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摘 要

当前，电力系统的规模越来越大，远距离大容量输电的情况越来越常见，再加上特高压输电网络的不断增加，高增益励磁调节器的广泛使用，跨大区联网战略的实施，互联电网的运行行为越来越接近稳定极限，导致低频振荡时有发生。本文运用模态分析法，即特征根分析法，对电力系统的低频振荡进行研究，采用电力系统仿真软件PSD中的PSD-SSAP小干扰稳定性分析程序对IEEE三机九节点系统进行研究，分析了影响其低频振荡的因素。

关键词：低频振荡；建模仿真；特征根分析法；PSD-SSAP

Research on Low Frequency Oscillation of Power System Based on Modal Method

Abstract

At present, the scale of the power system is more and more big, the situation of the large capacity power transmission over a long distance is more and more common, coupled with an increasing number of uhv power transmission network, the wide use of high gain excitation regulator, across the implementation of the strategy of regional network, the operation of the interconnected power grid behavior more and more close to the stability limit, lead to low frequency oscillation. In this paper, the low-frequency oscillation of the power system is studied by using the modal analysis method, namely the characteristic root analysis method. The low-frequency oscillation of the three-machine and nine-node IEEE system is studied by using the PSD-SSAP small disturbance stability analysis program in the power system simulation software PSD, and the factors affecting the low-frequency oscillation are analyzed.

Keywords: Low-frequency oscillation, Modeling and simulation, Characteristic root analysis, PSD-SSAP

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 电力系统低频振荡的研究意义 1

1.1.2 电力系统低频振荡的基本概念 1

1.1.3 国内外研究现状 2

1.2 本文的主要工作 3

第二章 电力系统低频振荡的机理和分析方法 4

2.1 电力系统低频振荡的机理 4

2.1.1 负阻尼机理 4

2.1.2 强迫振荡机理 9

2.1.3 非线性机理 10

2.2 电力系统低频振荡的分析方法 11

2.2.1 线性模式分析法 11

2.2.2 非线性模式分析法 12

第三章 建模仿真分析 14

3.1 PSD软件的介绍与应用 14

3.2 电力系统低频振荡影响因素的研究 18

第四章 总结和展望 21

致谢 22

参考文献 23

附录 24

第一章 绪论

引言

电力系统低频振荡的研究意义

对于电力系统低频振荡，简单地来说，是由同步发电机引起的。当电力系统受到或大或小的扰动后，在并列运行的同步发电机中，转子间的运行不再保持一致，彼此之间发生摇摆，导致系统参数也发生振荡的现象。

在20世纪50年代苏联Gubyshev—Moscow输电系统的建设过程中出现了一种奇怪的现象。当时，系统没有明显的故障，在此基础上将线路的输电容量加大，达到某一程度时，系统自身存在的轻微的振荡会被放大。这种现象在当时还没有明确的定义，但其本质与我们今天所说的低频振荡是一样的。

此后，最早被报道的互联电力系统低频振荡是在20世纪60年代，北美电力系统间互联试行时，发生了功率增幅振荡，最终破坏了大系统间的并联运行，这种振荡被他们称之为“低频振荡”^[1-2]，这便是低频振荡的由来。

随着时代的发展，电力系统从早期的小规模不断扩张，各区域的电力系统以互联的形式组成了更大规模的电力系统，而在大规模电力系统中，远距离、大容量输电是必然的要求，所以低频振荡也成为了一个不可忽视的问题。

2003年8月14日，美国和加拿大互联电网发生了北美地区有史以来最严重的一次大面积停电事故，波及了美国的八个州和加拿大的两个省，累计损失负荷达到了61800MW，超过5000万人的生活受到了影响，预测的经济损失多达300亿美元，原因也很可能是电网间发生了低频振荡而使得系统解列^[3]。

我国的电力行业在发展过程中同样不可避免地遇到了低频振荡的问题。从20世纪80年代初开始，多个省级电力系统和互联系统中发生过低频振荡。比如，1983年，湖南电力系统的凤常线、湖北电力系统的葛凤线，1984年，广东—香港互联系统中的联络线等等。

目前，由于我国在特高压输电网络、跨大区联网、长距离送电方面的需求日益增长，低频振荡这一现象已然成为破坏我国电力互联系统安全、稳定、经济运行的元凶之一。但是现今电力系统出现的低频振荡中尚有许多还是原因不明的，为了避免其成为日后威胁电网安全的因素，我认为对电力系统低频振荡的研究和发现是必要的。

电力系统低频振荡的基本概念

想要了解电力系统的低频振荡，先要认识电力系统稳定性的概念，电气电子工程师学会（IEEE）对其的定义为:“电力系统的稳定性表征电力系统的这样一种能力：对于给定的初始运行状态，在遭受扰动后系统能够重新获得运行平衡点，且在该平衡点系统所有的变量有界，系统仍保持其完整性^[4]。”

并且，IEEE将电力系统的稳定性分为了三大类：功角稳定、电压稳定、频率稳定，而本文主要研究的电力系统低频振荡就属于功角稳定的研究范围。

电力系统的功角稳定是指：同步发电机受到扰动后保持同步运行的能力。目前，国际上尚未给出明确的有关电力系统稳定性的分类标准。但是，经过我的调查分析，觉得大致可以分为以下两类：

1. 大扰动功角稳定

大扰动功角稳定是指系统遭到严重的干扰后，发电机保持同步运行的能力。这里的严重干扰一般是指系统线路短路和断路、发电机切机等。

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