水轮发电机组并网运行频率调节系统的稳定性分析

林春平

摘 要：我国的研究人员针对发电机组不稳机组并网后可能稳定的现象进行了一定的动态分析和研究，并且用实验数据还证明了如果整体电网具有足够的稳定性的调频设备，即使单机机组不稳定的条件下进入有关的工作，在一定程度上还是可以降低整体设备的不稳定性。本文就对水轮发电机组并网运行频率调节系统的稳定性进行分析。

关键词：水轮发电机；频率稳定性；并网运行；系统分析

中图分类号：TK26 文献标识码：A

1.机组并网运行频率调节系统

如果不考虑机电暂态过程，可以将并网运行机组认为是刚性联结，并且各处的电网运行频率处处都是相等的。然后就是所有机组均参与到频率调节系统，现在设各个机组的运行频率调节系统同步动作，而且各个调速器、水轮机、发电机的数学形态特性都相同，可以得到单机带负荷工况时机组运动方程，但是这个方程式并没有说明水轮机在并网运行中的稳定性能得到了一定的提高和改善，与单机带负荷工况时具有相同的动态特性。

2.电网频率调节系统稳定性分析

2.1单机运行工况的稳定性分析

当整体的机组并入大电网以后，一般条件下都只会考虑到机组带负电荷的速冻性，认为电网频率基本都是保持在一定的范围内，绝对不会出现数据突然变化巨大的情况。为了更好地消除冲击电荷对于电网频率的影响，就会要求越来越多的机组参与到一次调频中去，因此在这个时候调频调节系统的稳定性能就凸现出来了。

2.2多机并网运行工况的稳定性

从有关的方程可以看出多机系统特征方程式的阶数会随着机组的台球增加而增加，并且电网中的机组数还要大于整个系统的阶数，数值上大于1。多机系统上的特征方程式可以看出，有关的线性组合式子計算还是相当的简单，由于在整体功能的运行台数比较多的时候，再利用有关的代数来判断整体系统的稳定性就相对来说非常的困难。所以，此时只要每台机组单机的运行系统保持稳定，那么也就可以确保整体多网系统的稳定性能，相对来说，此时的稳定性能也比较好。与此相反，如果整体系统的机组不稳定，不能够很好的稳定下来，那么就会导致多机的调节系统不稳定，很容易出现各种各样的问题。还存在的一种情况就是，如果整体系统的机组比较稳定，但是多机调节系统不稳定，那么整体的稳定性能就无法确定了，而是需要经过相应的计算算出有关的数值，确定各个机组的稳定性能和不稳定程度，然后再判断出整个系统内部的稳定性能和能力。

大容量机组在一定程度上对于整体的影响能力是比较大的，但是，虽然比较大，若干个小机组容量系统如果整体不稳定，势必还是会影响到整体的稳定性能，降低了设备和系统的稳定能力，甚至有的影响力比较大的将会直接导致整体系统的混乱，降低了安全性能。所以，有关人员为了更好地提高机组带负电荷的响应速度，提高安全性能，再将很多的小容量机组并入到大电网以后，还需要将调节参数调换到不利于稳定的一组中去，在单机运行的时候，经常会是一些不稳定的参数。

3.数学模型的一次调频稳定性分析

同步发电机在进行并网运行的时候，调速系统的稳定性能主要指的是参与到电力系统的一次调频，并且还是二次调频的执行相应命令的通道，一个道路，如果从静态的角度出发，那么大部分人员都是认为电力系统的稳定性能比较稳定，具有统一的频率，可以有利于管理和统计，但是如果不是静态系统，而是动态系统的时候，实际上发出的就是频率不断变化的过程，表现出的就是频率比较分散的部分，在这个时候，如果再去测量相应的节点电压的频率，就可以发现电力系统中不同的节点频率，会出现很大的差异，而且对于这些差异仔细分析，就会发现在频率动态变化的过程中，最主要的差异就表现在短周期的快变分量上，但是长周期的慢变分量处于一种不变的状态。

通过这个现象，可以看出电力系统的频率不仅具有稳定性的一面，还具有分散性的一面。有关人员在研究电力系统长周期的频率变化时，为了使过程更加简单方便，数据得到的更加准确和精确，在没有特殊情况下，都会认为电力系统的频率是统一的，除此以外，还会认为发电机的转速是相同的，虽然这样的假设可以在一定程度上方便了相关问题的解决，但是有关的问题和缺陷不容忽视，这样的假设大大的忽略了发电机之间的相对摇摆，都认为发电机组是同步运行的。

在研究短周期的电力系统时，由于其本身就是不断处于摇摆的过程，即所谓的机电震荡，就会在无形之中强调了系统分散的方面，所以这样得到的稳定性还是比较精确的，方便了问题的解决。但是这种情况，还是非常少的，在一些实际情况下，可以根据有关的需要做出相应的调整，调整不仅包括发电机的发电过程，还包括相应的频率的周期性。在周期上面，笔者主要讨论的是关于长周期的方面，所以有可能会很大的忽略了短周期的机电震动，认为发电机组是属于同步进行的，并且相关的要求还是十分的高，比较严格，要求发电机组具有相同的转速。这种模型，简化了高阶模型中的小时间常数环节，对于有关的模型进行了降阶。

4.不同情况下单机与并网运行时一次调频稳定性联系

4.1 不等率过小

笔者通过有关的实验可以证明，对于一些单机系统稳定性能比较差的设备来说，在进行并网运行的时候，不仅可以使得整体电力系统的自动调频系统的稳定性降低，还可以使得机组的自动转速的不稳定性消失，这种理论的说法需要强调的是：对于不等率过小的机组，虽然其在进行并网运行的时候会出现转速不稳定的现象，但是电网系统在波动的时候，机组的功率还是会出现很大的波动，在一些实际情况下，经常出现的就是因为尾部不等率过小而造成了不稳定的现象，但是有关的实验结果证明了二者的结果是相同的。

4.2水轮机

通常情况下，由于受到自然环境的影响，水电站通常具有一定的较长的压力通道，导水结构的开关在压力过水管道里会产生水击的现象，然后又会引起反调。但是对于机电机组的低水龙头或是长引水管站来说，相应的反调作用还是非常大的，而且作用也是十分的明显。但是在这一过程中，也是会产生一定的问题，比如就会经常发生水轮机调速系统不稳定的现象，各种各样的问题也会比较突出，也非常的明显。有关人员发现这一问题以后，为了更好地解决问题，就必须不得不设置比较强的、时间常熟比较大的反馈元件，但是这就会导致整个过程不断的恶化，调速系统也会变得越来越不稳定。

水轮机与其他一些机组相比较来说，其本身最主要的特征主要表现在：当在不同的运行状态下，其本身的调速系统也会具有不同的参数，而且如果在单轮机运行的情况下，那么水轮机的调速系统就需要多方面的考虑，从而才可以确保整体系统的稳定性。目前状态下，我国国内生产的电液调速系统校正装置一般有两组整定值，大多数变电站的一组参数在一般情况下，整体的稳定性能还是非常的强的，比较稳定，但是对于另外的一组来说，就需要牺牲一定的稳定性能。

结语

综上所述，通过在实践过程中出现的一些问题，深入探讨，研究了影响到电网一次调频稳定性的因素，通过加强对他们的了解，可以不断地提高电网系统的各台机组的稳定性，确保水轮机的可持续发展。

参考文献

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[2]韩英铎，闵勇，等.电力系统动态频率的新概念和新算法[J].电力系统自动化，1993，17（10）：529.endprint