电力系统低频振荡的机理分析及控制方法

摘 要 现阶段电网互联程度越来越高，低频振荡成为影响电力系统稳定性的重要因素，必须采取有效抑制措施。文中介绍低频振荡产生的机理，分析了低频振荡的影响因素，针对不同的振荡模式，提出了相应的抑制措施。

【关键词】电力系统 低频振荡 机理 影响因素 控制方法

随着我国国民经济的快速发展，电力系统规模日益增大，电网互联程度越来越高，提高了发电、输电的经济性，同时也引发了电力系统稳定性下降，出现低频振荡的情况越来越多，低频振荡能够引发重大停电事故，必须引起重视。因此，厘清电力系统低频振荡产生的机理和影响因素，同时针对不同的低频振荡模式，制定相应的抑制策略具有重要的意义。

1 电力系统低频振荡机理

电力系统在正常运行时功率稳定，不会产生低频振荡，当系统出现扰动时，其频率会出现小范围的波动，这种波动称为低频振荡。低频振荡根据作用范围和频率大小差别可以分为局部振荡和区域振荡。其中，局部振荡一般发生在一定范围内一台电机或几台电机之间，振荡频率相对较高，通常在0.7～2.5之间。区域振荡指的是不同区域机组间发生振荡，范围较大频率相对较低，在0.1～0.7之间。了解低频振荡的分类，可以更方便的引起低频振荡的原因，为了更好抑制低频振荡，还需要了解其产生的机理，低频振荡机理有以下几种。

1.1 负阻尼机理

由于励磁系统追求快速性、电网负荷加重及系统的连通性，使得系统阻尼下降，电力系统对一定频率的振荡表现出负阻尼特性，导致振荡短时间无法消除，该机理易理解，通常用来解释线性模型结合较好的系统的振荡，不适用于大扰动导致的振荡。

1.2 共振机理

当电力系统原动机功率遭受的周期性振荡与系统固有的低频振荡接近或者相等时，容易诱发共振，这种共振具有起振快、消失快、振荡频率与扰动频率一致的特点，影响共振的因素有阻尼转机系数、同步力矩系数、扰动幅度等。

1.3 发电机电磁惯性导致的低频振荡

电感性的励磁绕组在励磁电压的作用下能够产生一个相位滞后的励磁电流强迫分量，在该分量的控制下会导致低频振荡的发生。

1.4 分叉和混沌理论

分叉理论揭示了电力系统低频振荡的非线性特征，使用高阶多项式从空间上系统的稳定性。混沌理论考虑非周期性、无规则性的低频振荡参数间的相互作用。

2 影响电力系统低频振荡的原因分析

电力系统低频振荡可以从三个方面进行分析，首先是根据线性系统分析，由于调节措施的影响，使得系统产生了负阻尼，导致系统扰动后产生振荡，且振荡幅度不衰减。其次是从输入信号或扰动信号方面分析，当系统固有频率与输入信号或扰动信号间具有某种特定关系时，系统会产生共振或谐振，振荡幅度较大，频率低。最后，由于系统的非线性影响，参数或者扰动发生变化时，系统稳定结构也会发生变化，导致低频振荡发生。在上述3种低频振荡机理中，共振机理受到系统扰动源频率的影响，而负阻尼机理、发电机电磁惯性、分叉和混沌机理等受到系统的结构和参数影响，不同模式的低频振荡可能会单独或者同时发生时，需要综合分析，快速找出发生低频振荡的主导模式。

電力系统低频振荡的影响因素归根结底在于系统本身和干扰源，系统原因主要表现在系统结构、运行模式、系统参数、系统负荷等。电力系统的发电机台数与系统结构影响低频振荡的频率，通过弱连接传输互联的电网间容易出现低频振荡；由于励磁系统追求快速性，致使励磁系统时间常数减小，使得系统阻尼下降，系统发生低频振荡的概率大增；当电力系统受到扰动时，恒电流和恒阻抗负荷的模型更加容易发生低频振荡；当电力系统负载较重时，抗干扰能力变弱，更容易发生低频振荡。此外，热力系统和轴系机械系统会影响电力系统工作的稳定性，导致低频振荡发生的概率上升。

3 电力系统低频振荡的控制方法

电力系统低频振荡产生的本质是系统的控制措施带来的负阻尼，因此对电力系统低频振荡的控制策略主要基于负阻尼机理，控制的思路主要有两种，一种是调整控制措施减小系统负阻尼，另一种方法是附加控制提供额外的阻尼，前一种调整方法在一定程度上能够提高系统工作的稳定性，但是会带来其它问题，所以一般不适用调整控制措施，使用附加控制的方法提供额外的系统阻尼，抑制系统低频振荡。

电力系统分为发电、输电和用电这三部分，具体采取控制措施时，用电这部分用户比较分散，难以管理和控制，因此措施措施主要针对发电和输电部分。发电部分主要是使用电力系统稳定器、非线性励磁控制器等稳定控制设备对励磁系统进行控制；输电部分主要是在线路上使用FACTS装置、HVDC等电力设备快速的控制性能提供附加控制。FACTS装置使采用电子设备和控制器来提高电力系统的功率输送和稳定性，对输电系统调节方便灵活，并且安装方便，但使用成本较高，装备适应性不够强，易受到输入信号和安装地点的影响。电力系统稳定器在发电系统中应用较多，其结构性简单，适应性强，但只对特定振荡频率抑制效果好，不能有效抑制其它频率振荡。以上这些附加抑制装置在复杂的电力系统中安装地点和参数协调直接关系影响抑制效果，在实际操作时要认真分析，从系统中提取有用信息，确保达到最佳抑制效果。低频振荡最为一个系统问题，在采取控制措施时，还需要综合考虑发电、输电和用电三部分，针对不同的振荡模式，制定相应的控制方法，只有这样才能产生好的抑制效果。

参考文献

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作者简介

杨虓，男，大学本科学历。研究方向为电力电气。

作者单位

大庆油田电力集团宏伟热电厂 黑龙江省大庆市 163000