异步联网系统频率稳定性影响分析及对策研究

异步联网系统频率稳定性影响分析及对策研究

徐忻

（云南电网有限责任公司红河供电局云南蒙自661100）

摘要：异步联网以后，云南电网成为网架结构系统中相对比较薄弱，而且负荷水平相对较低的多直流送端电网，系统频率稳定性、小扰动稳定性以及功角稳定性等，都发生了一定的变化，需采取有效的控制措施。本文将对异步联网系统频率稳定性影响因素进行分析，并在此基础上就如何应对，谈一下个人的观点和认识，以供参考。

关键词：频率稳定性；异步联网系统；影响因素；对策

频率作为整个电力电网系统的重要参考指标，其反应出系统中有功功率供需平衡状态。在交流系统中，当有功功率供需出现不平衡现象时，频率就会出现波动，而同步发电机调速器管控作用以及负荷频率调节，也是同步进行的。异步联网系统频率稳定性影响因素非常的多，是否能够有效控制这些因素，关系着整个系统的运行安全可靠性。

1、异步联网系统频率稳定性影响因素分析

结合原动机调节系统，建立单机-无穷大系统（如下图所示），模型中的各参数釆用的是典型参数。

（图1：单机—无穷大系统示意图）

基于PSS/E之自定义功能，将转速阶跃信号输入到原动机-调速器模型之中，模拟阶跃试验，改变参数取值，并观察各参数对原动机调节系统产生的影响。

1.1增益系数

对模型调差系数R改变，增益系数为K，可获得原动机频率动态过程。随着增益系数的不断增大，原动机输出功率最大值也不断上升，而且输出功率稳态值也随之增大，对其跌落最低点不会产生太大的影响。随着频率回升的幅度不断增大，使得频率稳态值增大。基于增益系数物理意义考虑，K是调差系数（R）之倒数，对各发电机中的旋转备用分配比例产生直接影响。K值越大，频率上升和下降时，即便是变动1Hz，发电机增发、减发功率值也就越大。阶跃响应过程中，原动机的输出功率变动也随之增大。

1.2高压容积时间常数

对于高压容积时间常数、交叉管时间常数以及再热器时间常数而言，在控制框图中，都是一阶。高压容积时间常数选择以及时间常数变化考察，会影响发电机频率特性。随着时间常数的不断增大，原动机输出功率的最大值也会变大，而且频率跌落极值随之不断增大；当频率下降至最低点的时间增大时，虽然频率回升的速度也随之加快，但是对频率稳态值不会产生较大的影响。基于物理意义的视角来看，容积、再热管以及交叉管的时间常数不断增大，汽轮机调速时，汽门调节后所需时间越长，导致调速减慢。

1.3调差系数

对调差系数进行变动，0"、R分别取0.04、0.08，并且与原取值比较。从原动机输出功率变化、频率变化情况来看，调差系数在输出功率上升过程中产生的影响相对较小；对于原动机而言，其输出功率缓慢上升时，调差系数会比较小。对于原动机输出功率而言，最大值越高时，上升速度就会变得非常的快，而且原动机稳定输出功率也会最多。在频率开始降低时，调差系数产生的影响非常的小；然而，调差系数相对较小时，系统频率的跌落值就会减小，频率跌落到最低点的时间减少，而且频率回升幅度不断增大，系统频率稳定性也比较大。

1.4调速器响应时间

调速器响应时间取不同的值，观察不同取值下的系统频率响应情况。从实践来看，随之调速器响应时间的不断增大，输出功率的上升速度也会发生变缓，同时最大输出功率也随之增加，对输出功率稳定性产生的影响却非常的小。频率下降初始阶段，不同调速器响应时间曲线没有太大的差别。随之调速器响应时间的不断增大，系统频率的跌落也会增大；当系统频率下降至最低点的时间不断增大时，频率的回升幅度也会随之发生变化——减小。

1.5软反馈时间常数

软反馈时间常数不同，其阶跃响应曲线就会表现出较大的变化或波动。软反馈时间常数不断减小，输出功率的增速就会加快，此时最大输出功率也会增大。在此过程中，频率跌落值减小，至频率最低位置的时间明显有所缩短，而且频率回升速度会有所加快。然而，当减小软反馈时间常数时，原动机的输出功率下降速度会随之加快，输出功率的下降幅度将会变大。

1.6有功频率因子

对有功频率因子进行改变，令其分别取1、1.8和3，对各有功频率因子条件下的情况进行观察。当故障问题发生时，系统频率会发生变化。

（图2：送受端的频率响应曲线示意图）

从图2曲线图来看，当交流故障问题发生时，送端的频率就会明显上升，而受端的频率会下降。当故障问题切除以后，送端系统中的有功出现缺失现象，此时频率就会下降；随有功频率因子的不断增大，系统频率的动态变化轨迹就会出现整体性下降之势，系统频率的稳定性也会减小。当发生动态变化时，频率跌落减小，跌落至最低点所用的时间减小，系统频率回升变快，到达稳定状态的速度也随之加快。就受端来讲，当故障问题发生时，有功功率出现缺失现象，此时受端发电机的出力会有所增加，供需达到平衡。当交流故障问题发生时，随着有功频率因子的不断增大，系统频率跌落的最低点就会有所降低，加快达到最低点的速度；故障问题切除以后，随着功频率因子的不断增大，频率达到最高点所需的时间就会变短，加速达到频率稳定状态。

此外，当直流单极闭锁故障问题发生时，送端功率就会出现过剩现象，此时受端功率有所缺失，频率稳态值超过50Hz。就送端来看，有功功率因子不断增大，导致频率动态变化，此时频率的变化幅度也会随之减小；当频率逐渐趋于稳定值所需的时间缩短时，频率稳定性明显降低；就受端来看，当功频率因子不断增大时，频率的动态降幅减小，系统的频率稳性较高。

2、加强异步联网系统频率稳定性管控的有效策略

基于以上对异步联网系统频率稳定性影响因素分析，笔者认为要想加强系统频率稳定性管控，可从以下几个方面着手：

2.1直流附加频率管控

对于直流附加频率进行管控，属于小方式调制模式，通常调制量只有额定功率的10%以内。基于PSS/E实现过程中，在直流附加控制设备应用基础上，充分发挥其频率有效调制功能。当直流有附加频率管控时，直流提升的最大功率是额定功率的百分之八；当直流线路在直流附加频率管控功能作用下，对造成的频率越限故障问题进行观察。当有直流附件频率管控时，是否仍出现频率越限等不良现象。实践中，若仍有上述越限问题发生，则应当采用稳控切机方法对其进行控制。

2.2高周切机应用措施

当第二道稳控防线和相关措施发生拒动问题时，需利用下一道防线对系统频率的稳定性进行管控，即利用高周切机方法，确保系统频率的稳定性。本文所研究的高周切机方案涉及的对象是比较典型的小方式2(即百分之七十的丰大负荷)下闭锁故障问题时，出现的频率越限直流故障问题。在此过程中，火电涉及一次调频，光伏、风电均不涉及一次调频；直流在双极状态下全功率运行，其中直流附加管控又包括两种计算方式，即均不投入、投入频率附加管控（最大功率的提升量仅为额定功率的百分之八）。对于典型小方式2而言，无论FLC有无，直流双极闭锁问题，在稳控拒动状态下，基于当前期高周切机的应用，都能够确保系统频率的稳定性（一般保持在50.1赫兹左右）；当处于暂态时，整个系统的频率最低值也会超过49赫兹，即便如此，也不会导致低频减载现象发生。从这一应用效果来看，说明当前形势下，采用高周切机具有可行性。

结语：总而言之，交直流混联状态下，直流系统利用变化的运行参数，实现输电功率的快速改变，可有效确保系统频率的稳定性。值得一提的是，直流功率调制方法有两种，即紧急功率管控、直流频率管控。其中，紧急功率管控研究成果比较多，而直流频率管控功能方面的研究成果相对较少，在异步联网模式下下，是否能够准确的动作，成为异步联网方案顺利实施与否的一个重要因素。

参考文献

[1]周博.电力系统频率控制中的负荷建模与应用[D]华北电力大学，2013.

[2]刘振亚.中国电力与能源[M].北京:中国电力出版社，2012.