第43卷第1期2021年2月
黑龙江电力
Heilongjiang Electric Power
FeC.2221
DOI：10.13325/jki.hljec.2221.01.024
和FLC协同优化
韩建伟1于浩浩2，张文渊1甘涛0，辛业春2
（1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局，昆明65/002；2.东北电力大学电气工程学院，吉林吉林133212）
摘要：针对云南电网实现异步互联后，出现的严重威胁电网安全运行的超低频振荡现象，分析了水轮机调速器的特性和直流频率限制器（Frequency Lima Controller,FLC）的数学模型，阐明了水轮机调速器和FLC的调节特征，探讨了它们对频率稳定性的影响，提出了优化水轮机调速器的PI参数、协调一次调频和FLC死区范围的调频策略。实际运行结果验证，所提优化措施对抑制异步互联后云南电网产生的超低频振荡现象具有有效性。 关键词：异步互联；超低频振荡；调频策略；水轮机调速器；直流频率限制器
中图分类号：TM762文献标志码：A文章编号：209/-6843（2221）21-0222-24
Collaborative optimization of governor and FLC for ultra-low
frequency oscillation suppression io DC system
HAN Jianwei1,YU Haohao2,ZHANG Wenyuan1,GAN Tno1,XIN Yechuc2
(1.CUica Sontriere Powee Grid Co..Ltri.EHV Tracsmission Company Kuaminy Burean，Kuaminy650002，CUica；
2.School of Electricnj Enyiaeeriny，Northeast Electric Power University，Jilin132212，Chinn)
Abstraci:Aiminy nt trie ppenomenon of ultre-low foqaency oscillation which trireatees trie safe opedtioy of Yannan power grid dfrir asyuchronons interconnection，trie characteristicn of hyUranlin tur0ine govemhs—C trie matriematient of DC&鬥1顷仍limi1controlles(FLC)are analyzee.Tlie reaulation characteristicn of hyUranlm turaine ant FLC are clarifiee，ant trieC in^laeacy on&鬥，的(3丫stanility is rischsser.TF u &鬥，的(3丫monulation strateru of optimiziny PI parametere of hyUranltc t ureineant cooreinatiny.五^^巧freqarcy rerulation ant FLC U c C zone ranye is popos C.Tlie actuai oneration results verify trie of trie poposea oprimizdtion mariod to supposs trie ultra-low frequency oscillation in Yunnan powes griV aftes asyuchronons interconnection.
Key worat:asyuchronons interconnection;ultra-low foquacy ncillation;foquacy moPulation stratequ; eyUoulic turbine govemos；frequency limi1controlles
o引言
2216年3月28日，在进行云南电网和南方电网主网第一次异步联网试验时，出现了超低频振荡现象，该现象持续了将近半小时，对云南电网的安全稳定及常规运行造成了极大的威胁。据当时的数据显示，该现象发生时的振荡周期大约是22s，振幅为±2.1Hz。根据之前对类似振荡事故的系统分
收稿日期：2022-08-22。
基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目（项目编号：0109002019030304bd00058）。
作者简介：韩建伟（984），男，学士，高级工程师，主要从事特高压直流运行维护工作。析，这种超低频率振荡发生的原因主要在于所设置的水轮机调速器参数与“水锤效应”共同导致调速系统在电网的超低频段呈现出的明显的负阻尼⑴。在以水电为主的电网当中，负阻尼效应将会占据主导地位，也就更易导致超低频率振荡现象的出现［2。基于这样的假设，试验中尝试退出了部分主要水电的调频，后云南电网的频率了
稳态。结合以往对于类似振荡事故的分析处理和的数，超低频率振荡现象的振荡事的主要
相同，是由水轮机调速器参数和水锤效应结合所产生的负阻尼效应导致⑶。
第1期韩建伟，等：用于直流系统超低频振荡抑制的调速器和FLC协同优化•25•
云南电网实现异步互联后，频率特性主要：电机调频，调频主要由机组的调速器控制⑷。云南电网水，分发电机水电机组，水电机组的装比超过70%，优化水电机组调速器的PID参数可有效改善水，抑制云南电网的超低频振荡现象⑸。此外，云南电网通过多回路与南方电网相连接，回路多装设有直流频率限制控制器。FLC作快速有效的频率调制手段，对维护弱交流送端的频率性起着重要的作用，能够频率变，实现毫秒级的调节，迅速限制频率维FLC 的范围内⑹。因此，在此基础上，重点研究水轮
机组调速器和直流频率限制器的结构和特性，使二调配制云南电网超低频震荡的现象，提高云南电网的频率性。
1水轮机调速系统对系统频率的影响分析
11水轮机调速器阻尼特性
水电机组超低频特性主要受原动机
水调速器控制参数。目前，水轮机调速器通常采用典型的PID控制器来进行调速，通过控制水轮机的导叶开度实现调速过程。水轮机PID调速器的传递函数可以表
C s)_心3+K p+K[1
心丿二-Aco(5)二JpK T g)+1
式中:g是导叶开度偏差值;K p、K、K d分别为调速器的比例、积分和微分系数;B p为调差系数;T g为时 间常数。
图1水轮机PID调速器模型
Fig.1PID governor model of hydraulic turbine
水轮机调速器的传递函数如下：
厂()_()_1-T w)
w二皿()二1
+0.5T w)
式中:AP m Gs)为发电机的机械功率偏差;g()为水轮机的导叶开度偏差;T w为水间常数，随着负荷变化的量，一般满载0.5〜4.0s。
水轮机组调速传递函数为G(s)，幫输入一个信号△。时，原动机的机械功率变化量为
AP m=-GO
其中G()_G w()G()，带入可得AP m公式如下：AP m_G(j s)(-Ac o)_K d Ac o+K s A3_
&(G(js))m+/m(G(j g))A3
式中：K是调速器的转矩系数，当K d>0时，调速器提供的正，此时电网低频振荡风险降低；当K d<0时，调速器提供的，增了电网低频振荡的风险。在超低频，如果阻转矩系数较小，此时调速器提供，电网极低频振荡。
11水轮机参数优化
分析PID参数对调速器阻尼转矩系数的影响，得到结果如图2所示。
图2阻尼转矩系数曲线图
Fig.2Curvvs of damping torque coefficienU
从图2可以看出，K的值取得越大会导致阻尼转矩系数减小，当K取值确定后，阻尼转矩系数随着K p增大逐渐增大。为了提高转矩系数K的值，需要提高K p与K的比值。为了产生稳定的频率，改善，降低低频振荡的风险，需适度减小K p参数，并且大幅减小K参数。
通过以上研究得知，调速器的比例参数和积分数的比值调速器转数的重要
，如果调速器的比例参数和积分参数的比值过，则调速器供，超低频震荡。因此，通过对水轮机组的PID参数进行适当调制，增大比例系数和微分系数的比值，提高调速器的阻转数，是抑制超低频振荡的有效措施。
2直流频率限制控制器的作用机理送端电网频率变，直流频率限制器可用直流功率的快速可控性来调节直流线路上的功率，从而使送端功率能够送出，
通过快
・26・黑龙江电力第43卷
速调整输送功率来维持送端功率的，可以有效直流线路的频率。常用的直流FLC的控制逻辑是反向频差复归模型,FLC的反向频差复归模型结构框图如图3所示。
图3FLC结构图
Fig.3Strectere diagram oO FLC
其中：纣二/-人.频差；±九为FLC死区；K p为比例系数，为积分系数；和Mma 分别为直流功率调制量下限和上限；和P ar分别输出的直流功率附加调节量与直流功率参考值。
频差纣在FLC内，即-九＜纣＜+九时，衍和衍的限制作用使得衍和％2恒为2,AP1和“2的限制作用也使得数值为2。当频差内AP1和\卩2的限制作用，受到限，AX2和4P2的值都为2，使得直流功率与参考额定功率P efe。出现，频率，频率差超过FLC死区上限时，直流功率的公式如下：
U%i/、
不二^⑷-九）
AP1二K p（A/~/h）+21
P L二P ar+AP1
当系统的频差FLC死区上限时,AP1不断增大，从的直流功率随高。当系统频差降低FLC上限时,2开始减小，直流功率到考值P re r,FLC复归过程结束。当频差降低到FLC反向下限时，复归过程可。
3抑制超低频振荡的措施
云南电网的稳态运行取向外输送的FLC 和云南电网水电机组的配合。当对直流频率限制制器的频率限行，云南电网的频率稳限度调频来主导，调频动作协调则直流功率，但在实际运行过程中，机间调频动作出现调时，频率稳定就，出现频率的动现象。当云南电网机组的调频退出之后，直流频率限制控制器，可能出现的频率波动现象会有较为明显的改善，云南电网频率会芒。分析到的，可以得出这样的结论，艮方式下，一次调频动作的调会对频率波动较大作用。因此，方式下要
直流频率限制控制器的作用，使其在网频率调控中起主导作用。
通过以上分析，要保证云南电网的运行，可少需要考虑到两方：其可能减机调速器的增，程度制
到的可能出现的超低频率振荡现象；其二要到机组的调频性能，尽可能
要。上两点考虑，可以采取的优化制：其一，为使快速动作的直流能够对较动下的调频作用，从机调频直流频率限制制器内低频的
可采取增分机的调频的方式使其FLC动作；其二，为减弱调速器1的输出量，降低调速器的输出速度，从而减机水的，可采取调机调速器P：参数的方式，可适度减小调速器的K p 数,，度减小调速器K参数。
云南电网实际研究对象，设置T ，第采取，第二采取如下两点1）将主要水电厂调速器的
调频±2.3Hz，频率限制器的
±2.1Hz；2）修改主要水电厂调速器的PI参数,
有K p、K：参数分别有系数的1/2、1/6。设置上证策略的可靠性。
期间进行直流动，得到系统频率如图4所示。
图4扰动试验下系统频率响应曲线
Fig.3System freyuency resyonss cuave undra
disturbance
test
第1期韩建伟，等：用于直流系统超低频振荡抑制的调速器和FLC协同优化•20•
根据仿真结果可以看出，采取了优化措施后系统频率的稳定性提高，频率的振荡幅度减小，频率波形大幅度改善，仿真结果验证了此文所提措施的有效性。
4结语
云南电网异步联网试验后出现的超低频振荡现象是由于水轮机调速器参数与“水锤效应”共同导致调速系统在电网的超低频段呈现出的明显的负阻尼造成的。通过优化水轮机调速器PID参数和协同调整一次调频和FLC的死区范围的调频措施，提高了云南电网的频率稳定性。经实际仿真验证，所提调频措施可以有效抑制云南电网的超低频振荡现象。
参考文献：
［1］贺子润，陈振，邢昊中.电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究［J］.四川电力技术,2020,43(3)：26-28.
HE Zirun,CHEN Zhen,XING Haozhong.Comprehensive analysis
of factoru Ifecting ultru-lon frequency oscillaaons is pownu guV
ang research on controO measures［J］•Sichuan Electric Pownu TechnOny,2020,43(3)：22-28.
［2］杨若朴，陈亦平，李崇涛，等•调速器参数对水电主导系统稳定性影响及整定［J］水利发电学报,2019,38(12)26-93.
YANG Ruopu,CHEN Yiping，LI Chongtao，ei at.InCuench of goveruoc parameterc on staOility of hySropowec dominagi system
ang ip setOng[J].Jonruat of HySroelectCc Enaineeana,2019,33
(12)26-93.
[3]苏亚鹏，刘天琪，李保宏，等•超低频振荡机理分析及水轮机调
速系统参数优化[J]电网技术，020,44(6)：1006-1015.
SU Yapeng,LID TianqpLI Baonong，et at.Mechanism analysis of
uluo-low frequency oscillation ang parameter optimization of hySro
turbige goveruor[J].Power System Technology,202。,44(6)：
1006-1015.
[4]谢惠藩，徐光虎，，等•多直流互联异步电网中直流频率限
制控制的应用研究[J]南方电网技术,2020,32(5)：2-15
XID Huifag，XU Guanghu，LI Peng,et at.Application research of
frequegcy limit conycO on mulU-HVDC asynchronous interconnechon
networU[J].Southeo Powcu System Technology,2222,14(5)：
9-15.
[5]李玲芳，陈义宣，朱欣春，等•直流频率限制器参数整定及协调
控制[J]高压电器,2019,35(6)：105-110.
LN Lingfang, CHEN Yixuan,ZHU Xicchuu，et P.Parameteru tuuing
ang coorUination contui of DC frequency limit controlleu[J]•High
Voltage Apparatus,2010，5(6)：105-110.
[6]付亮，赵志高，杨建东•兼顾超低频振荡阻尼特性的水电机组
一次调频多目标优化策略[J]电力自动化设备,2020,43
(6)：63-69.
FU Liang，ZHAO Zhipao，YANG Jiangong.Multi-onjective
ontimization stratecy of primara frequency reculation fou
Uyyropowcr unit consinering damping characteristics of ultra-low
frequency oscillation[J].Electyc Powcu Automagop Equipment,
2020,40(6)：63-69.
(编辑李世杰)
+《黑龙江电力》原投稿网址:001.paneronen关停，现主要采用邮箱hljdl2216@163收发稿|
［件。国网公司内部员工可通过hljdlbj0@heqri.UL syt.ch邮箱投稿。| +另外，《黑龙江电力》编辑部工作QQ：3512379426可供广大读者与作者投稿咨询、稿件状态查询或| j索取投稿模板。I
《黑龙江电力》
编辑部
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议