電力系統(tǒng)低頻振蕩分析與抑制

電力系統(tǒng)低頻振蕩分析與抑制

文獻(xiàn)綜述

一.引言

“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)、廠網(wǎng)分開(kāi)”己成為21世紀(jì)前半葉我國(guó)

電力工業(yè)發(fā)展的方向。大型電力系統(tǒng)互聯(lián)能夠提高發(fā)電和輸電的經(jīng)濟(jì)可靠性,但

是多個(gè)地區(qū)之間的多重互聯(lián)又引發(fā)了許多新的動(dòng)態(tài)問(wèn)題，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性的可

能性增大。隨著快速勵(lì)磁系統(tǒng)的引入和電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)

定性和電壓質(zhì)量的同時(shí)，電力系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)問(wèn)題也變得越來(lái)越突出。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定可分為三類(lèi)，即靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)發(fā)

展初期，靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題多表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的非周期失步.

電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí),會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)搖擺，表現(xiàn)在輸電線路上

就會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)。如果擾動(dòng)是暫時(shí)性的，在擾動(dòng)消失后，可能出現(xiàn)兩種情況，

一種情況是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的搖擺很快平息，另一種情況是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的搖擺平

息得很慢甚至持續(xù)增大，若振蕩幅值持續(xù)增長(zhǎng)，以致破壞了互聯(lián)系統(tǒng)之間的算態(tài)

穩(wěn)定，最終將使互聯(lián)系統(tǒng)解列。產(chǎn)生第二種情況的原因一般被認(rèn)為是系統(tǒng)缺乏阻

尼或者系統(tǒng)阻尼為負(fù)。由系統(tǒng)缺乏阻尼或者系統(tǒng)阻尼為負(fù)引起的功率波動(dòng)的振蕩

頻率的范圍一般為0。2?2。5Hz,故稱(chēng)為低頻振蕩。隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，靜態(tài)

穩(wěn)定問(wèn)題越來(lái)越表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)群之間的等幅或增幅性振蕩，在互聯(lián)系統(tǒng)

的弱聯(lián)絡(luò)線上表現(xiàn)的尤為突出.由于主要涉及轉(zhuǎn)子軸系的撰動(dòng)和電氣功率的波動(dòng),

因此也稱(chēng)為機(jī)電振蕩。

低頻振蕩嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和機(jī)組的運(yùn)行安全。如果系統(tǒng)穩(wěn)定遭

到破壞，就可能造成一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域停電，對(duì)人民的生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的

損失。最早報(bào)道的互聯(lián)電力系統(tǒng)低頻振蕩是20世紀(jì)60年代在北美WSCC成立前

的西北聯(lián)合系統(tǒng)和西南聯(lián)合系統(tǒng)試行互聯(lián)時(shí)觀察到的，由于低頻振蕩，造成狹絡(luò)

線過(guò)流跳間，形成了西北聯(lián)合系統(tǒng)0。05H,左右、西南聯(lián)合系統(tǒng)0。18Hz的振蕩。

隨著電網(wǎng)的日益擴(kuò)大，大容量機(jī)組在網(wǎng)中的不斷投運(yùn)，快速、高放大倍數(shù)勵(lì)磁系

統(tǒng)的普遍使用，低頻振蕩現(xiàn)象在大型互聯(lián)電網(wǎng)中時(shí)有發(fā)生，普遍出現(xiàn)在各國(guó)電力

系統(tǒng)中，已經(jīng)成為威脅電網(wǎng)安全的重要問(wèn)題。

我國(guó)處于全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的初期，聯(lián)網(wǎng)要經(jīng)過(guò)從弱聯(lián)系到強(qiáng)聯(lián)系的發(fā)展過(guò)程。交流

弱聯(lián)系統(tǒng)存在十分突出的安全穩(wěn)定問(wèn)題，在某些運(yùn)行方式下存在誘發(fā)低頻振蕩的

可能性。開(kāi)發(fā)西部水、火電能源、實(shí)施西電東送，是國(guó)家能源工業(yè)建設(shè)的基本戰(zhàn)

略。隨著三峽水利工程的建設(shè)投運(yùn)和西部水電的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，中國(guó)的電力系統(tǒng)將

朝著“全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，西電東送”的格局穩(wěn)步發(fā)展.超高壓遠(yuǎn)距離供電和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的

實(shí)施，使我國(guó)的互聯(lián)電力系統(tǒng)成為世界上少有的超大規(guī)模同步交流系統(tǒng)之一。隨

著電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)程度的不但提高，系統(tǒng)越來(lái)越龐大，運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜，保證

系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的難度也越來(lái)越大，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題越來(lái)越突出。

在這種格局下，電力交換更加頻繁，會(huì)出現(xiàn)更多長(zhǎng)距離、重負(fù)荷輸電線路,

出現(xiàn)長(zhǎng)距離輸電走廊、出現(xiàn)長(zhǎng)條形的扁平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別容易引發(fā)低頻振蕩，從

而引起更加突出的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。在現(xiàn)代大電網(wǎng)中，各區(qū)域、各部分互相聯(lián)系、

密切相關(guān)、在運(yùn)行過(guò)程中互相影響。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善，缺少必要的安全措施,

一個(gè)局部的小擾動(dòng)或異常運(yùn)行也可能引起全系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，甚至造成大面積的

系統(tǒng)瓦解，對(duì)人民生活及國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成災(zāi)難性損失C

由于低頻振蕩嚴(yán)重威脅到互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以對(duì)該問(wèn)題的研

究，包括機(jī)理、數(shù)學(xué)模型、分析方法、影響因素及控制器設(shè)計(jì)等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

因此，研究研究低頻振蕩現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理,更全面的認(rèn)識(shí)低頻振蕩過(guò)程,進(jìn)而提出

有針對(duì)性的抑制策略，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

二。低頻振蕩機(jī)理的研究現(xiàn)狀

對(duì)低頻振蕩的物理本質(zhì)的研究，一直是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者研究的熱點(diǎn).關(guān)于它

的發(fā)生機(jī)理,主要有以下幾個(gè)方面：

1、欠阻尼機(jī)理

由于在特定情況下系統(tǒng)提供的負(fù)阻尼作用抵消了系統(tǒng)電機(jī)、勵(lì)磁繞組和機(jī)械

等所產(chǎn)生的正阻尼,在欠阻尼的情況下擾動(dòng)將逐漸被放大，從而引起系統(tǒng)功率的

振蕩。還有一種比較特殊的欠阻尼情況，若系統(tǒng)阻尼為零或者較小，則由于擾動(dòng)

的影響，出現(xiàn)不平衡轉(zhuǎn)矩，使得系統(tǒng)的解為等幅振蕩形式，當(dāng)擾動(dòng)的頻率和系統(tǒng)

固有頻率相等或接近時(shí)，這一響應(yīng)就會(huì)因共振而被放大，從而引起共振型的低頻

振蕩.這種低頻振蕩具有起振快、起振后保持同步的等幅振蕩和失去振蕩源后振

蕩很快衰減等特點(diǎn)，是一種值得注意的振蕩產(chǎn)生機(jī)理。

2、模態(tài)諧振機(jī)理

電力系統(tǒng)的線性與模態(tài)性質(zhì)隨系統(tǒng)參數(shù)的變化而變化,當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)阻尼振

蕩模態(tài)變化至接近或相同狀態(tài)，以至相互影響，導(dǎo)致其中一個(gè)模態(tài)變得不穩(wěn)定，

若此時(shí)系統(tǒng)線性化模型是非對(duì)角化的，就稱(chēng)之為強(qiáng)諧振狀態(tài);反之為弱諧振狀態(tài)。

強(qiáng)諧振狀態(tài)是導(dǎo)致發(fā)生低頻振蕩的先導(dǎo)因素。當(dāng)出現(xiàn)或接近強(qiáng)諧振狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)

模態(tài)變得非常敏感,反應(yīng)在復(fù)平面上，隨著參數(shù)變化,特征值迅速移動(dòng),變化接近,

這樣，對(duì)于頻率接近的系統(tǒng)特征值在強(qiáng)諧振之后，阻尼很快變得不同，其中一個(gè)

特征值穿過(guò)虛軸，從而引起振蕩。

3、發(fā)電機(jī)的電磁慣性引起的低頻振蕩

由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組具有電感，則由勵(lì)磁電壓在勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生的勵(lì)磁電流

將是一個(gè)比它滯后的勵(lì)磁電流強(qiáng)迫分量,這種滯后將產(chǎn)生一個(gè)滯后的控制，而這

種滯后的控制在一定條件下將引起振蕩。而且由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，引起了電

磁力矩變化與電氣回路藕合產(chǎn)生機(jī)電振蕩，其頻率為0.2-2Hzo

4、過(guò)于靈敏的勵(lì)磁調(diào)節(jié)引起低頻振蕩

為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定，在電力系統(tǒng)中廣泛采用了數(shù)字式、高增益、強(qiáng)勵(lì)磁倍數(shù)

的快速勵(lì)磁系統(tǒng)，使勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)大大減小.這些快速勵(lì)磁系統(tǒng)可以對(duì)系

統(tǒng)運(yùn)行變化快速作出反應(yīng),從而對(duì)其進(jìn)行靈敏快速的調(diào)節(jié)控制，從控制方面來(lái)看,

過(guò)于靈敏的調(diào)節(jié)，會(huì)對(duì)較小的擾動(dòng)做出過(guò)大的反應(yīng),這些過(guò)大的反應(yīng)將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

行超出要求的調(diào)節(jié),這種調(diào)節(jié)又對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生進(jìn)一步的擾動(dòng)，如此循環(huán)，必將導(dǎo)致系

統(tǒng)的振蕩。

5、電力系統(tǒng)非線性奇異現(xiàn)象引起低頻振蕩

根據(jù)電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性理論,系統(tǒng)的特征值實(shí)部為負(fù)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的;

若特征值出現(xiàn)零值或是實(shí)部為零的一對(duì)虛根，則為穩(wěn)定的臨界狀態(tài)；若特征值為

正實(shí)數(shù)或是有正實(shí)部的復(fù)數(shù)，則都是不穩(wěn)定的。但實(shí)際上，由于系統(tǒng)的非線性特

性，系統(tǒng)在虛軸附近將出現(xiàn)奇異現(xiàn)象。即使系統(tǒng)的特征值全為負(fù)或是有負(fù)的實(shí)部

的復(fù)數(shù),在小擾動(dòng)下，非線性造成的分歧也可能使系統(tǒng)的特性和狀態(tài)發(fā)生突變，

產(chǎn)生增幅振蕩。

6、不適當(dāng)?shù)目刂品绞綄?dǎo)致低頻振蕩

抑制低頻振蕩的過(guò)程，就是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使它產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減緩轉(zhuǎn)子在

速度變化中的動(dòng)能和未能的轉(zhuǎn)換.但在一些擾動(dòng)中，機(jī)端電源和電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)勵(lì)磁

電流的要求會(huì)產(chǎn)生矛盾，使勵(lì)磁調(diào)節(jié)不能同時(shí)滿足二者的要求，甚至起了相反的

形成狀態(tài)矩陣A,根據(jù)其特征值的性質(zhì)判斷穩(wěn)定性圖1小擾動(dòng)

分析方法的過(guò)程

(2)部分特征值法又稱(chēng)降階特征值法(SMA),是只計(jì)算一部分對(duì)穩(wěn)定性判別起

關(guān)鍵作用的特征值，利用矩陣稀疏技術(shù)及其他技巧來(lái)分析,PSASP中的同時(shí)迭代

法就是采用這種原理，可滿足互聯(lián)電網(wǎng)的速度和精度的要求，但容易產(chǎn)生漏掉某

些負(fù)阻尼或弱阻尼模式。之后提出了再改進(jìn)的SMA法，這一方法是依據(jù)低頻振蕩

失穩(wěn)振蕩模式的特征,巧妙避開(kāi)了改進(jìn)SMA算法中對(duì)迭代初值的求解，運(yùn)用反幕

法在右半平面上搜索失穩(wěn)的機(jī)電振蕩模式，從而有效避免了丟根和收斂到非機(jī)電

模式的情形。

AESOPS(AnalysisofEssentiallySpontaneousOscillationsinPower

System)算法僅計(jì)算與轉(zhuǎn)子角模式相關(guān)的特征值，而且一次只算一對(duì)共扼特征值.

是通過(guò)在所選電機(jī)的轉(zhuǎn)子上施加一個(gè)外部轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算的。系統(tǒng)的復(fù)頻率響應(yīng)是通

過(guò)求解一組適當(dāng)?shù)膹?fù)合代數(shù)方程來(lái)計(jì)算的.線性系統(tǒng)響應(yīng)決定了特征值修正估計(jì)

值，這個(gè)過(guò)程一直重復(fù)到對(duì)所選發(fā)電機(jī)的影響特別大時(shí)結(jié)束。如果發(fā)電機(jī)的主振

蕩模態(tài)有幾個(gè)，那么所計(jì)算的特征值取決于初始估計(jì)值。此法的限制之一是需要

大量的搜索計(jì)算以便找到所有的臨界模式，除非臨界模式的一般特性事先已知。

Amoldi法也是一-種降階方法，但算法本身數(shù)值特性不好，對(duì)于出現(xiàn)幾個(gè)主振

蕩模態(tài)的情況，將失去正交性并且收斂很慢.隨后提出的改進(jìn)的Amoldi方法

(MAM)解決了正交性和迭代過(guò)程中的一些問(wèn)題，基于降階技術(shù)把要計(jì)算特征值

的矩陣簡(jiǎn)化成一個(gè)上三角的海森博格(Hessenberg)矩陣，當(dāng)m等于n時(shí)，的特征

值就是的特征值;當(dāng)m〈n時(shí)，的特征值就是特征值的一個(gè)子集。而且，的特征值

總可以收斂到的最大(和最小)模的特征值，因此可計(jì)算任何系統(tǒng)模式對(duì)應(yīng)的特征

值，也解決了AESOPS算法局限性的問(wèn)題。

后面兩種方法是國(guó)際上通用的大型電力系統(tǒng)特征值計(jì)算方法，是美國(guó)EPRI

的SSSP軟件包的標(biāo)準(zhǔn)模塊。

2、基于非線性動(dòng)態(tài)方程的分歧理論分析法

上述小擾動(dòng)分析法是平衡點(diǎn)局部線性化方法，能有效地反應(yīng)線性化系統(tǒng)1勺局

部穩(wěn)定特性。但整個(gè)電力系統(tǒng)是非線性的，這種方法必然會(huì)產(chǎn)生一些紙漏?；?/p>

非線性動(dòng)態(tài)方程的分歧理論分析法，是用分叉理論將特征值和高階多項(xiàng)式結(jié)合起

來(lái)，從數(shù)學(xué)空間結(jié)構(gòu)上來(lái)考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于此，可知電力系統(tǒng)低頻振蕩穩(wěn)

定極限是與系統(tǒng)微分方程發(fā)生Hopf分叉的情況相聯(lián)系的，因此可用局部分叉理

論的Hopf分叉來(lái)分析.但目前此法對(duì)系統(tǒng)的規(guī)模及方程的階數(shù)有所限制，故還需

要進(jìn)一步研究.

3、模態(tài)級(jí)數(shù)分析法

向量場(chǎng)的正則型技術(shù)將線性分析技術(shù)擴(kuò)展到可以包含電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)中的非

線性相互作用，并成功地應(yīng)用于研究非線性系統(tǒng)性能的各個(gè)方面。模態(tài)級(jí)數(shù)方法

是屬于非線性動(dòng)態(tài)理論中的另一種分析方法,它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是嶄新的，

可用來(lái)表示非線性響應(yīng)和獲得非線性系統(tǒng)冬輸入響應(yīng)的近似閉式解表達(dá)式，而不

需要非線性變換。此法能提供比正則型技術(shù)更準(zhǔn)確的非線性近似，因?yàn)槎文B(tài)

級(jí)數(shù)近似比二次正則型近似可捕獲更多的非線性作用c

非線性法正好可以和小干擾分析法對(duì)應(yīng)，小干擾分析法可以理解為將系統(tǒng)模

型一階展開(kāi)，即得到線性化模型，從而進(jìn)行一系列計(jì)算，卻沒(méi)有考慮二階或是更

高階的模態(tài)交互作用現(xiàn)象，而正則型技術(shù)與模態(tài)級(jí)數(shù)正是從這個(gè)角度出發(fā)來(lái)解決

問(wèn)題的，把電力系統(tǒng)的非線性充分考慮進(jìn)來(lái)，分析低頻振蕩的發(fā)生機(jī)理,但兩方

法在此方面還有待于我們進(jìn)一步的研究。

4、時(shí)域仿真

時(shí)域仿真是借助計(jì)算機(jī)并以數(shù)值分析為基礎(chǔ)，得出系統(tǒng)在一定擾動(dòng)下的時(shí)域

運(yùn)行變化情況。這一方法能夠得出計(jì)及系統(tǒng)非線性因素情況下的運(yùn)行狀態(tài)，但這

一方法也有很多缺點(diǎn)，如對(duì)大型系統(tǒng)的仿真時(shí)間較長(zhǎng)；不同的負(fù)荷特性將產(chǎn)生差

別較大的仿真結(jié)果等等。而且由于得到的時(shí)域響應(yīng)無(wú)法充分揭示出小擾動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)

題的實(shí)質(zhì)，故通常將此法與其它幾種方法綜合使用。

5、頻域分析法

信號(hào)的頻域分析法是將實(shí)測(cè)信號(hào)視為某些頻率固定、幅值按指數(shù)規(guī)律變化的

正弦信號(hào)（振蕩模式）的線性組合，從而將方法歸納為對(duì)各頻率（模態(tài)）與阻尼

系數(shù)的識(shí)別。進(jìn)而又可分為參數(shù)方法和非參數(shù)方法兩類(lèi)如下：

（1）參數(shù)法是通過(guò)建立參數(shù)化模型，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)用最優(yōu)化的方法求取模型

參數(shù)。電力系統(tǒng)應(yīng)用最多的是prony方法。但有其自身的缺點(diǎn)：①不能反應(yīng)動(dòng)態(tài)

過(guò)程的非平穩(wěn)性；②擬合的結(jié)果對(duì)噪聲敏感。當(dāng)信噪比小于40dB時(shí)，難以得到

正確的結(jié)果.

(2)非參數(shù)法包括傅立葉算法、快速傅立葉算法(FFT)、z變換法和小波

算法等。但各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。

①傅立葉算法對(duì)噪聲信號(hào)的魯棒性很好，但不能反應(yīng)阻尼特性，也不能反應(yīng)

頻率隨時(shí)間的變化.

②FFT用了時(shí)-頻分布的概念，可以處理非平穩(wěn)信號(hào)，但不能根據(jù)信號(hào)自動(dòng)

調(diào)整時(shí)頻窗口。

③采用基于z變換的識(shí)別算法進(jìn)行在線信號(hào)的頻譜分析，可通過(guò)判別頻譜

中極點(diǎn)的位置從而得到想要的振蕩模;但在識(shí)別低頻和弱阻尼信號(hào)時(shí)，有些困難.

④小波算法是分圻非平穩(wěn)信號(hào)的有力工具，在時(shí)域和頻域都具有良好的局

部分辨能力，并且對(duì)高低頻信號(hào)具有自適應(yīng)性.小波變換中的脊算法根據(jù)信號(hào)自

適應(yīng)地調(diào)節(jié)時(shí)頻窗口，能消除噪聲，并能很好地反應(yīng)復(fù)雜振蕩過(guò)程中所包含的多

個(gè)模式隨時(shí)間的變化規(guī)律。

6、在線辨識(shí)法

此法是根據(jù)在線辨識(shí)系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)來(lái)求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，根據(jù)求得的傳

函來(lái)分析其特征值，及極點(diǎn)，零點(diǎn)，留數(shù)，從而判斷系統(tǒng)的振蕩性質(zhì)和類(lèi)型，從

物理概念上講,極點(diǎn)反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為特性，它與系統(tǒng)內(nèi)在的振蕩方式有關(guān);

而零點(diǎn)反映了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與外部世界間的關(guān)聯(lián)特性，也可認(rèn)為是系統(tǒng)具備的反振蕩

特性。正是基于此，我們可以將在線辨識(shí)法與頻域法充分結(jié)合，以期能得到隨時(shí)

間變化的阻尼模態(tài)的變化.振蕩頻率的識(shí)別和預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)就是實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)振蕩

頻率和功角，針對(duì)此點(diǎn)，提出了相關(guān)測(cè)量的解決方案.

Prony是一種在線評(píng)估和控制振蕩阻尼的方法,是與單機(jī)等值暫態(tài)穩(wěn)定分析

方法(5IME)相結(jié)合的分析方法。因?yàn)镾IME能壓縮互聯(lián)電網(wǎng)多機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，

使之可描述為一個(gè)單機(jī)無(wú)窮大母線的動(dòng)態(tài)行為，從而使Prony分析用于大的實(shí)際

的電力系統(tǒng)成為可能。

7、低頻振蕩的自激分析法

這一方法的基本思想是在被研究的n機(jī)電力系統(tǒng)中任選一機(jī)作為自激機(jī)，將

其狀態(tài)變量作為保留變量,而將系統(tǒng)的其余部分進(jìn)行等效，這樣就得到一個(gè)等效

的“二階”系統(tǒng),從而可以通過(guò)迭代求解的方法比較容易地求出此“二階”系統(tǒng)

的特征根。自激法可以有效地解決電力系統(tǒng)的“維數(shù)災(zāi)〃問(wèn)題，但其收斂性相對(duì)

SMA法要差，而且在多機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)模式同時(shí)和幾臺(tái)機(jī)強(qiáng)相關(guān)時(shí)，并在這幾臺(tái)

機(jī)作為自激機(jī)時(shí)會(huì)由于都收斂于這一模式而產(chǎn)生丟根現(xiàn)象；另外，若多機(jī)系統(tǒng)的

一臺(tái)機(jī)和幾個(gè)機(jī)電模式相關(guān)，則用此機(jī)做自激機(jī)時(shí)，只能收斂到其中一個(gè)強(qiáng)相關(guān)

模式,此時(shí)也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果失去完整性。

8、能量分析法

此法是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)能量模態(tài)的分析，從而確定振蕩過(guò)程中相互交換能量的

機(jī)群，從而進(jìn)行低頻振蕩分析。這基本上也是種等值的思想，但對(duì)于互聯(lián)大電網(wǎng),

這種等值還存在一定困難.

9、模糊辨識(shí)法

此法是識(shí)別給定對(duì)象和那一類(lèi)模糊樣本相同或接近，也就是把模糊樣本分為

若干類(lèi),判別給定的對(duì)象應(yīng)該屬于那一類(lèi).針對(duì)低頻振蕩分析，即是識(shí)別系統(tǒng)的狀

態(tài)是否歸屬于低頻振蕩一類(lèi)。

四.低頻振蕩的抑制措施

1、加裝PSS

目前世界上通用的做法是在勵(lì)磁系統(tǒng)中加裝PSS來(lái)提高發(fā)電機(jī)的阻尼。PSS

投入后，既可以阻尼區(qū)域間的振蕩模式，也可以阻尼局部振蕩模式。PSS的輸入

信號(hào)可以是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差或者前兒者的組合.

對(duì)于PSS的整定，目前比較常用的方法是采用相位補(bǔ)償。同時(shí)PSS在大系統(tǒng)

中如何配置是一個(gè)重要的問(wèn)題。雖然PSS阻尼當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域間振蕩模式的設(shè)計(jì)原理

是類(lèi)似的，但PSS對(duì)兩種類(lèi)型振蕩起阻尼作用的機(jī)理是不同的。與發(fā)電機(jī)速度偏

差相應(yīng)的參與因子在確定PSS安裝地點(diǎn)問(wèn)題上是相當(dāng)有用的,用它可對(duì)可能加裝

PSS的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行初步掃描，然后可以采用留數(shù)和頻率響應(yīng)法進(jìn)行更精確的計(jì)

算，以確定適當(dāng)?shù)陌惭b地點(diǎn).

2、加裝直流小信號(hào)調(diào)制

在交直流并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)里面，可以用直流小信號(hào)調(diào)制增加對(duì)系統(tǒng)低頻振蕩

的阻尼。最成功的例子是美國(guó)太平洋聯(lián)絡(luò)線，不但起到了抑制低頻振蕩的作用,

還使原來(lái)的交流聯(lián)絡(luò)線的輸送容量從2100MW提高到了2500MWo

選取恰當(dāng)?shù)恼{(diào)制信號(hào)是直流調(diào)制研究中必須要解決的問(wèn)題。調(diào)制器輸入可取

以下幾種信號(hào)：整流側(cè)（或逆變側(cè)）頻率，兩側(cè)頻率偏差，線路功率偏差和線路

電流偏差.為了避開(kāi)長(zhǎng)距離通訊通道帶來(lái)的不可靠性，消除兩端交流系統(tǒng)的頻率

差信號(hào)的局部振蕩模式，Cresap提出采用并聯(lián)交流聯(lián)絡(luò)線上的功率變化速度作

為調(diào)制信號(hào)，研究結(jié)果表明采用這一調(diào)制信號(hào)能方便有效地抑制區(qū)域間低頻振蕩

模式。

3、加裝FACTS裝置

FACTS裝置的投入同樣可以增加對(duì)系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼，如SVC、STATCOM.

TCSC等.FACTS裝置具有調(diào)節(jié)迅速靈活的特點(diǎn)，對(duì)改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能具有良好的

作用.以TCSC為例利用TCSC能快速調(diào)節(jié)其補(bǔ)償電抗的能力，可以有效地阻尼互

聯(lián)電網(wǎng)的區(qū)域間低頻振蕩，比如巴西的南北聯(lián)絡(luò)線，就是采用TCSC來(lái)抑制南北之

間的區(qū)域間低頻功率振蕩.目前，F(xiàn)ACTS裝置在國(guó)外電網(wǎng)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)

用，但是FACTS裝置帶來(lái)的可靠性、次同步諧振等問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。

五.低頻振蕩研究中存在的主要問(wèn)題及研究趨勢(shì)

隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，越來(lái)越復(fù)雜，為了保障整個(gè)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)

行，必須要做到能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀況,并能及時(shí)采集到所需信息。為此,

以下幾個(gè)方面將是我們研究的重點(diǎn)：

（1）結(jié)合我國(guó)實(shí)際的電力系統(tǒng)分析，當(dāng)電網(wǎng)具有長(zhǎng)鏈形結(jié)構(gòu)和弱聯(lián)絡(luò)線，

及區(qū)域功率不平衡、主電站備用功率裕度不充分等不利條件時(shí)，系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)矩

系數(shù)尤其是阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)將受何影響，進(jìn)而可以找出引發(fā)系統(tǒng)“超低頻振蕩〃的

可能機(jī)理。

（2）采用模態(tài)級(jí)數(shù)法研究互聯(lián)電網(wǎng)遭受擾動(dòng)后的動(dòng)態(tài)行為，分析系統(tǒng)的振蕩

模態(tài)以及非線性模態(tài)的相互作用，以期能找到引發(fā)“超低頻振蕩”的物理

本質(zhì)。

（3）發(fā)展新的分析方法，實(shí)現(xiàn)低頻振蕩的在線甚至實(shí)時(shí)分析，并與SCADA

及EMS（EnergyManagementSystem）互聯(lián)，使全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)盡在運(yùn)行管理人員

的掌握之中，便于緊急情況下實(shí)施控制。

（4）引入FACTS元件，通過(guò)選擇其合適的參數(shù)以整定協(xié)調(diào)系統(tǒng)元件參數(shù)，從

而抑制低頻振蕩.

(5)在分析和時(shí)域仿真中，要考慮負(fù)荷模型對(duì)系統(tǒng)阻尼的影響.應(yīng)該綜合考

慮負(fù)荷的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

(6)發(fā)展智能穩(wěn)定控制器,采用人工智能等方法考慮互聯(lián)電網(wǎng)中多PSS之間

如何進(jìn)行參數(shù)的協(xié)調(diào)整定，使之能更好的抑制復(fù)雜電網(wǎng)的超低頻振蕩.

隨著我國(guó)超大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，發(fā)生的“超低頻

振蕩現(xiàn)象”的機(jī)理也越來(lái)越引起人們的重視，所以研究過(guò)程中要充分考慮系統(tǒng)本

身的特性，即其具有的非線性性，因此在建立在線低頻振蕩監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)，耍

結(jié)合采用基于動(dòng)態(tài)理論的非線性分析方法；而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于GPS的

WAMS等新通信技術(shù)的發(fā)展，綜合各種分析方法，找出“超低頻振蕩”的機(jī)理并采

取相應(yīng)的抑制措施應(yīng)該是完全可能的.

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