負阻尼作用，自動電壓調節器的負阻尼作用是發生低頻振蕩的最重要原因。是發生低頻振蕩的最重要原因。n對于對于“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”，根據我國聯網工程計算研究，根據我國聯網工程計算研究成果，自動電壓調節器的負阻尼作用仍是發生低頻振蕩成果，自動電壓調節器的負阻尼作用仍是發生低頻

55、振蕩的最重要原因之一。的最重要原因之一。2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所59對華東、福建聯網對華東、福建聯網“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”阻尼比的影阻尼比的影響響序號序號 2003年方式年方式 無無AVR時的時的阻尼比阻尼比 有有AVR時的時的阻尼比阻尼比 1大方式福建送華東大方式福建送華東600MW 0.2711 0.0166 2大方式福建送華東大方式福建送華東700MW 0.3262 0.0046 3汛大方式福建送華東汛大方式福建送華東600MW 0.1457 0.0254 4汛大方式福建送華東汛大方式福建送華東800MW 0.2330 -0.0008 2022-3-20中

56、國電力科學研究院系統研究所60對東北、華北聯網對東北、華北聯網“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”阻尼比的影阻尼比的影響響序號序號 2001年方式年方式 無無AVR時的時的 阻尼比阻尼比 有有AVR時的時的阻尼比阻尼比 1東北送華北東北送華北769MW 0.2798 -0.1230 2東北送華北東北送華北0MW 0.3691 -0.1254 3華北送東北華北送東北729MW 0.4333 -0.1210 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所616.26.2、 區域電網互聯對電力系統區域電網互聯對電力系統 動態穩定性的影響動態穩定性的影響n6.2.5 6.2.5 區域電網互聯對系統其它振蕩

57、模式阻尼區域電網互聯對系統其它振蕩模式阻尼的影響的影響 區域電網互聯，對存在于聯網前各個區域電網內機電區域電網互聯，對存在于聯網前各個區域電網內機電振蕩模式的阻尼影響因電網的不同而有差異。對聯網振蕩模式的阻尼影響因電網的不同而有差異。對聯網前的負阻尼和若阻尼的影響較小。前的負阻尼和若阻尼的影響較小。 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所62 華東、福建電網聯網前后阻尼比華東、福建電網聯網前后阻尼比 系統阻尼比（小于0.02） 聯網前 0.0144 0.0061 0.0064 -0.08324 聯網后 0.0126 0.0056 0.0067 -0.086 福建、華東聯網后新增加了一個

58、福建、華東聯網后新增加了一個“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”，阻尼比，阻尼比-0.0592022-3-20中國電力科學研究院系統研究所63 東北、華北電網互聯前后阻尼比東北、華北電網互聯前后阻尼比 系統阻尼比（小于0.02）聯網前-0.0132-0.00460.01140.01370.00480.0085-0.0126 0.0078聯網后-0.01326-0.004720.011590.015420.004820.00916 -0.01248 0.00734東北、華北聯網后新增加了一個東北、華北聯網后新增加了一個“區域間振蕩模式區域間振蕩模式”，阻尼比，阻尼比-0.12536 還有一個模式與白

59、山機組有最強相關，是聯網后產生的，阻尼比還有一個模式與白山機組有最強相關，是聯網后產生的，阻尼比0.00191 2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所647 7 華中華中10291029功率振蕩功率振蕩n1)值班調度員處理經過n1010月月2929日日22:2222:22，華中網調值班調度員接江華中網調值班調度員接江西省調匯報鄂贛聯絡線有擺動，擺動幅度西省調匯報鄂贛聯絡線有擺動，擺動幅度為為36036010MW10MW。同時網調發現斗雙線潮流在。同時網調發現斗雙線潮流在8008001200MW1200MW之間來回擺動。之間來回擺動。n22:2422:24，丹江電廠運行人員匯報丹江電廠丹

60、江電廠運行人員匯報丹江電廠4 4回回220kV220kV出線均有很大擺動。網調及時向國出線均有很大擺動。網調及時向國調匯報了有關情況，國調也通報三峽電廠調匯報了有關情況，國調也通報三峽電廠機組出力擺動大、電壓波動大。機組出力擺動大、電壓波動大。2022-3-20中國電力科學研究院系統研究所657 7 華中華中10291029功率振蕩簡介功率振蕩簡介n1)值班調度員處理經過 n22:2522:25，網調詢問湖北、河南省調振蕩情況，網調詢問湖北、河南省調振蕩情況，并下令湖北省調增加鄂東機組出力。湖南并下令湖北省調增加鄂東機組出力。湖南省調匯報電網及貴州凱里、益陽等機組均省調匯報電網及貴州凱里、益陽