[发明专利]水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法

说明书

一种水电机组异步联网场景下超低频振荡的控制方法，包括1)分析水电机组异步联网场景下超低频振荡现象；2)搭建水轮机调速系统基础模型，并在调速系统中附加GPSS装置；3)计算GPSS的相位及补偿后的调速系统相位；4)时域仿真校核；5)输出时域仿真校核结果。本发明克服云南电网水电机组异步联网后出现的超低频振荡现象问题，从GPSS的控制技术原理出发提出了利用GPSS来抑制超低频振荡现象的方法，并对所提出的方法进行了时域仿真校核，仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性。

技术领域

本发明涉及水电机组,特别是一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，以解决电网水电机组异步联网场景下的超低频振荡问题。

背景技术

过去二十年，中国水电站建设呈现出前所未有的繁荣景象，累计水电开发总量超过3亿千瓦。同时，许多依赖燃煤发电的中国城市饱受空气污染的影响，迫切需要发展太阳能、风能、核能和水电等替代能源。中国拥有全球最丰富的水力资源，可开发水电资源总量达5.4亿千瓦，因此成为了中国实现国民经济发展去碳化的重要组成部分。云南水力资源居全国第3位，占全国水力资源总量的1/7。有着丰富水电资源的云南省已经成为了辐射中国华南地区及越南、老挝、柬埔寨和泰国等下游邻国的区域“电池”。

我国南方电网自2016年采取了异步联网的运行方式后，云南电网具有以下运行特点：首先，水电装机比例高，特别是迎峰度夏期间，火电开机少，网内发电以水电为主；其次，外送比例高，外送电力最大超过本省负荷需求；相对异步前云南电网的总阻尼减小，调速系统的负阻尼问题不能被忽视。由于水电调速器带来的负阻尼和呈现刚性负荷特性带来的负阻尼，共同造成云南电网异步运行后受到超低频振荡的威胁很大。

云南电网在异步运行试验期间，曾经发生明显的0.05Hz超低频振荡。主要原因是由于水轮机水锤效应明显，通过调速系统响应系统频率扰动期间，发生功率-频率的同相位调节过程，提供了负阻尼，导致系统持续振荡。目前在云南电网和西南电网，抑制超低频振荡的主要手段是通过降低水轮机调速器的PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))参数，以降低调速系统在超低频频段提供的负阻尼，但是对于解决该问题而言，更好的方案应该是在保留调速器PID的调频作用基础上，通过调速器附加阻尼控制器(Governor Power System Stabilizer,GPSS)抑制超低频振荡。通过查阅文献发现，在水电机组占比大、小电网孤网运行或直流孤岛运行方式下，出现过类似的超低频振荡现象，如国内目前在藏中电网、锦苏直流孤岛运行时出现过类似问题。国外在上世纪60—70年代加拿大BC水电局有部分基础研究，在简单电网上进行试验、建模、仿真，总结了部分经验，但近三十年鲜有报道类似问题，见诸于少量文献的只有土耳其电网、哥伦比亚电网。

发明内容

本发明针对云南异步联网后出现的超低频振荡现象，提供一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，从调速器附加阻尼控制器(Governor Power SystemStabilizer,GPSS)的控制技术原理出发提出了利用GPSS来抑制超低频振荡现象的方法，并对所提出的方法进行了时域仿真校核，仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性，该方法能够有效地对超低频振荡起到抑制作用。

本发明所采用的技术方案是：

一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，包括以下步骤：

步骤1：分析水电机组异步联网场景下的频率特性

分析水电机组异步联网场景下的频率特性，获取其影响参数，包括调速系统PID的主要参数，比例积分参数、微分参数、负荷模型中的负荷频率因子。图1为实测的电力系统超低频振荡波形图。

在直流孤岛或孤网系统中，电气功率决定于直流功率和负荷大小，机械功率决定于原动机输出功率大小。典型的孤网或孤岛系统频率低频振荡时发电机功率和转速的变化如图2所示。