电力系统振荡的结果及预防

当发生短路或突然有大负荷切除或投入时，发电机与大系统之间的功角会发生变化，发电机的输出功率就会沿着发电机的功角特性曲线来回摆动，这就是电力系统的振荡。

电力系统振荡的结果有两种：一个是发电机的输出功率和负载能重新在一个点上实现平衡，经过一段时间的振荡后重新达到稳定，保持同步运行。一个是发电机的输出功率和负载能无法再在任何一个点上实现平衡，从而导致发电机失去同步。

发电机的原动机输入力矩突然变化，如：水轮机调速器不正常动作;系统发生突然短路;大机组或大容量线路突然变化等。通常，短路是引起系统振荡,破坏稳定运行的主要原因。

电力系统振荡的预防：预防是多方面的，有继电保护上的要求，如快速切断故障线路;也有运行操作上的要求，如避免使发电机的容量大于被投入空载线路的充电功率，避免发电机带空载线路启动和以全电压向空载线路合闸;也有设计上的考虑，如避免发生发电机的次同步共振。

系统振荡有多种：异步振荡、同步振荡、低频振荡

异步振荡——其明显特征是，系统频率不能保持同一个频率，且所有电气量和机械量波动明显偏离额定值。如发电机、变压器和联络线的电流表，功率表周期性地大幅度摆动;电压表周期性大幅摆动，振荡中心的电压摆动最大，并周期性地降到接近于零;失步的发电厂间的联络的输送功率往复摆动;送端系统频率升高，受端系统的频率降低并有摆动。

引起电力系统异步振荡的主要原因：

1、输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏;

2、电网发生短路故障,切除大容量的发电、输电或变电设备,负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏;

3、环状系统(或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引启动稳定破坏而失去同步;

4、大容量机组跳闸或失磁,使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏;

5、电源间非同步合闸未能拖入同步。

异步系统振荡的一般现象：

(1)发电机，变压器，线路的电压，电流及功率周期性的剧烈摆动，发电机和变压器发出有节奏的轰鸣声。

(2)连接失去同步的发电机或系统的联络线上的电流和功率摆动得最大。电压振荡最激烈的地方是系统振荡中心，每一周期约降低至零一次。

(3)失去同期的电网，虽有电气联系，但仍有频率差出现，送端频率高，受端频率低并略有摆动。

同步振荡——其系统频率能保持相同，各电气量的波动范围不大，且振荡在有限的时间内衰减从而进入新的平衡运行状态。

低频振荡——在电力系统中，发电机经输电线路并列运行时，在负荷突变等小扰动的作用下，发电机转子之间会发生相对摇摆，这时电力系统如果缺乏必要的阻尼就会失去动态稳定。由于电力系统的非线性特性，动态失稳表现为发电机转子之间的持续的振荡，同时输电线路上功率也发生相应的振荡，影响了功率的正常输送。由于这种持续振荡的频率很低，一般在0.2～2.5HZ之间，故称为低频振荡。

低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应，常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上，在采用现代、快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。

所谓阻尼就是阻止扰动，平息振荡。同步发电机阻尼绕组作用：发电机阻尼绕组在结构上相当于在转子励磁绕组外叠加的一个短路鼠笼绕环，其作用相当于一个随转子同步旋转的鼠笼异步电机，对发电机的动态稳定起调节作用。发电机正常运行时由于定转子旋转磁场是同步旋转的，因此阻力绕组没有切割磁通因而没有感应电流。当发电机出现扰动使转子转速低于定子磁场的转速时，阻尼绕组切割定子磁通产生感应电流，感应电流在阻尼绕组上产生的力矩使转子加速，二则转差越大则此力矩越大，加速效果越强。

而负阻尼恰恰相反。励磁装置的负阻尼，是指励磁装置对于系统功角摆动所作出的调节作用，会加大这种摆动，不利于系统的稳定。PSS 励磁附加控制器，是一种附加反馈控制，即在励磁调节器中，除了引入发电机端电压作为主要控制信号外，再引入一个超前附加控制信号，作用于调节器，改变励磁输出，使整个励磁装置产生正阻尼转矩，从而提高系统稳定性。

电力系统低频振荡在国内外均有发生，通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。一般认为，发生低频振荡的主要原因是，现代电力系统中大容量发电机的标幺值电抗增大，造成了电气距离的增大，再加之远距离重负荷输电，造成系统对于机械模式(其频率由等值发电机的机械惯性决定)的阻尼减少了;同时由于励磁系统的滞后特性，使得发电机产生一个负的阻尼转矩，导致低频振荡的发生。采用励磁控制系统的附加控制构成的PSS 或其他方式，可以补偿负的阻尼转矩，抑制低频振荡。

电力系统稳定器(PSS)是附加于励磁调节器的控制手段。随着自并激静止励磁系统的广泛应用，PSS附加控制更成为励磁系统不可缺少的功能之一。好的PSS附加控制能够增加弱阻尼或负阻尼励磁系统的正阻尼，能够有效的抑制电力系统低频震荡，从而提高发电机组(线路)的最大输出(传输)能力。

电力系统振荡的预防：提高稳定水平

电力系统的振荡在小系统内是比较常见的，在大系统内发生的很少。但它的危害也是比较可怕的，是必须要预防的!

在小系统内发生较多，主要是在小系统内有很多不很稳定的负荷，系统内的电站都比较小，在它的负荷发生较大的变化时很难使系统稳定，也很可能发生震荡。

在小系统内有时有的设备的安装不合也有可能引起系统的振荡。如开关处安的阻容吸收器大小的不合适而引起了一次系统的小小振荡。

电力系统发生振荡的处理方式

若发生趋向稳定的振荡,即愈振荡愈小,则不需要什么操作,做好处理事故的思想准备就行.若造成失步,则要尽快创造恢复同步的条件。

1、增加发电机励磁。对于有自动电压调节器的发电机,在1min内不得干涉自动电压调节器和强励装置的动作,对于无自动电压调节器的发电机,则要手动增加励磁。增加励磁的作用,是为了增加定转子磁极间的拉力,以消弱转子的惯性作用,使发电机较宜在到达平衡点附近时被拉入同步。

2、若是一台发电机失步,可适当减轻其有功出力,即关小水轮机导叶,这样容易拉入同步,这好比减小转子的冲劲.若是系统的两个部分失去同步,则每个电厂要根据实际情况增加负荷或减少负荷,因为这时送端系统的频率升高,受端系统的频率降低,频率低的电厂应该增加有功出力,同时将电压提高到最大允许值,频率高的电厂应该减少有功出力,以降低频率尽量接近于受端的频率,同时也要将电压提高到最大允许值。总之,增加励磁是必须的。

3、按上述方法出力1-2min后仍未进入同步,则需要将失步发电机与系统解列,或者按调度要求,将两个非同步的系统解列。

发电机装设了快速励磁系统，或者与电力系统间的联系很弱，会引起发电机对电力系统的自发振荡这类静态不稳定。