次同步振荡、同步振荡、异步振荡、低频振荡及其区别上课讲义
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次同步振荡特征值一、引言次同步振荡是电力系统中的一种普遍存在的振荡现象,是由于系统中多个发电机或负荷与电网耦合而引起的,通常出现频率在0.1Hz以上,振荡幅值为0.1~1.0次额定电压。
次同步振荡会对电力系统的稳定性和安全性造成严重的威胁,因此研究其特征值和控制方法具有重要意义。
二、特征值次同步振荡可以通过系统中各个发电机和负荷的振荡频率和阻尼区别,其特征值包括频率、阻尼比和振幅等。
1. 频率特征值因为次同步振荡频率通常比电力系统电网基频低,因此可以利用滤波技术将基频信号滤波掉,得到次同步振荡的频率。
次同步振荡的频率一般在0.1Hz以上,不同的次同步振荡振荡频率具有不同的特征。
2. 阻尼特征值次同步振荡阻尼特征值可以通过快速阻尼扰动方法进行测量计算。
通常使用响应的功率变化曲线分析该系统的径向阻尼比。
可以通过计算快速阻尼扰动所引起的功率变化,来确定系统的径向阻尼比。
阻尼比越小,次同步振荡的振荡幅值越大,系统的稳定性越差。
3. 振幅特征值振幅特征值是指次同步振荡的振幅大小,通常以系统中某一发电机或负荷的振幅作为代表。
次同步振荡的振幅越大,系统的稳定性越差。
三、控制方法针对次同步振荡的控制方法主要包括主动控制和被动控制两种。
1. 主动控制主动控制是指在电力系统中引入一些控制方法或设备,以控制次同步振荡的产生和扩散,主要包括直接控制和间接控制两种。
(1)直接控制直接控制是指通过改变系统中设备的运行状态,实现次同步振荡的控制。
直接控制主要包括直接控制发电机输出功率、直接控制系统中电容电抗的状态和直接控制负荷的状态等方法。
(1)耦合器耦合器是指通过相邻的设备之间共振的耦合,以控制次同步振荡的传播,主要包括机械耦合器、电磁耦合器和谐振耦合器等方法。
(2)阻尼器阻尼器是指通过一些阻尼装置加入系统,控制次同步振荡的振荡幅值,主要包括电抗器、阻容器、实际发电机控制等方法。
(3)控制线圈控制线圈是指在输电线路上加设特殊的电气设备,使电流进一步落后于电压,从而抑制次同步振荡的产生和传播。
问:系统振荡是怎么回事?振荡是由失步引起的吗?对系统来说会有多大的危害?
谭程文答:振荡就是发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间的功角的摆动现象。电力系统振荡分同步振荡和异步振荡两种情况:能保持同步而稳定运行的振荡为同步振荡;导致失去同步而不能正常运行的振荡为异步振荡。当电力系统稳定破坏后,电网内的发电机组将失去同步,转入非同步的运行状态,此时电网将发生异步振荡。
危害:当电网发生振荡时,电网内的发电机不能维持正常运行,电网电流、电压和功率将大幅度波动,严重时使电网解列,造成部分发电厂停电及大量负荷停电。
短路电流、电压是突变的,振荡变化速度较慢,也是周期性的;
短路电流、电压之间角度基本不变,而振荡随功角的变化而变化; 短路时有负序、零序分量,而振荡没有负序、零序分量。 影响电流、电压和阻抗继电器,会造成误动,也因为振荡不含负序、零序分量,所以采用其来启动振荡闭锁。
(1)系统振荡时,由于两侧电源的夹角在0~360度间变化,线路上的电流、电压作大幅变化;夹角在180度时振荡电流达最大值;振荡过程中电压最低的一点称为振荡中心。
(2)全相振荡时系统保持对称性,系统中不会出现负序和零序分量,只有正序分量;短路时会有负序或零序。
对保护装置来说,要求 (1)系统发生振荡时,应可靠闭锁保护,即使是激烈的振荡,闭锁保护也不能开放。 (2)系统发生短路时,应快速开放保护; (3)外部短路故障切除后紧跟发生振荡,保护不应误动作。 (4)振荡过程中发生短路时,保护应能正确动作。 一般指电力系统受到扰动或调节控制的诱发,由本身的电磁特性和机械特性而产生的一种动态过程,表现为电力系统中发电机的转速、并列运行的发电机间的相对角度、系统的频率、母线上的电压、支路中的电流和功率产生波动、偏离正常值,振荡中心的电压有大幅度的跌落。不衰减和增幅的振荡会破坏电力系统的正常运行,甚至损坏电工设备,导致系统的崩溃。所以通过分析,掌握电力系统的动态特性,采取措施,预防发生振荡,抑制和消除已发生的振荡,是保证电力系统安全运行的重要内容。
电力系统振荡的分类
电力系统振荡是电力系统中出现的一种共振现象,通常是由于系统中某些元件的损耗、故障或者控制系统的不稳定性所导致的。
根据振荡的类型和特点,可以将电力系统振荡分
为多种不同的类型。
下面就来介绍一下电力系统振荡的分类。
一、低频振荡
低频振荡通常是指电力系统中频率在0.1Hz到1Hz之间的振荡。
这种振荡通常是由于
系统的机械惯性和负荷惯性反应导致的。
当电力系统中的机械负荷发生变化,如风力发电
机的并网、调节阀的启闭等,系统就会产生低频振荡。
这种振荡一般没有太大的危害,但
是如果振荡幅度过大,就会导致系统频率不稳定。
四、转子振荡
转子振荡通常是指发电机转子在运转过程中发生的振荡。
这种振荡通常是由于转子质
量不均匀、转子松动或支承结构不稳定所导致的。
这种振荡会导致发电机的轴向和径向振
动增大,加剧了设备的磨损,甚至会导致设备的破坏。
五、电磁振荡
电磁振荡通常是指电力系统中频率在几百Hz到几千Hz之间的振荡。
这种振荡通常是
由于电力电子设备在工作过程中引入的谐波所导致的。
例如,当系统中的变流器、斩波器、整流器等工作时,就会引发电磁振荡。
这种振荡会导致系统中的电压谐波增加,损坏设备,甚至会对系统中其他设备造成干扰。
六、场致振荡
总的来说,电力系统振荡的分类是有很多种的,每种振荡都有自己的特点和危害。
在
运行电力系统时要时刻关注系统中的各种振荡,及时采取措施来排除影响,确保系统的安
全稳定运行。
低频振荡1. 什么是低频振荡?低频振荡是指振荡频率较低的一类振动现象。
在物理学和工程中,振荡是指一个物体或系统在时间上周期性的运动。
而振荡的频率则是指单位时间内完成的周期个数。
低频振荡的频率一般在几赫兹以下,相对较为缓慢。
低频振荡广泛应用于许多不同的领域,如电子工程、通讯、声学、力学,甚至生物学等等。
在电子工程中,低频振荡也是许多电子设备和电路的基础。
2. 低频振荡的特点低频振荡的特点主要包括以下几个方面:2.1. 频率较低如前所述,低频振荡的频率一般在几赫兹以下。
相比于高频振荡,低频振荡的周期相对较长,波形变化较为缓慢。
2.2. 振幅较大由于低频振荡的周期较长,标志着振动的变化较为缓慢,因此振幅往往较大。
这意味着低频振荡的能量较高,对于一些特定的应用场景非常有用。
2.3. 易受干扰低频振荡由于频率较低,更容易受到外部的干扰。
任何涉及到低频振荡的设备或电路都需要采取相应的措施来减小外界干扰的影响,以确保振荡的稳定性和准确性。
3. 低频振荡的应用低频振荡在各个领域都有重要的应用。
以下列举了一些典型的应用场景:3.1. 电子工程在电子工程中,低频振荡器是非常重要的组成部分。
低频振荡器可以用于产生稳定的低频信号,用于时基电路、音频信号处理、通信系统等等。
例如,无线电中的频率合成器使用低频振荡器来生成稳定的射频信号。
3.2. 声学在声学领域,低频振荡也起着重要的作用。
低频振荡可以产生低音频的声波,被广泛应用于音箱、低音炮等音频设备中。
此外,低频振荡还可以用于声纳、地震勘探等领域。
3.3. 生物医学在生物医学领域,低频振荡被用于心电图(ECG)和脑电图(EEG)等生物信号的测量和分析。
这些信号通常具有较低的频率范围,在诊断疾病和监测健康状态方面有着重要的意义。
3.4. 力学在力学领域,低频振荡可以用于模拟地震、建筑物结构的振动等应用。
低频振荡器被用于进行各种振动实验和振动测试,以改进设计和改善结构的稳定性。
2017年3月电工技术学报Vol.32 No. 6 第32卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2017“电力系统低频振荡与次同步振荡”专题特约主编寄语低频振荡与次同步振荡是电力系统的经典问题之一,随着同步电网规模的扩大、固定串联电容补偿输电技术和柔性交流输电技术的大范围应用以及大规模新能源接入电网,目前低频振荡与次同步振荡问题仍然是迫切需要解决的重大工程问题,而且这两方面的问题又呈现出新的特征。
总体上看,对于低频振荡与次同步振荡问题,不管是在理论上还是在工程实践上,都还没有完全解决。
主要表现在四个方面:①物理机理上的挑战;②分析方法上的挑战;③实时监测上的挑战;④阻尼控制上的挑战。
物理机理上的挑战:电力系统将包含越来越多的采用电力电子换流器接口的新能源电源,加上早已存在的直流输电和柔性交流输电装置,使得电力系统除了传统的电磁元件外还包含了相当数量的电力电子装置。
传统上,低频振荡问题特指同步电网中同步发电机转子的功角小扰动稳定问题,它与电力系统小扰动稳定问题不是完全对等的。
电力系统小扰动稳定问题考虑的状态变量包括系统中所有动态元件的状态变量,而低频振荡问题考虑的状态变量仅仅包括系统中所有同步发电机转子的功角和转速。
低频振荡问题分为局部振荡问题和区域间振荡问题,一般关注的是区域间振荡问题。
次同步振荡主要关注的是大型同步发电机组的轴系扭振问题,且次同步振荡问题主要局限于单个电厂。
而在大量新能源电源接入后,低频振荡和次同步振荡问题的定义开始存在歧义。
电力电子装置实际上可以存在很宽频率范围的电压和电流量,包括次同步频段和高次谐波频段。
由于电力电子装置控制器设计不合理以及多电力电子装置的相互作用,可能引起频率范围很宽的电压和电流振荡,其中落在低频振荡和次同步振荡的频率范围也是完全可能的。
包含大量新能源电源的电力系统其电源构成包括同步发电机电源、异步发电机电源和换流器电源等,经典的功角稳定理论只关注同步发电机电源之间的功角稳定,且认为同步发电机电源之间的功角稳定是电力系统能够稳定运行的必要条件。
次同步振荡、同步振荡、异步振荡、低频振荡及其区别一、次同步振荡(SSR,SubsynchronousResonance):发电机经补偿度较高的串补线路接入系统或者直流输电、静止无功补偿装置控制装置参数设置不当时,较易出现网络的电气谐振频率与大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率接近的情况,造成发电机大轴扭振、破坏大轴,由于振荡频率低于同步频率,该现象称为次同步振荡。
二、同步振荡:当发电机输入或输出功率变化时,功角δ将随之变化,但由于机组转动部分的惯性,δ不能立即达到新的稳态值,需要经过若干次在新的δ值附近振荡之后,才能稳定在新的δ下运行。
同步振荡主要现象:
(1)机组和线路电流、功率指示周期性变化,但波动较小,发电机有功出力不过零;
(2)发电机机端和500kV母线电压表指示波动较小;
(3)系统及发电机频率变化不大,全系统频率未出现—局部升高、另一局部降低现象;
(4)发电机轰鸣声较小,导叶开度无明显变化。
有关机械量、电气量出现摆动,以平均值为中心振荡,不过零;振荡周期稳定清晰接近不变,摆动频率低,一般在0.2-2.0Hz;指针式仪
表摆动平缓无抖动,机组振动较小;用视角可以估算振荡周期;中枢点电压保持较高水平,一般不低于80%;同步振荡出现时各机组仍保持同步运行,频率基本相同。
处理方法:
(1)已经振荡的发电厂可不待调度指令立即增加发电机励磁提高电压,但不得危及设备安全,必要时可适当降低发电机有功。
(2)处于送端的机组适当降低有功出力,处于受端的机组增加有功出力。
(3)若正在进行线路或主变停运等操作时,应立即暂停操作。
(4)尽快查找并去除振荡源。
着重了解本厂是否存在强迫振荡源(如发电机组非同期并网、发电机组调速器、励磁调节器有异常等)。
若有,应立即消除调速器或励磁调节器的故障(故障励磁调节器可暂时倒备励)。
如一时无法消除,则解列发电机组。
(5)在采取以上措施后,应报告调度值班人员,听侯调度指令。
三、异步振荡:发电机因某种原因受到较大的扰动,其功角δ在0-360°之间周期性地变化,发电机与电网失去同步运行的状态。
在异步振荡时,发电机一会工作在发电机状态,一会工作在电动机状态。
有关机械量、电气量摆动频率较高,振荡周期不清晰;现场指针式仪表满盘剧烈抖动,机组发出不正常的、有节奏的鸣声;定子电流、机组功率振幅一般很大,而且过零;联络线的各电气量同样出现较高频率的摆动,振荡中心电压变化很大等;异步振荡出现时各机组已不能保持同步运行,出现一定的频率差,功率富余区域的频率高于50Hz。
处理方法:
(1)所有发电厂、变电站值班运行人员,应不待调度指令增加发电机无功出力,断开电抗器、投入电容器、控制可调无功装置发容性无功,尽量使母线电压运行在允许上限。
(2)频率降低的发电厂,应不待调度指令,增加机组的有功出力至最大值,直至振荡消除。
(3)频率升高的发电厂,应不待调度指令减少机组有功出力以降低频率,但不得使频率低于49.5Hz,同时应保证厂用电的正常供电。
(4)系统发生振荡时,未得到值班调度员的允许,不得将发电机从系统中解列(现场事故规程有规定者除外)(5)若由于机组失磁而引起系统振荡,可不待调度指令立即将失磁机组解列。
(6)装有振荡解列装置的发电厂、变电站,当系统发生异步振荡时,应立即检查振荡解列装置的动作情况,当发现该装置发出跳闸的信号而未实现解列,且系统仍有振荡,则应立即断开解列开关。
(7)在采取以上措施后,应报告调度值班人员,听侯调度指令。
四、低频振荡:并列运行机组间在小干扰作用下发生0.2~2.5Hz范围内的持续振荡现象。
是一种机电自由振荡,内在原因是系统的负阻尼效应。
其振荡频率主要分量较低(相对于工频),一般为0.2~2.5Hz,它的诱发因素一般是在系统参数正常变动范围之内,当外界强迫因素具有与系统固有频率相近的频率分量时会使振幅显著增加。
常出现在远距离、重负荷、弱联系的线路上,在发电机采用快速、高倍励磁系统的情况下更易发生。
主要现象:系统频率在一定范围内振荡,且具有与同步振荡类似现象。
处理:
(1) 应根据振荡频率、振荡分布等信息正确判断低频振荡源;
(2) 如振荡源为本厂,则降低机组有功,直至振荡平息;
(3) 提高振荡区域系统电压;
(4) 若有运行机组PSS未投入,应立即将其投入。