上个世纪50年代,在建设古比雪夫—莫斯科输电系统时,苏联专家们就发现,当互联系统联络线上的输送功率达到某一特定值后,即便没有任何明显干扰,系统也会产生振荡,且振幅不断增长,当时将这种首次发现的电力系统不稳定现象称为“自发振荡”,其本质与如今所提的低频振荡相同。而随着强力式励磁调节器的研制成功,此类问题也迎刃而解。之后的60年代,类似功率振荡的现象也首次出现在了北美的电网中,学者从此将其称之为“低频振荡”。84686
之后,输电线路功率低频振荡的事例相继出现在了西欧和日本。1964年,美国西部电网(WSCC)在将水电为主的西北部电网与火电为主的西南部电网经由230kV联络线连接后,随机发生了0。1Hz的功率振荡,之后研究表明,可以通过火电机组调速器的特殊控制作用将该振荡加以抑制。此后,在90年代又相继发生了5次不同程度的低频振荡,其中最具有代表性,后果最为恶劣的一次发生在1996年8月10日。当天WSCC处于水电满发状态,通过互联线路向南部输送很重的负荷。其中一回500kV联络线由于故障断开,随即潮流产生变化,造成某局部地区电压明显低于正常水平,此时,其中的某一座水电厂的13台机组相继断开,后来调查结果表明因为机组励磁继电保护装置发生了误动,此时功率不平衡导致系统产生了0。2Hz的增幅低频振荡现象,最终造成了整个系统失稳解列。此次事故之后,经过研究发现,以发电机轴速度、发电机功率、发电机机端电压频率为信号的附加励磁装置可以提高系统阻尼,此类装置即电力系统稳定器PSS。由于该装置抑制低频振荡效果明显,后来被广泛应用于整个电力系统中。
从上个世纪80年代初开始,低频振荡现象在我国多个省级电力系统和互联系统中出现过。1983年,湖南的凤常线、湖北的葛凤线,1984年广东—香港互联系统的联络线,1994年南方互联系统的天广线,1998年川渝电网的二滩电力送出系统,2003年2月23日、3月6日和3月7日在南方电网的云南至天生桥(罗马线)、天生桥至广东、广东至香港的联络线上,都曾发生过低频振荡。经过研究后发现,这些低频振荡的主要原因是励磁系统的负阻尼作用。2005年华中电网、2006年河南电网也发生过多次低频振荡[8]。
十二五规划以来,我国加快了跨大区电网互联的进程,推进了特高压输电网络的建设,进一步增加长距离输电的功率,某种程度上进一步导致了低频振荡问题的发生,这也成为影响互联系统稳定、安全、经济运行最重要的因素之一。现阶段的电力系统中,仍然有大量不明机理的电力系统低频振荡现象发生,在这种情况下,更深一步地研究和及时找出互联电网中存在的威胁系统稳定运行的潜在问题,并最终达到对其加以控制的目标就显得尤为必要。
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