電力系統低頻振蕩問題探析

郜曉娜 張祥龍

摘要：現如今隨著人們用電需求不斷加大，電網建設也呈現快速發展，系統大規?；ヂ摮蔀殡娋W建設與發展的重要特點，但是與此同時，如何確保電力系統持續安全穩定性成為關鍵，尤其是低頻振蕩問題越來越引起人們的廣泛關注?；诖?，下文當中結合實踐，對電力系統低頻振蕩問題展開探析，希望能為相關工作提供一些參考作用。

關鍵詞：低頻振蕩;振蕩機制;PSS;特征值分析

近年來伴隨經濟社會發展，各個層面用電需求日益加大，由此也帶動電網建設的快速發展，電網建設規模越來越，然而，在電力系統運行過程當中，其動態穩定性問題變得日益突出起來，特別是系統互聯過程中導致的區域低頻振蕩問題，對互聯電網安全穩定性造成很大影響，更阻礙到電網傳輸能力，因此很有必要對電力系統低頻振蕩問題進行探析與研究。

一、低頻振蕩產生機制

1.1負阻尼機制

只有對振蕩產生的機理有一個更加全面的認識，才能對低頻振蕩開展更加深入的研究工作，進而尋求有效的抑制方法。到現在為止，負阻尼機制在低頻振蕩機制研究中體系最為完善，具有清晰的物理概念，被人們所認可。此項理論不僅僅局限于單機，系統非常強大，可以在多機系統中推廣應用，首先把系統線性化，之后對特征進行分析，便可從中探尋系統有無低頻振蕩存在，這一理論對設計電力系統穩定器（PSS）提供了強大的理論基礎。

1.2強迫振蕩機制

現在除了負阻尼機制之外，目前在低頻振蕩機制研究方面國內外很多學者主要集中于強迫振蕩機制方面的研究。在電力系統當中，因個別節點復合功率出現明顯的周期性波動，導致周期性的擾動源出現在局部，如果擾動形成的頻率相較于系統本身頻率較為接近時，這些周期性小擾動在系統局部長期出現，便會引發系統有較強的震蕩現象發生，此類震蕩被稱之為強迫震蕩。依照這一機理，對電力系統不同于負阻尼機理進行研究，應當通過非齊次微分方程來進行系統描述，這一振蕩現象的發生，主要是因周期性擾動而形成的系統共振，為了避免這種共振現象發生，需要有效消除擾動源控制振幅來實現，這一機理和負阻尼機理存在很大的不同，不僅具有較快的起振速度，同時消失震蕩也非常快。

1.3參數諧振機制

近年來電網互聯規模逐漸擴大，正當問題在系統當中出現的越來越復雜，通過負阻尼機制以及強迫振蕩機制對一些震蕩模式全面解釋之后，人們越來越重視參數諧振機制，如果系統當中，出現相互接近的兩個振蕩模式對應特征值時，便會有諧振產生，這樣一來導致兩個振蕩模式出現直角分離的對應特征值，而且一對特征根實部會由負變正形成振蕩失穩。有學者也進行研究，可以在實際電網當中運用該機制。

1.4混沌機制

在非線性電力系統當中，受各個參數作用因素影響導致的低頻振蕩非常的復雜，混沌現象非常的典型，然而到現在為止，這一機制的研究依然處于初期階段，在實際工程當中理論支撐方面還存在很大不足。

1.5分岔機制

相較于混沌機制，在被系統開展研究工作當中，分岔機制是通過非線性方法來開展相應的研究工作，更加全面的考慮電力系統非線性，同時通過解空間結構上人手開展相應的研究工作，然而當前，在大型系統當中，這一機制還沒有得到有效應用。

二、低頻振蕩的分析方法

2.1特征值分析法

對于低頻振蕩而言，這種問題屬于小的干擾，主要可能好的擾動下而導致，因此能夠通過平衡點特征值開展相應的研究，通常在平衡點位置上把定常的非線性系統模型，通過展開一階泰勒，獲得一致的線性化系統，具有全局穩定結構特征，對特征根以及特征向量和參與因子阻尼比等有關信息進行計算，通過線性化系統，來對低頻振蕩模式信息進行反應，低頻振蕩模態信息通過對應特征向量來進行反應，在這一方法下能夠詳實地提供相關信息，是多機系統低頻振蕩最為有效的方法之一，計算特征根有關軟件有多種。如PsD-ssAP、 PsAsP等是由我國電力科學研究院所開發研制，在特征值計算方面功能非常的突出。

現在在特征值求取方法方面主要有兩大類：一種是對系統全部特征值進行求取，QR分解法是最為典型的方法之一。然而，矩陣階數會對這種方法形成很大的限制，在計算過程當中，主要用于1000及以下階數計算;另一種方法是將部分特征值進行求取的重要方法，如AESOPS法以及Amoldi法，不限制階數，極有可能出現失根，也或是對飛機電振蕩模式進行收斂，正是由于這些因素存在，伴隨不斷增大的系統，逐漸增加矩陣維數，計算特征值無法達到相關的精度需求。

2.2改進Prony方法

這一方法是重要的時域分析法，該方法基于傅里葉分析法前提下獲得很大發展，而且不用于特征值分析法，系統特征值進行求取，能夠將模式的頻率以及阻尼大小和相對相位進行分析，同時還能對未知系統模型降階傳遞函數進行求取?，F如今在電力系統分析當中Prony分析法得到了普遍認可，然而實際應用過程當中依然有很多不足存在。如辨識系統當中具體階數過程當中，噪聲抑制能力還存在一定不足，所以在具體應用時應當，有效結合Prony方法以及其他處理方法。

三、電力系統低頻振蕩的抑制措施

3.1增強網架結構

低頻振蕩非常容易出現在重負荷和長距離輸電線路之上，所以為了有效抑制低頻振蕩的產生，可以對具有重負荷的線路進行減少，工程實際時常會有串聯補償電容應用，對線路兩端電氣距離進行減少，通過這一方法來對低頻振蕩因素進行抑制，而且還能利用電網互聯增強，對系統間聯網通道進行增加，來對系統低頻振蕩進行抑制。

3.2電力系統穩定器PSS

將穩定器配置在勵磁系統內對低頻振蕩起著重要的抑制作用，這種方法有著非常簡單的優點，而且具有很強的適應性，同時還具有較好的魯棒性，通過研究發現在低頻振蕩抑制過程當中，這一裝置非常經濟而有效。過去設置的PSS參數只能對指定的振蕩模式，卻不能有效地抑制其他震蕩模式，極易導致惡化發生。為了有效應對這一不足。在2000年時加拿大魁北克電力局，將PSS4B首次提出，在穩定電力系統當中發揮了重要的作用，能夠對不同振蕩頻率，提供有效的阻尼，還具有很強的靈活性，實用性價值較高。

3.3柔性交流輸電裝置FACTS

在提高系統可控性以及功率輸送能力方面，FAcTs裝置主要通過電力電子設備以及靜態控制器來實現，不僅非常的靈活，而且快速，對低頻振蕩抑制發揮著非常重要的作用，因此越來越被重視起來，然而這一裝置有著較高的成本，配置地點以及輸入信號也會對其控制效果造成影響。

3.4調度運行方式調整

利用wAMS將各區間內發電機實時數據提供出來，并在動態分析下基于有效措施進行應對，合理調整運行方式，提高系統阻尼效果，而且還可通過告警系統以及在線監測系統，以免出現起振，平息振蕩。通過實時的算例對該技術的應用做了更好的驗證， 并體現了這種方法的優點。

四、結論

電力系統低頻振蕩問題越來越受到重視，本文對目前低頻振蕩的研究成果進行了總結，并對熱點問題進行了分析。針對實際電網的安全運行，低頻振蕩的研究還可從如下幾個方面人手：

（1）共振型低頻振蕩機制和諧振類的低頻振蕩機制研究較少， 還有必要進行專題性的研究。

（2）分析方法方面要更進一步進行非線性分析，使得非線性理論更加完善。

（3）加快新設備的實用性研究，開發基于wAMs的專門低頻振蕩實時跟蹤及防控支持系統。 進一步研究WAMS通信時滯的影響和解決方案。

參考文獻

[1]王問清.電力系統低頻振蕩共振機理的研究[D].華北電力.2018，（01）

[2]王義昌.大電網系統技術[M].北京：中國電力出版社，2017，（08）

[3]湯涌.電力系統強迫功率振蕩分析[J].電網技術.2018，（12）