前  言

电力系统中常常会出现低频振荡现象，特别是在具有弱联系的大型互联电力系统中。在某些运行方式下，由于系统对于某些模式的振荡缺乏足够的阻尼，从而导致在各发电机组间或连接区域电力系统的联络线上，产生自发的持续的等幅或增幅功率振荡。这种等幅或增幅的功率振荡严重威胁系统的安全稳定运行，限制超高压输电系统实际运行时的传输功率。  

传统的电力系统稳定器(PSS)被认为是可以有效抑制电力系统低频振荡的装置。这种装置在发电机的励磁系统上增加附加励磁控制装置，由于附加励磁控制装置具有一个超前-滞后的相位补偿网络，对这个超前-滞后网络选择合适的参数，可以实现所需要的相位补偿，稳定器的反馈控制信号就可以通过这一相位补偿网络，向系统提供可以抑制电力系统低频振荡的正阻尼，有效抑制低频振荡的发生。

多年的实际运行结果表明，这种电力系统稳定器在抑制机组与系统间产生的低频振荡，即局部(Local也称区内)低频振荡时，具有非常好的控制效果。但是，理论研究结果和实际使用效果均表明，在抑制区间模式的低频振荡时，传统的PSS很难发挥有效的作用，究其原因，一方面是因为系统中往往存在多种模式的低频振荡现象，不同模式的低频振荡具有不同的振荡频率，所需要的补偿相位也不相同，很难设计出这样的补偿网络，可以对所有的振荡模式都提供满意的相位补偿。另一方面，对于大型互联电力系统来说，区间模式的电力系统低频振荡常常发生在大区间的联络线上，它们往往远离系统中的任意一台发电机组，这在很大程度上限制了PSS作用的发挥。

本项目研究认为，保持电力系统的功率平衡是系统保持稳定运行的最重要的基本要求，系统中发生的任何形式的振荡都是由于在运行的电力系统中因各种原因出现了功率不平衡现象产生的。某些发电机组由于输入机械功率大于电气输出功率而使转子加速，而另外一些发电机组由于输入机械功率小于电气输出功率而使转子减速，结果使系统中的各台发电机的转子相互间摇摆。如果系统对于这种振荡缺乏足够的阻尼，振荡就会持续下去甚至会呈现出增幅的现象，这就是人们看到的低频振荡现象。

本项研究将探讨一种新的抑制电力系统低频振荡以增大超高压交流输电线路输送能力的控制装置的原理和方法。这种控制装置基于上述的功率平衡原则，利用储能原理实现，也就是在系统中低频振荡最严重或控制最有效的地点设置具有一定容量的储能装置。同时将储能装置与相应的电能变换设备结合起来，实现所存储的各种形式能量与所联电力系统进行电能交换。在检测到系统中出现不平衡功率时，及时向系统提供紧急功率支援，以平息系统中的功率振荡和增强系统的稳定性。这类电力系统稳定控制装置主要用于有效抑制系统中，特别是大型互联电力系统输电断面上发生的区域间功率低频振荡，克服传统的电力系统稳定器(PSS)在抑制这种低频振荡时往往不够有效的缺点。

本项研究主要从理论分析和实验研究两方面进行。

在理论分析方面，建立了详细的储能装置包括能量转换系统的数学模型，通过特征值分析和时域仿真，首先研究了储能装置的功率调节特性，包括响应的快速性和在四象限中进行有功功率和无功功率调节的特性，然后在简单和复杂的电力系统中，研究基于储能原理的电力系统稳定控制装置抑制电力系统低频振荡的能力，特别是考察了这种控制装置对发生大区间联络线上低频振荡的抑制作用。同时，为了探索使用所提出的控制器有效抑制电力系统中低频振荡的方法，还研究了基于储能原理稳定控制器的控制问题，提出了几种有效抑制电力系统低频振荡的控制策略。此外，本项研究还从系统等值的原理出发，初步建立了基于储能原理的电力系统稳定控制的基础理论。

在实验研究方面，研制出两种基于不同储能原理的电力系统稳定控制装置，基于超导磁储能(SMES)原理的电力系统稳定控制装置和基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置，并开发出相应的试验样机，一个是35kJ/7.5kW的直接冷却式高温超导磁储能电力系统稳定控制器，另一个是100kJ/10kW飞轮储能电力系统稳定控制器。对用所研制控制样机的功率调节特性和抑制电力系统低频振荡的效果进行了电力系统动态模拟试验研究，验证了实验结果和理论分析结果的一致性。

提高超高压交流输电线路的输送能力（二）前  言此外，本项研究还以一个实际的省级电力系统为背景，详细分析了系统的运行特性，讨论了系统中发生低频振荡的主要原因，分析了利用基于储能原理电力系统稳定控制器抑制电力系统低频振荡的可行性和有效性。

最后，作为研究工作的扩展，本项研究还以超导磁储能(SMES)为例，探讨了将储能技术用于解决电力系统中其他问题的设想，这将为进一步推进储能技术在电力系统的推广应用开辟新的途径。

以上研究结果表明，所提出的基于储能原理的电力系统稳定控制由于可以向电力系统提高快速响应功率支持，将电力系统稳定控制由被动致稳提升为主动致稳。该类控制装置具有对受控系统鲁棒性强，对电力系统稳定性控制有效，使用方式灵活，易于对控制器参数进行整定和对电力系统的运行条件自适应的优点，将会在未来的电力系统中成为一种非常有效的稳定控制装置。

参与本项目研究的主要成员包括程时杰、唐跃进、文劲宇、孙海顺、王少荣、彭晓涛、任丽、石晶、李刚、方家琨、陈金富、段献忠等。本书由孙海顺、文劲宇、唐跃进、程时杰负责编写，此外，任丽、石晶、李刚也参与了部分章节的编写工作。目  录