1、電力系統低頻振蕩電力系統低頻振蕩Power System low frequency oscillation Power System low frequency oscillation 潘學萍2021年9月30日1、緒論2、低頻振蕩機理3、電力系統低頻振蕩分析方法4、振蕩監控系統負阻尼負阻尼Growing oscillations正阻尼正阻尼Oscillations damp out12431231.1 引言1.2 大停電事故2006年歐洲電網的大停電事故；2003年美國的“8.14大停電；2003年倫敦電網的停電事故；1996年美國西部的大停電事故；世界范圍內的大停電事故的發生：低頻振蕩事

2、故：NorthwestCaliforniaCOI linesAugust 10, 1996 WECC blackout Negative damping Growing 0.24 Hz oscillationsInter-area modeTVA Cumberland event1.3 功角穩定性小擾動功角穩定性與大擾動功角穩定性1、緒論2、低頻振蕩機理3、電力系統低頻振蕩分析方法4、振蕩監控系統 阻尼轉矩缺乏阻尼轉矩缺乏2.1 低頻振蕩的機理低頻振蕩的機理F. P. deMello, C. Concordia. Concepts of synchronous machine stabilit

3、y as affected by excitation control. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-88 316-329. Apr. 1969. 自參數互參數諧振自參數互參數諧振系統的一個自然方式作為周期性擾動作用于另一個系統的一個自然方式作為周期性擾動作用于另一個自然方式的景象。自然方式的景象。 Tamura Y, Yorino N. Possibility of Auto- & Hetero-Parametric Resonance in Power Systems and Their Relatio

4、nship with Long-term Dynamics. IEEE Trans on Power Systems, 1987, 2 (4): 890896Yorino N, Sasaki H, Tamura Y, et al. A Generalized Analysis Method of Auto-Parametric Resonance in Power Systems. IEEE Trans on Power Systems, 1989, 4 (3): 10571064 強迫功率振蕩強迫功率振蕩以為當系統中存在繼續的周期功率擾動且擾動頻率以為當系統中存在繼續的周期功率擾動且擾動頻率

5、接近于系統的固有頻率時，會引起大幅度的功率動接近于系統的固有頻率時，會引起大幅度的功率動搖，導致低頻振蕩的發生。搖，導致低頻振蕩的發生。 模態諧振模態諧振以為系統參數的微小變化會導致振蕩特性接近的多以為系統參數的微小變化會導致振蕩特性接近的多個方式中的一個變得不穩定，導致低頻振蕩。個方式中的一個變得不穩定，導致低頻振蕩。 分岔景象分岔景象 非線性非線性Hopf分岔或鞍點分岔引起。分岔或鞍點分岔引起。 超低頻振蕩超低頻振蕩 以為系統中出現的超低頻振蕩跟發電機調速器以為系統中出現的超低頻振蕩跟發電機調速器有關。有關。1、緒論2、低頻振蕩機理3、電力系統低頻振蕩分析方法4、振蕩監控系統3.1 基于模

6、型的解析方法 特征根方法)(xxf.H.O.TAxxuyx yAuuy1 titTiiiieyety00 xu tnintitiineyueyueyutx000212211泰勒展開忽略高階項U 可逆可逆Axx 電力系統的動態行為電力系統的動態方式非振蕩型失穩方式振蕩型穩定方式振蕩型失穩方式 圖3-1 特征值的類型與系統的動態方式 正規形方法)(xxfuyx 泰勒展開忽略2階及以上高階項U 可逆可逆.211H.O.TxHxxHxAxxnTTxHxxHxAxxnTT121 YFyy2h2(z)zy 3Ozz當不存在2次諧振時忽略3階及以上高階項zz jjjzz nknltlkjkltjjlkjez

7、zhezty110002 njnknltlkjklijnjtjijilkjezzhuezutx11100102 模態級數法)(xxfuyx 泰勒展開U 可逆可逆.211H.O.TxHxxHxAxxnTT設解對初值延續可微 H.O.T.YFyy2 tytytytyjjjj321nknllklkjkljjjnknllkjkljjjjjjyyyyCyyyyCyyyy1112213311112211 222,1100,1100,1100021 2 2 RjlktnknllkjklRjlknknltlkjkltRjlknknllkjkljjjjjlkjteyyCeyyheyyhytytyty忽略2階以上

8、的高階項 222,11100,11100,110001 2 2RjlknjtnknllkjklijRjlknjnknltlkjklijtRjlknknllkjkljnjijijlkjteyyCueyyhueyyhyutx nknltikltnjijijilkjeKetMLtx1112,110002RjlknknllkjkljijijyyhyuL2,1100RjlknknllkjklijijyyCuM2,1002RjlknjjklijlkiklhuyyK其中：3.2 模型解析法的局限性 不能計及相繼缺點以及離散控制的影響； 不能計及時滯環節等本質非線性要素的影響； 無法計及時變要素的影響。3.3

9、 基于受擾軌跡的方式提取方法 平穩信號的方式提取方法：Prony方法 非平穩信號的方式提取方法：小波方法、HHT方法受擾軌跡的時變非線性振蕩方式：時變振蕩頻率：時變振蕩阻尼： EEAC分群實際3.4 關鍵振蕩斷面針對某一個確定的系統，容易發生區域振蕩的關鍵斷面主導振蕩斷面確實定不斷以來得到廣泛的關注。對于長條形的弱互聯絡統或啞鈴狀系統，普通以為易發生振蕩的斷面處于聯絡線上。 研討發現，當聯絡兩側網絡中的機組總慣量接近時，該處的振蕩阻尼或頻率到達較小值，因此實踐系統的主導振蕩斷面很有能夠發生在兩側區域機組總慣量根本相當的聯絡線斷面上。表表4-1 各子網機組總慣量各子網機組總慣量慣量s夏季方式冬季

10、方式東北132.79.35華北327.37343.57山東.64134.74華中326.21369.07川渝114.11118.07全網1036.121101.81 擾動東 北華 北山 東華 中川 渝高姜線 辛聊線辛嘉線 萬龍線、萬三線f 1f 2 (a)東北華北(b)華北華中(c)川渝華中(c)山東華北 擾動1(a)東北華北(b)華北華中(c)川渝華中(c)山東華北 擾動21、緒論2、低頻振蕩機理3、電力系統低頻振蕩分析方法4、振蕩監控系統4.1 振蕩監控系統SVCSVCSVCLOADLOADLOADLOADPDCPPP 目的目的 早期發現弱阻尼早期發現弱阻尼/負阻尼振蕩負阻尼振蕩 實施控制

11、實施控制 PMU給給OMS帶來能夠帶來能夠 PMUs 數量添加數量添加 實時監控的要求實時監控的要求 部分方式部分方式/區域方式監控區域方式監控-開 始YesNo預警控制觸發YesNo讀取PMU數據擾 動？受擾軌線的振蕩方式分析Ambient數據的振蕩方式分析滑動窗口方式校核滑動窗口方式校核 存 在弱阻尼/負阻尼方式？4.2 流程圖8208408608809009209405.095.15.115.125.135.145.15x 105Time (s)Voltage (V)Bus Voltage Magnitude at CumberlandEvent Analysis1.2 Hz at +1.5% damping. Local Mode.Ambient Noise Analysis1.2 Hz at +1.8% damping. Local Mode.Nov. 29th 2007 TVA event4.3 實例分析6080100120140160180534536538540542544546548550Time (s)MALN_Malin_Bus_