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摘要：之前，普遍的观点是，与电力系统相比，汽轮机及其调速系统响应缓慢，难以引起电力系统的低频振荡，但一些低频振荡现象的分析结果表明，汽轮机组参与甚至主导低频振荡现象，与汽轮机数字电液控制系统（DEH）密切相关的快速调整。针对这一现象，本文深入分析了调速系统对电力系统动态稳定性的影响。
关键词：汽轮机；调速系统；电网低频震荡；影响
1、前言
根据振荡的周期不同，电力系统低频振荡可分为低频振荡和超低频振荡，前者频率一般在0.2～2.5Hz，超低频振荡频率一般在0.1Hz以下，由原动机调速系统在调节过程中向电网引入的超低频振荡也被称为频率模态，它由调速系统自身动态特性决定，其阻尼比受调速系统PID参数影响较大。理论计算分析表明，火电厂动力系统与电力系统低频振荡存在一定的相关性，其中汽轮机跟随控制方式由于其共振频率最低，易成为超低频振荡的来源，分析汽轮机组对低频振荡的影响应当从频率模态周期和电网低频振荡模态周期两个时间尺度上进行。
2、汽轮机调速系统对低频振荡的影响
包含汽轮机调速系统的单机无限大系统框图如图2所示。
表1 系统特征值计算结果
由表1可知，当KP取0时电力系统振荡频率为0.95Hz，等于自然振荡频率。当KP增大时，电力系统振荡频率逐渐升高，在低于分界频率的范围内调速系统提供正阻尼，且阻尼有所改善。当KP为5.0时，电力系统振荡频率为1.138Hz，已经超过分界频率，此时调速系统开始提供负阻尼，系统总阻尼开始下降。KP增大到使总阻尼为0的值称为临界增益，当调速系统增益超过临界增益时，扰动下发生增幅振荡。需指出的是电力系统的低频振荡频率主要取决于由所研究的电力系统的参数决定的同步转矩系数Ks，汽轮机调节系统只能在较小的范围内改变系统的振荡频率，而非起决定性作用。电网中某些参数的变化，也会导致系统振荡频率的改变，从而引起汽轮机调节系统阻尼特性的变化。
3、从汽轮机侧抑制电力系统低频振荡
从目前已发生的多起低频振荡事件看，汽轮机配汽方式切换、汽轮机汽门活动性试验、一次调频回路投入、阀门开度晃动以及外界干扰等操作或异常都有可能诱发电力系统低频振荡。当电网检修导致机组与电网之间联接变弱、或新建及改造后的机组第一次进行类似操作时尤其应注意。多种类型的低频振荡，汽轮机均可能参与其中，这些振荡不能自行平息或应对措施无效时，机组将会被强制解列。除按规定投用与优化PSS功能外，目前汽轮机组的逻辑设计很少会考虑电力系统低频振荡问题，为此，建议从以下方面来抑制低频振荡。
3.1优化控制逻辑
（1）在一次调频功能中，采用高精度的电网频率信号代替本机组汽轮机转速信号，这样可以有效抑制局部低频振荡；（2）在汽轮机配汽方式切换逻辑中，取消切换时DEH侧功率控制闭环自动投入逻辑，改为在配汽方式切换前由人工投入DCS侧协调控制功能，同时将切换时间改为4min以上；（3）设置机组协调控制功能与DEH侧功率闭环控制功能相互闭锁逻辑；（4）将DCS与DEH之间汽轮机遥控负荷指令信号由通信方式或数字量硬接线方式改为模拟量硬接线方式；（5）将汽轮机调节阀开度指令与反馈信号引入PMU采集系统中；（6）在DCS与DEH操作站上设置一次调频功能投切按钮，并加强管理。
为了抑制低频振荡，可尝试使用一种新型的电力系统稳定器（governorpowersystemstabilizer，GPSS），它经DEH控制逻辑作用于汽轮机调速系统，通过汽轮机调节阀直接增减汽轮机的功率来产生阻尼力矩，消耗振荡能量，抑制低频振荡；或者还可在DEH中使用带阻滤波器，通过对机组功率、汽轮机角速度以及调节阀阀位指令与反馈的监测分析，判断系统振荡是否与汽轮机调速系统有关，如有则投入滤波器，滤除低频振荡扰动信号，从而平息振荡。
3.2严格试验测试
通过下列试验与测试，可以发现汽轮机组存在的涉网问题，如及时整改并消除调节阀开度晃动缺陷，可以有效预防电力系统低频振荡的发生。
（1）汽轮机调节系统静态试验。通过该试验确认汽轮机调节阀动作灵活，控制线性度良好，行程与开关时间满足要求。（2）汽轮机流量特性试验。通过该试验，整定汽轮机配汽函数，提高机组控制的线性度，对于新建或改造机组，这项试验是基础，十分必要；配汽函数没有重新整定，汽轮机顺序阀方式就不能投入使用；运行老化等也会使汽轮机配汽函数偏离其流量特性，该试验需要定期进行。（3）一次调频试验。该试验可验证机组的一次调频能力，试验前应对一次调频功能相关逻辑、参数设置的合理性与正确性进行检查确认，避免贸然投入一次调频功能造成系统振荡事件的发生。（4）机组AGC与协调控制功能试验。通过该试验，确认各数据接口工作正常，整定机组协调控制参数，使控制效果达到规定要求。（5）DEH侧功率闭环回路投运试验。通过该试验，整定功率闭环控制参数；如果汽轮机组设计有并且会用到该功能，就一定要确保该项试验不被遗漏。（6）汽轮机及其调速系统建模与参数测试。机组新建、改造、大修、软件修改或其调速系统重要参数发生变化后，均要进行该项试验，由此准确获得该机组主要的涉网信息，以利于在规划设计与事故分析等环节中进行电力系统综合仿真计算；实际上，一旦发生了低频振荡，分析计算用的机组信息均来源于此。
3.3迅速正确操作
电力系统低频振荡具有突发性、随机性的特点，短期内难以完全解决。汽轮机组运行时，一旦发生功率周期性反复振荡，建议立即采取以下措施：（1）将机组退出AGC控制；（2）汽轮机转速也振荡时，迅速撤出一次调频功能；（3）如DEH侧功率闭环回路投用，迅速将其撤出[25]；（4）将机组协调退出，汽轮机切换到阀位控制方式[26]；（5）上述四项措施未使振荡平息时，应该将机组出力降低至最低技术出力并维持出力稳定；（5）等待调度指令，做好手动解列机组的准备。
4、结语
现代大型汽轮机调速系统对电力系统低频振荡具有重要影响。调速系统增益虽然不改变调速系统阻尼特性的分界频率，但是却影响电力系统低频振荡频率。汽轮机调节系统增益越大，系统的振荡频率越高，当系统振荡频率超过调速系统阻尼特性分界频率时，调速系统进入负阻尼区域，此时调速系统增益的增加将恶化系统阻尼，从而可能诱发电力系统低频振荡。
参考文献：
[1]刘春晓，张俊峰，李鹏，等.调速系统对南方电网动态稳定性的影响研究[J].中国电机工程学报，2013，33（S1）：74-78.
[2]刘子全，姚伟，文劲宇，等.调速系统频率模态对电网低频振荡的影响[J].中国电机工程学报，2016，36（11）：2978-2986.
论文作者:田海松
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：汽轮机论文; 低频论文; 系统论文; 机组论文; 电力系统论文; 频率论文; 阻尼论文; 《防护工程》2019年12期论文;