水輪發(fā)電機組并網(wǎng)運行頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

林春平

摘 要：我國的研究人員針對發(fā)電機組不穩(wěn)機組并網(wǎng)后可能穩(wěn)定的現(xiàn)象進行了一定的動態(tài)分析和研究，并且用實驗數(shù)據(jù)還證明了如果整體電網(wǎng)具有足夠的穩(wěn)定性的調(diào)頻設(shè)備，即使單機機組不穩(wěn)定的條件下進入有關(guān)的工作，在一定程度上還是可以降低整體設(shè)備的不穩(wěn)定性。本文就對水輪發(fā)電機組并網(wǎng)運行頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機；頻率穩(wěn)定性；并網(wǎng)運行；系統(tǒng)分析

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A

1.機組并網(wǎng)運行頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)

如果不考慮機電暫態(tài)過程，可以將并網(wǎng)運行機組認為是剛性聯(lián)結(jié)，并且各處的電網(wǎng)運行頻率處處都是相等的。然后就是所有機組均參與到頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，現(xiàn)在設(shè)各個機組的運行頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步動作，而且各個調(diào)速器、水輪機、發(fā)電機的數(shù)學(xué)形態(tài)特性都相同，可以得到單機帶負荷工況時機組運動方程，但是這個方程式并沒有說明水輪機在并網(wǎng)運行中的穩(wěn)定性能得到了一定的提高和改善，與單機帶負荷工況時具有相同的動態(tài)特性。

2.電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

2.1單機運行工況的穩(wěn)定性分析

當整體的機組并入大電網(wǎng)以后，一般條件下都只會考慮到機組帶負電荷的速凍性，認為電網(wǎng)頻率基本都是保持在一定的范圍內(nèi)，絕對不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)突然變化巨大的情況。為了更好地消除沖擊電荷對于電網(wǎng)頻率的影響，就會要求越來越多的機組參與到一次調(diào)頻中去，因此在這個時候調(diào)頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能就凸現(xiàn)出來了。

2.2多機并網(wǎng)運行工況的穩(wěn)定性

從有關(guān)的方程可以看出多機系統(tǒng)特征方程式的階數(shù)會隨著機組的臺球增加而增加，并且電網(wǎng)中的機組數(shù)還要大于整個系統(tǒng)的階數(shù)，數(shù)值上大于1。多機系統(tǒng)上的特征方程式可以看出，有關(guān)的線性組合式子計算還是相當?shù)暮唵?，由于在整體功能的運行臺數(shù)比較多的時候，再利用有關(guān)的代數(shù)來判斷整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性就相對來說非常的困難。所以，此時只要每臺機組單機的運行系統(tǒng)保持穩(wěn)定，那么也就可以確保整體多網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，相對來說，此時的穩(wěn)定性能也比較好。與此相反，如果整體系統(tǒng)的機組不穩(wěn)定，不能夠很好的穩(wěn)定下來，那么就會導(dǎo)致多機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)各種各樣的問題。還存在的一種情況就是，如果整體系統(tǒng)的機組比較穩(wěn)定，但是多機調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，那么整體的穩(wěn)定性能就無法確定了，而是需要經(jīng)過相應(yīng)的計算算出有關(guān)的數(shù)值，確定各個機組的穩(wěn)定性能和不穩(wěn)定程度，然后再判斷出整個系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性能和能力。

大容量機組在一定程度上對于整體的影響能力是比較大的，但是，雖然比較大，若干個小機組容量系統(tǒng)如果整體不穩(wěn)定，勢必還是會影響到整體的穩(wěn)定性能，降低了設(shè)備和系統(tǒng)的穩(wěn)定能力，甚至有的影響力比較大的將會直接導(dǎo)致整體系統(tǒng)的混亂，降低了安全性能。所以，有關(guān)人員為了更好地提高機組帶負電荷的響應(yīng)速度，提高安全性能，再將很多的小容量機組并入到大電網(wǎng)以后，還需要將調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)換到不利于穩(wěn)定的一組中去，在單機運行的時候，經(jīng)常會是一些不穩(wěn)定的參數(shù)。

3.數(shù)學(xué)模型的一次調(diào)頻穩(wěn)定性分析

同步發(fā)電機在進行并網(wǎng)運行的時候，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性能主要指的是參與到電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻，并且還是二次調(diào)頻的執(zhí)行相應(yīng)命令的通道，一個道路，如果從靜態(tài)的角度出發(fā)，那么大部分人員都是認為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能比較穩(wěn)定，具有統(tǒng)一的頻率，可以有利于管理和統(tǒng)計，但是如果不是靜態(tài)系統(tǒng)，而是動態(tài)系統(tǒng)的時候，實際上發(fā)出的就是頻率不斷變化的過程，表現(xiàn)出的就是頻率比較分散的部分，在這個時候，如果再去測量相應(yīng)的節(jié)點電壓的頻率，就可以發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中不同的節(jié)點頻率，會出現(xiàn)很大的差異，而且對于這些差異仔細分析，就會發(fā)現(xiàn)在頻率動態(tài)變化的過程中，最主要的差異就表現(xiàn)在短周期的快變分量上，但是長周期的慢變分量處于一種不變的狀態(tài)。

通過這個現(xiàn)象，可以看出電力系統(tǒng)的頻率不僅具有穩(wěn)定性的一面，還具有分散性的一面。有關(guān)人員在研究電力系統(tǒng)長周期的頻率變化時，為了使過程更加簡單方便，數(shù)據(jù)得到的更加準確和精確，在沒有特殊情況下，都會認為電力系統(tǒng)的頻率是統(tǒng)一的，除此以外，還會認為發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是相同的，雖然這樣的假設(shè)可以在一定程度上方便了相關(guān)問題的解決，但是有關(guān)的問題和缺陷不容忽視，這樣的假設(shè)大大的忽略了發(fā)電機之間的相對搖擺，都認為發(fā)電機組是同步運行的。

在研究短周期的電力系統(tǒng)時，由于其本身就是不斷處于搖擺的過程，即所謂的機電震蕩，就會在無形之中強調(diào)了系統(tǒng)分散的方面，所以這樣得到的穩(wěn)定性還是比較精確的，方便了問題的解決。但是這種情況，還是非常少的，在一些實際情況下，可以根據(jù)有關(guān)的需要做出相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整不僅包括發(fā)電機的發(fā)電過程，還包括相應(yīng)的頻率的周期性。在周期上面，筆者主要討論的是關(guān)于長周期的方面，所以有可能會很大的忽略了短周期的機電震動，認為發(fā)電機組是屬于同步進行的，并且相關(guān)的要求還是十分的高，比較嚴格，要求發(fā)電機組具有相同的轉(zhuǎn)速。這種模型，簡化了高階模型中的小時間常數(shù)環(huán)節(jié)，對于有關(guān)的模型進行了降階。

4.不同情況下單機與并網(wǎng)運行時一次調(diào)頻穩(wěn)定性聯(lián)系

4.1 不等率過小

筆者通過有關(guān)的實驗可以證明，對于一些單機系統(tǒng)穩(wěn)定性能比較差的設(shè)備來說，在進行并網(wǎng)運行的時候，不僅可以使得整體電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，還可以使得機組的自動轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定性消失，這種理論的說法需要強調(diào)的是：對于不等率過小的機組，雖然其在進行并網(wǎng)運行的時候會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的現(xiàn)象，但是電網(wǎng)系統(tǒng)在波動的時候，機組的功率還是會出現(xiàn)很大的波動，在一些實際情況下，經(jīng)常出現(xiàn)的就是因為尾部不等率過小而造成了不穩(wěn)定的現(xiàn)象，但是有關(guān)的實驗結(jié)果證明了二者的結(jié)果是相同的。

4.2水輪機

通常情況下，由于受到自然環(huán)境的影響，水電站通常具有一定的較長的壓力通道，導(dǎo)水結(jié)構(gòu)的開關(guān)在壓力過水管道里會產(chǎn)生水擊的現(xiàn)象，然后又會引起反調(diào)。但是對于機電機組的低水龍頭或是長引水管站來說，相應(yīng)的反調(diào)作用還是非常大的，而且作用也是十分的明顯。但是在這一過程中，也是會產(chǎn)生一定的問題，比如就會經(jīng)常發(fā)生水輪機調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，各種各樣的問題也會比較突出，也非常的明顯。有關(guān)人員發(fā)現(xiàn)這一問題以后，為了更好地解決問題，就必須不得不設(shè)置比較強的、時間常熟比較大的反饋元件，但是這就會導(dǎo)致整個過程不斷的惡化，調(diào)速系統(tǒng)也會變得越來越不穩(wěn)定。

水輪機與其他一些機組相比較來說，其本身最主要的特征主要表現(xiàn)在：當在不同的運行狀態(tài)下，其本身的調(diào)速系統(tǒng)也會具有不同的參數(shù)，而且如果在單輪機運行的情況下，那么水輪機的調(diào)速系統(tǒng)就需要多方面的考慮，從而才可以確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前狀態(tài)下，我國國內(nèi)生產(chǎn)的電液調(diào)速系統(tǒng)校正裝置一般有兩組整定值，大多數(shù)變電站的一組參數(shù)在一般情況下，整體的穩(wěn)定性能還是非常的強的，比較穩(wěn)定，但是對于另外的一組來說，就需要犧牲一定的穩(wěn)定性能。

結(jié)語

綜上所述，通過在實踐過程中出現(xiàn)的一些問題，深入探討，研究了影響到電網(wǎng)一次調(diào)頻穩(wěn)定性的因素，通過加強對他們的了解，可以不斷地提高電網(wǎng)系統(tǒng)的各臺機組的穩(wěn)定性，確保水輪機的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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