低频振荡

电力系统低频振荡

题目：电力系统低频振荡

院系：电气与电子工程学院

班级：

姓名：

学号：

华北电力大学

2012年4月

目录

前言 ................................... 错误!未定义书签。

1. 低频振荡产生机理.................... 错误!未定义书签。

2. 低频振荡分析方法.................... 错误!未定义书签。

特征值分析法....................... 错误!未定义书签。

Prony法......................... 错误!未定义书签。

复转矩系数法..................... 错误!未定义书签。

3. 低频振荡控制措施.................... 错误!未定义书签。

PSS电力系统稳定器.................. 错误!未定义书签。

电力电子装置....................... 错误!未定义书签。

4. 算例分析 ........................... 错误!未定义书签。

仿真模型........................... 错误!未定义书签。

仿真结果........................... 错误!未定义书签。

理论计算与分析..................... 错误!未定义书签。

5. 展望 ............................... 错误!未定义书签。参考文献 ............................... 错误!未定义书签。

电力系统低频振荡

前言

近年来，随着互联电力系统的不断壮大以及高增益快速励磁系统等控制设备的投入，低频振荡问题日益突出，由于其振荡频率很低、周期较长、波及面较广，给电力系统的稳定运行带来很大的危害[1]。随着电网的扩大和电力市场时经济性的追求，电力系统运行越来越趋于极限，有必要全面地认识这一问题。

本文主要阐述了电力系统低频振荡的产生机理、分析方法和控制措施及将来可能的发展动向。并通过在仿真软件PSCAD中建立简单的电力系统，针对产生低频振荡原因进行分析，并应用特征根法计算低频振荡频率，验证该方法的有效性。

1.低频振荡产生机理

电力系统中发电机经输电线并列运行时，在扰动下会发生发电机转子间相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。此时，输电线上功率也会发生相应振荡。由于其振荡频率很低，一般为~，故称为低频振荡[2]。

最早并在工程上被广泛应用的低频振荡机理，是1969年[3]提出的用负阻尼力矩的概念对单机无穷大系统低频振荡现象进行机理研

究。文章基于线性系统理论，通过分析励磁放大倍数和阻尼之间的关系来解释产生低频振荡的原因，具体负阻尼低频振荡机理如图1所示。

图1 负阻尼低频振荡机理

但近年来，由于某些振荡实例难以用欠阻尼机理来完美解释，许多学者对低频振荡的机理和成因进行了反思。文献[4]认为几个主导

模式间存在的非线性交互作用，导致振荡能量在不同模式间相互交换，尤其当几个振荡模式满足倍/差关系时，能量交换现象尤为强烈，从

而导致系统振荡失稳。文献[5]提出模态谐振的观点，认为系统参数

的微小变化会导致振荡特性接近的多个模式中的1个变得不稳定，导致系统振荡。文献[6]认为当系统中存在周期变化的参数时，可能引

起系统的周期振荡。文献[7]讨论了强迫功率振荡的基础理论，认为

当系统存在持续的周期功率扰动且扰动频率接近系统固有频率时，会引起大幅的功率波动，导致系统发生低频振荡。文献[8， 9]认为非

线性奇异现象可能造成低频振荡。但文献[10]指出也许可以认为振荡的机理是多方面的，许多因素都会在一定的条件下为低频振荡推波助澜，而缺乏阻尼则在所有情况下都是致命的。

还有的学者认为目前低频振荡机理主要可以分为三类[11]：1)基于线性系统分析的负阻尼理论；2)由于输入信号或扰动信号与系统固有频率存在某种特定的关系，产生较大幅度的共振或谐振，其频率有时处于低频区域，产生了低频振荡；3)考虑系统的非线性的影响，其稳定结构发生变化。当参数或扰动在一定范围内变化时，会使得稳定结构发生变化，从而产生系统的振荡。

2.低频振荡分析方法

表1 低频振荡分析方法

综合表1所述几类方法的优缺点，目前分析低频振荡主要采用的方法是：用特征根法分析关键模式，用数值仿真法来校验结果。

特征值分析法

特征值分析法是当前小扰动稳定性分析应用广泛的一种方法。其基本思想是将动态模型线性化，描述为由状态方程组表示的线性系统。根据线性系统理论求出其状态矩阵的特征值，根据固有模式和特征值之间的对应关系，从特征值得到模式的阻尼和频率，从特征向量得到模式和系统各状态量的关系，由此得到系统稳定的定性和定量信息。由于物理概念明确，提供的信息量多，这种方法已成为多机电力系统动态稳定分析最有效的方法之一。

2.2Prony法

Prony算法在确定振荡特征方面是较好的分析法，它使用一个指数函数的线性组合来描述等间距采样数据的数学模型，可根据给定输入信号的响应直接估计系统的振荡频率、衰减幅值和相对相位[12]，该法直接提取振荡信号特征，为振荡模式和阻尼分析提供基础。文[13]首次提出用Prony法分析电力系统振荡问题。仿真结果表明它具有较

高的准确性；文[14]利用特征值和信号处理分析得到高阶的电力系统模型，不利于控制器设计，而Prony法在此方面有突出优势；文[15]介绍了一种基于Prony分析的自适应、自调整电力系统稳定器设计。该算法在电力系统响应信号分析特别是低频振荡分析中有良好的应

用前景[16， 17]。

但实际工程应用中，传统的Prony算法在噪声抑制、系统实际阶数的辨识及对非平稳信号的拟和精度等方面的效果不理想，目前研究人员较关注的是提出较好的改进Prony方法。文献[18]针对传统Prony算法自身的弱点，提出了一种简单的改进措施。改进后的Prony 算法很大程度上消除了噪声对计算精度所造成的不利影响，可得到较为准确的实际振荡模式和振荡特征；文献[19]通过改进Prony算法，提出一种可进行现场低频振荡实际数据分析的Prony分析计算方法。

2.3复转矩系数法

复转矩系数这个名词是1982年由[20]提出的，但更早之前，基于阻尼转矩和同步转矩的概念分析电力系统次同步振荡问题的方法已

经广泛采用[21， 22]。文献[23]从复转矩系数法的适用性进行了分析与仿真证明，并指出该方法在单机系统，且是固定频率电源系统是有效的；但在在多机系统情况下是不适用的。文献[24]运用PSCAD /EMTDC电磁暂态仿真软件分析电力系统次同步振荡问题，为提高仿真精度，在高压直流输电系统(HVDC)、带串补装置的交流输电系统等