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1、互联电网低频振荡李兴源(四川大学)0引言随着西电东送和全国联网工程的实施，我国即将形成世界上屈指可数的超大规模复杂电网。但随着电网规模的日趋庞大,局部地区的扰动可能会影响整个电网的正常运行,甚至出现国内外均未见报道的一些异常动态行为。如由于电网规模庞大和复杂,导致各子网暂态稳定水平下降,输电线路传输功率极限较联网前更低于热稳极限,我国已于2003年九月联网后观察到全系统出现频率低至0.13Hz的超低频振荡,暂态不平衡功率跨区域传播,及由于联络线的功率振荡幅值远远大于预期的计算结果,致使整个互联电网的阻尼明显
2、下降等现象。研究造成这些现象的关键因素及机理;如何抑制这些振荡;全国联网后是否会有更低频的振荡出现等等,都是急需解决的问题。低频振荡分为两种类型：局部模态（LocalModes）和区域间模态（InterareaModes）。局部振荡模态是指系统中某一台或一组发电机与系统内的其余机组的失步。由于发电机转子的惯性时间常数相对较小，因此这种振荡的频率相对较高，通常在1～2Hz之间。区域间振荡模态是指系统中某一个区域内的多台发电机与另一区域内的多台发电机之间的失步。由于各区域的等值发电机的惯性时间常数比较大，因此这
3、种振荡模态的振荡频率较低，通常在0.1～0.7Hz之间。系统发生低频振荡以后会产生两种结果：一是振荡的幅值持续增长，使系统的稳定遭到破坏，甚至引起系统解列；二是振荡的幅值逐步减小，或通过恰当的措施平息振荡。因此，对电力系统低频振荡的机理进行研究，并采取相应的抑制措施具有十分重要的意义。1低频振荡的发生机理（1）欠阻尼机理自F.Demello在文献[3]中最先提出低频振荡的欠阻尼机理后，在学术界逐渐取得了共识。这一理论认为低频振荡是由于在特定情况下系统提供的负阻尼作用抵消了系统电机、励磁绕组和机械等所产生的正
4、阻尼，在欠阻尼的情况下扰动将逐渐被放大，从而引起系统功率的振荡。还有一种比较特殊的欠阻尼情况就是当扰动的频率与系统固有频率相同时，系统可能产生共振机理的低频振荡。文献[4]指出，若系统阻尼为零或者较小，则由于扰动的影响，出现不平衡转矩，使得系统的解为一等幅振荡形式，当扰动的频率和系统固有频率相等或接近时，这一响应就会因共振而被放大，从而引起共振型的低频振荡。共振机理的低频振荡归根结底还是由于系统阻尼不足而引起。这种低频振荡具有起振快、起振后保持同步的等幅振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点，是一种值得注意的
5、振荡产生机理。（2）发电机的电磁惯性引起的低频振荡由于发电机励磁绕组具有电感，则由励磁电压在励磁绕组中产生的励磁电流将是一个比它滞后的励磁电流强迫分量，这种滞后将产生一个滞后的控制，而这种滞后的控制在一定条件下将引起振荡。而且由于发电机的转速变化,引起了电磁力矩变化与电气回路耦合产生机电振荡,其频率为0.2~2Hz。（3）过于灵敏的励磁调节引起低频振荡为了提高系统的静态稳定、暂态稳定及电压稳定,在电力系统中广泛采用了数字式、高增益、强励磁倍数的快速励磁系统,使励磁系统的时间常数大大减小。这些快速励磁系统可以
6、对系统运行变化快速作出反应,从而对其进行灵敏快速的调节控制,从控制方面来看,过于灵敏的调节,会对较小的扰动做出过大的反应,这些过大的反应将对系统进行超出要求的调节,这种调节又对系统产生进一步的扰动,如此循环,必将导致系统的振荡。实际电力系统运行证明,采用快速励磁系统后,低频振荡问题日益突出。（4）电力系统非线性奇异现象引起低频振荡根据电力系统小扰动稳定性理论,系统的特征值实部为负,则系统是稳定的;若特征值出现零值或是实部为零的一对虚根,则为稳定的临界状态;若特征值为正实数或是有正实部的复数,则都是不稳定的。
7、但实际上,由文献[7][8]可知,由于系统的非线性特性,系统在虚轴附近将出现奇异现象。即即使系统的特征值全为负或是有负的实部的复数,在小扰动下,非线性造成的分歧也可能使系统的特性和状态发生突变,产生增幅振荡。（5）不适当的控制方式导致低频振荡抑制低频振荡的过程,就是调节励磁电流if,使它产生的电磁转矩减缓转子在速度变化中的动能和未能的转换。但在一些扰动中,机端电源和电磁转矩对励磁电流的要求会产生矛盾,使励磁调节不能同时满足二者的要求,甚至起了相反的作用,破坏了系统的稳定。因此,如控制的目的是抑制系统的低频振
8、荡,而使用以等与转子转速无直接联系的信号为输入控制量的控制方式,则在一定条件下会引起系统的增幅振荡。（6）混沌振荡机理混沌现象是在完全确定的模型下产生的不确定现象，它是由非线性系统中各参数相互作用而导致的一种非常复杂的现象。文献[10]针对低频振荡的参数进行分析得出了如下结论：（1）仅有阻尼而无周期性负荷扰动时，系统不会出现混沌振荡；（2）在周期性扰动负荷的作用下且当扰动负荷的值超过一定范围的时候，系统出现混沌振
