抑制低频振荡的仿真分析

以两区域四机系统为例，参数详见文献[218]，运行方式取为区域1向区域2输送500MW的有功功率，此时假定所有发电机均未装设PSS，通过动态稳定计算与分析，发现系统存在三个机电振荡模式，一个为发电机G3、G4与G1、G2之间的区域振荡模式，另外两个分别为G2与G1之间及G4与G3之间的本地振荡模式，三个振荡模式均为弱阻尼振荡模式，即两个区间振荡模态和一个区域振荡模态，具体见表4-1。

表4-1 未安装PSS时的低频振荡模态

在三个机电振荡模式中，其中区域振荡模式的阻尼最弱，与发电机3转速最强相关，因此首先考虑在发电机G3加装如图4.1所示的PSS，以抑制区域振荡模态。其中PSS参数的初始设置如下:Kq1=10；Kq2=0；Kq3=0；K=0，表示的是框图中的第二个环节为隔直惯性微分环节；T1e=T3e=0.5；T2e=T4e=0.2。

在发电机G3加装PSS前后，系统机电振荡模式的振荡频率及阻尼比变化如表4-2和表4-3所示。

表4-2 未加装PSS时机电振荡模式

表4-3 发电机G3安装PSS时机电振荡模式

G3加装PSS后，发电机3为主导的区域机电振荡模式阻尼显著增加，同一区域的发电机G4机电阻尼也有所提高，而与另一侧G2为主导状态的机电模式阻尼反而减少。

下面分析PSS的放大倍数的改变对系统阻尼的影响。调整在G3装设的PSS的放大倍数，分析结果见表4-4所示。

表4-4 PSS放大倍数改变时主导振荡模态的变化情况

续表

由表4-4可以看出，随着发电机G3装设的PSS放大倍数的增大，发电机G3、G4与G1、G2之间的区域振荡模式的阻尼不断增加，同时发电机G2与G1之间的本地振荡模式的阻尼也逐渐增加，而发电机G4与G3之间的本地振荡模式的阻尼逐渐减小。

从上面的分析知，增加PSS的放大倍数，能够增加一些振荡模式的阻尼，但并不是所有振荡模式的阻尼随着PSS放大倍数的增加而增加。这意味着PSS在增大一个机电振荡模式阻尼的同时，可能会恶化另一个机电振荡模式的阻尼。在本算例中存在三个机电振荡模式。增大发电机G3的PSS放大倍数，即可增大发电机G3、G4与G1、G2之间的区域振荡模式及发电机G2与G1之间的本地振荡模式阻尼的同时，反而减少了发电机G4与G3之间的本地振荡模式的阻尼。即为PSS的“负阻尼”效应[230]。

为了验证PSS的安装地点对系统阻尼的影响，如果在G4上装设PSS且PSS参数不变，振荡模态计算如表4-5所示。

表4-5 发电机G4加装PSS

由表4-2、4-3、4-5可以看出，在G3或G4上加装PSS使同一区域的G3、G4为主导的振荡模式阻尼同时增加。对于区域振荡模式，由于G3机组为最强相关机组，故在G3机组加装PSS效果要好于在G4机组上加装PSS。而对于本地振荡模式，在G4加装PSS效果比在G3加装PSS对本地振荡模式的阻尼增加效果更好，这是因为G4在物理结构上更靠近大负荷Bus9。为了验证这一结论，去掉线路Bus10～Bus11，进行比较。分别在G3和G4上安装PSS振荡模态的计算结果如表4-6和4-7所示。

表4-6 去掉线路Bus10～Bus11后，发电机G3装设PSS

表4-7 去掉线路Bus10～Bus11后，发电机G4装设PSS

由于G3和G4靠近负荷母线Bus9同样远近，由于负荷特性对系统阻尼的影响，故起到的效果也非常相近。同时由于网络连接更加紧密，互联模式阻尼增加较大。

进一步分析在送端G2加装PSS，计算结果如表4-8所示。

表4-8 发电机G2装设PSS

与受端系统装设PSS不同，在送端G2装设PSS后送、受端所有发电机组的阻尼与没有加装PSS相比均有所减少，以区域振荡模式的阻尼降低幅度最大，从而对于不同的振荡模式，应合理配置PSS的安装地点。仿真结果表明在强相关机组安装PSS对提高系统阻尼的效果最为显著，同时也要综合考虑PSS参数的协调，以提高各种机电振荡模式的阻尼。

接下来对两区域四机系统在加装PSS前后做时域仿真分析。

以下分别研究小扰动、大扰动下，发电机相对功角和交流联络线有功功率的变化情况。小扰动选择交流联络线Bus7～Bus8第一回线三相对地瞬时故障，两个周波0.04秒后故障消失；大扰动选择交流联络线Bus7～Bus8第一回线三相对地永久故障，五个周波0.1秒后切除故障。

1)交流联络线Bus7～Bus8第一回线小扰动情况下，无PSS时，两区域四机系统中发电机相对功角曲线及Bus7～Bus8第二回线有功功率曲线如图4.3及图4.4所示:

在交流联络线Bus7～Bus8第一回线小扰动情况下，发电机功角之间的摇摆主要是区域1内G1、G2与区域2内G3、G4之间的区域振荡模式的衰减振荡，本地振荡模式的功角曲线变化不大；Bus7～Bus8第二回线的有功功率也呈现衰减振荡。

图4.3 无PSS时发电机功角曲线

图4.4 无PSS时联络线路有功功率曲线

2)交流联络线Bus7～Bus8第一回线大扰动情况下，在G3加装PSS前后，并考虑PSS的不同放大倍数时，两区域四机系统中发电机G1相对于G3的功角曲线及Bus7～Bus8第二回线有功功率曲线如图4.5及图4.6所示:

图4.5 大扰动下发电机G1相对于G3的功角曲线

图4.6 大扰动下Bus7～Bus8第二回线有功功率曲线

在交流联络线Bus7～Bus8第一回线大扰动情况下，区域1内G1与区域2内G3之间的相对功角呈增幅振荡，Bus7～Bus8第二回线的有功功率也呈现增幅振荡。在G3加装PSS后，G1与G3之间相对功角振荡衰减，Bus7～Bus8第二回线的有功功率也呈现减幅振荡，并且随着G3的PSS放大倍数的增大衰减幅度越来越快。这与频域分析的结论相吻合，仿真结果表明G3加装PSS可以很好地增加区域振荡模式的阻尼、抑制互联模式的低频振荡。进一步的分析表明，G3加装PSS对于本地振荡模式的发电机相对功角的影响不大。