异步联网条件下的送端电网频率特性研究

随着高压直流输电技术在大功率、远距离输电上的应用,各区域电网之间可实现非同步运行。直流输电在远距离大功率输电上具有更好的经济性,且直流输电线的快速可控性和过负荷能力为两端电网提供了可靠的功率支援。除此之外,直流隔离的形成大大减少了电网中功角失稳发生的可能性,提高了系统运行可靠性。但异步联网后区域电网的发电机惯量降低,且直流故障往往会引起较大的有功功率不平衡,频率稳定性问题替代功角稳定性问题成为影响电网安全稳定运行的重要因素,特别是弱送端电网的高频问题近几年引起了广泛的关注。实际工程中通过在直流系统中加入直流附加频率控制来抑制送端高频现象并取得了一定的成效。本文对水力发电相关的电力系统元件的数学代数微分方程以及两种频率限制器(FLC,Frequency Limit Control)逻辑框架进行了介绍,在此基础上搭建了异步联网的水电送端电网等值数学模型,推导了单机模型下电网频率响应的解析式并简要分析了送端电网的动态频率特性。同时基于直流潮流法,考虑原动机调速器及直流附加频率控制器的作用,以解析的形式推导出在直流附加频率控制影响下送端电网的频率响应。在此基础上分析了异步联网后网架结构的改变以及直流附加频率调制的加入对送、受端电网频率的影响,并以改造的4机2区PSASP电力系统模型的仿真结果对异步联网后网架结构的改变对电网频率特性的影响做出了验证。在讨论了异步联网网架结构改变以及直流附加频率调制对送端电网频率影响的基础上,本文进一步讨论各调频参数对频率调制系统的阻尼比和超调量的影响。首先通过简化控制系统传递函数框图,以解析的形式得出了异步联网条件下各控制参数与送端调频系统阻尼比的内在关系。运用劳斯判据和根轨迹法对各调频参数对于系统稳定性能的影响进行了考察,并明确了参数较为合理的设置区间。最后在改造的10机39节点电力系统模型以及实际云南电网仿真模型上对各项参数以及不同的调频措施对频率响应的影响进行了验证。本文以解析的形式研究了异步联网条件下直流频率调制参与送端水电机组调频对频率变化特性的影响,为直流频率调制参与水电调频后送端电网频率稳定性的研究提供了一种有效的方法。