【精彩论文】基于抑制电力系统低频振荡的火电机组控制方式优化

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张宝，丁阳俊，顾正皓，应光耀

国网浙江省电力有限公司电力科学研究院

樊印龙

杭州意能电力技术有限公司

引文信息

张宝, 丁阳俊, 顾正皓, 等. 基于抑制电力系统低频振荡的火电机组控制方式优化[J]. 中国电力, 2020, 53(2): 137-141,149.

ZHANG Bao, DING Yangjun, GU Zhenghao, et al. Optimization on the control mode of thermal power unit to suppress low frequency oscillation of power system[J]. Electric Power, 2020, 53(2): 137-141,149.

研究背景

电力系统低频振荡是指电力系统在受到干扰的情况下发生的一种功角稳定性问题，严重时会导致电力系统的崩溃，它的发生有一定的随机性，其定位与溯源有一定困难，是目前研究的热点。由火电机组参与的强迫振荡是低频振荡的一种表现形式，主要通过功率控制回路或一次调频回路起作用；特别是一次调频回路，没有任何惯性与时滞环节，响应迅速，一旦汽轮机转速越过其控制死区，就会参与到低频振荡中来；事实上，火电机组主动或被动的介入电力系统强迫振荡事件已多次发生，在协调控制与一次调频回路撤出后，振荡也会即刻平息。根据这一特点，通过控制方式优化，在强迫振荡发生早期就对其作用准确判断，及时自动采取措施，可极大的提高电力系统运行的安全性。

论文所解决的问题及意义

针对目前机组侧无法判断强迫振荡是否已经发生这一实际问题，文章根据强迫振荡发生时汽轮机转速与机端频率变化趋势与周期相同，而幅值有明显偏差的现象，提出对强迫振荡的判断方法，并可在机组热工控制逻辑实现；也就是说，火电机组可基于自身的信号对低频振荡是否发生进行正确判断，并在此基础上进一步优化火电机组的控制系统，抑制随时可能发生的低频振荡现象。

论文重点内容

论文给出了某1000MW机组、660MW机组参与电力系统低频振荡的实际案例。比如，某1000MW汽轮发电机组因临机大幅度逆功率跳闸而诱发了频率为1.1Hz、振荡持续时间为3min的低频振荡，振荡期间机组功率、汽轮机转速与电网频率的变化范围分别是860 MW～1150MW、2992 r/min～3002r/min与49.93Hz～50Hz。该次低频振荡功率变化过程如图1，本机电网频率信号与汽轮机转速信号的典型变化如图2。低频振荡期间，一次调频功能反复动作，汽轮机调节阀多次反复大幅度开关，EH油压力持续降低，备用EH油泵启动，机组安全运行受到严重威胁。

图1  某1000MW机组低频振荡时功率变化曲线

图2 某1000MW机组振荡期间转速与频率信号对比

事后分析认为，此次低频振荡是在本机组 PSS未投入、系统阻尼偏小的情况下，由外界发生的大扰动诱发、本机组一次调频参与的强迫振荡。该机组在未有效识别系统已发生低频振荡的情况下，一次调频回路、协调控制回路盲目的响应机组转速、功率的变化，从而形成强迫振荡；从图2看，强迫振荡发生时，汽轮机转速信号与从电网频率转化的转速信号之间有明显的差异，两者变化周期与趋势相同，但变化的幅值方面，汽轮机转速信号要比从电网频率转化的转速信号大得多。

考虑到热工量与电气量在时间的维度上的差异，并结合上述现象，提出以下对火电机组参与强迫振荡的判断方法：汽轮机转速信号与转化为转速后的电网频率信号偏差大于1.5r/min，在30s内如果发生8次以上（含8次），就判定机组发生了强迫振荡，机组自动撤出一次调频与协调控制；上述偏差大于1r/min，在15s内发生3次（含3次），则触发强迫振荡报警，提醒运行人员及时关注。上述方法中提及的这些定值，是基于1Hz左右的低频振荡，振荡频率发生较大的改变时，应适当调整。

应用这一判断方法时，应设法提高汽轮机转速与电网频率信号的测量精度，比如可使用窄量程转速卡提高转速测量精度，使用与PMU同源的新型数字式智能变送装置来实现电网频率的精确快速测量等。热工的控制系统提供商不同，上述判断方法的具体实现方式也会略有差异，但无论如何，这些控制逻辑都应放在扫描周期不高于50ms控制页面中。

论文还讨论了将一次调频回路中的转速信号改成电网频率信号的可行性。

研究结论

火电机组基于转速信号与电网频率信号的差异，可以较为准确的判断强迫振荡的发生，并自动切除协调控制与一次调频回路，可以迅速使振荡平息；据此，火电机组可基于自身的信号对低频振荡是否发生进行正确判断，这比之前只能被动的接受电网低频振荡的扰动前进了一大步，提高了火电机组自身保护的系统性与完整性。

主要作者介绍

第一作者：张宝，男，高级工程师，主要从事动力经济与机网协调相关工作。

E-mail: [e-mail] 。

第二作者：丁阳俊，男，工程师，从事电厂汽轮机调速系统控制研究。

E-mail：[e-mail]。

团队介绍

国网浙江省电力有限公司“大型汽轮机监测与诊断技术”科技创新团队有教授级高级工程师2人，高级工程师11人，主要从事汽（燃气）轮机组控制、性能及振动相关试验与故障处理工作。近年来，本团队在汽轮发电机组振动、汽轮机组性能优化、机网协调等方面获得省部级科技成果奖8项，发表论文50余篇，获得发明专利授权20余项。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：蒋东方

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