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摘 要

随着电力系统的迅速发展以及互联规模的急剧扩大，电力系统低频振荡问题已成为影响其动态稳定性以及远距离传送容量的重要因素，对趋于运行极限状态的电力系统尤其如此。

围绕电力系统低频振荡的产生机理、分析方法、影响因素和控制策略四个方面综述了电力系统低频振荡的研究现状分析了现有研究成果的主要优点和存在的不足。

关键词：电力系统；低频振荡；低频振荡分析；低频振荡监测

Analysis and Monitoring of Low Frequency Oscillation in Power Systems

ABSTRACT

As power systems developing rapidly and being interconnected in a great scale, the issue of low frequency oscillation (LFO) of the power system becomes very important for the dynamic stability and long-distance-transmission capability of the system,especially to that operating in an unprecedentedly critical state.

From the four aspects of low frequency oscillation principle, analytical methods, affecting factors, and control policy, the paper summaries the study status of low frequency oscillation and analyses the progress research in the field.

Key Words：Power Systems；Low Frequency Oscillation；Analysis of LFO；Monitoring of LFO

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 低频振荡的含义与类型 1

1.3 研究电力系统低频振荡的意义 2

1.4 电力系统低频振荡机理的研究 2

1.4.1 负阻尼机理 2

1.4.2 强迫振荡机理（共振机理） 3

1.4.3 非线性机理 3

1.4.4 强共振机理 3

第二章 电力系统低频振荡的分析方法及监测算法 5

2.1 基于线性化理论的特征值分析法 5

2.1.2 选择模式分析法（SMA） 5

2.1.3 全维部分特征值分析法 5

2.1.4 自激分析法 6

2.2 基于非线性动态方程分析法 6

2.2.1 Hopf分岔理论分析法 6

2.2.2 时域仿真法 6

2.3 改进数字滤波器法 6

2.3.1 FIR数字滤波器 6

2.3.2 滤波器改进方案 7

2.3.3 改进数字滤波器的应用 7

2.4 短时傅里叶分析算法 7

2.4.1 算法原理 7

2.4.2 算法性能优化 8

2.4.3 短时傅里叶分析算法的应用 8

2.5 改进Prony法 8

2.5.1 算法原理 8

2.5.2 确定算法参数 9

2.5.3 应用改进Prony分析算法 9

2.6 算法性能对比 9

第三章 电力系统低频振荡的影响因素 10

3.1 系统结构对振荡频率的影响 10

3.2 运行方式对低频振荡的影响 11

3.3 系统参数对低频振荡频率的影响 11

第四章 电力系统低频振荡的抑制措施 14

4.1 电力系统稳定器（PSS） 14

4.2 加装FACTS装置 15

4.3 直流功率调制技术 16

4.4 阻尼控制器的协调优化 16

4.5 基于广域量测的控制策略 16

第五章 总结 18

致谢 19

参考文献 20

附录 25

第一章 绪论

1.1 选题背景

自上个世纪六十年代在北美观察到低频振荡起，随着电力网络的不断扩大，美国西北、西南联合系统电网中大容量机组的不停投运，加上高倍率励磁系统的普及，在大型互联电网中低频振荡（LFO）现象偶有产生，对电网安全已经成为一个威胁。当Poland，the Czech Republic，Hungary合并入欧洲西部电网后就会观察到各种严重或者微弱的低频振荡。1996年7-8月，美国西部电网连锁反应式大电网稳定破坏和大面积停电事故连续发生了两次，充分表明这种类型事故是当前甚至未来威胁电网安全的最大问题。我国首次记录电力系统的低频振荡是在1984年，在广东系统与九龙系统132kV及66kV联络线联网时，出现了振荡周期约1.7s的低频振荡，未能自动平息。后来国内在湖北系统、湖南系统及其互联系统也曾多次发生LFO现象。还有南方电网在2003年2-3月发生了5次无故障引起的LFO，严重威胁了电网的稳定运行。

在我国目前的电网构架下多数低频振荡还只是局部振荡模式，是更容易采取措施抑制的。但是，为了提高电力工业的效率，利用电网起到相互补充的作用，包括水，火，核等其他能源，削峰填谷和相互备份，事故支援等，电网之间的互联，逐步扩大是必然的。区域电网互联有着非常重要的意义，合理利用能源，保护环境有利于电力的可持续发展。可以安装大容量，高性能的水电，火电和核电机组，有利于降低生产，节约能源和加快电力建设。可以使用温度差，时间差进行错峰，用电各个地区不同的高峰时段进行负载调整，减少备用容量。可以区域之间交叉用电，互为备用，可增强抵御事故的能力，提高供电电网的安全性和可靠性水平。能承受非常大的冲击负荷，有利于提高电能质量。可以在更广泛的水火电经济中进行调度，规范水电跨流域调整，可取得很大的经济收益。目前我们整个国家都在网络的初始阶段，网络正在从弱联系到强联系的发展。交流弱联系统具有一个影响安全性和稳定性的非常突出的问题，在一定的运行模式发生LFO仍然存在可能性。三峡水利水电的建设和西部的持续开发和利用，是我国的电力系统将逐渐实现“全国联网，西电东送”的格局。在这种模式下，更频繁的电力交流，更远距离，重负荷输电线路，远距离输电走廊和长条形平板系统结构将会出现，如果不及时采取相应的安全措施，很容易引发低频振荡，因此必须提出有效措施防止低频振荡的出现。

1.2 低频振荡的含义与类型

当电力系统并联运行时，会发生通过传输线的发电机转子间的干扰的相对摆动，并且在没有阻尼引起的持续振荡。发电机转子造成由于阻尼不足的功率振荡，属于电力系统的小干扰稳定的范围，有着较低的振荡频率，一般在0.1-2.5Hz之间，故称为低频振荡。按振荡范围和所涉及的振荡频率的大小的振荡频率可分为两类。

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