低频振荡详细讲解

电力系统低频振荡的原因引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，它为我们提供了稳定的电能供应。

然而，有时候电力系统会出现低频振荡问题，给系统的稳定运行带来困扰。

本文将探讨电力系统低频振荡的原因，以及可能导致这些振荡的因素。

低频振荡概述低频振荡是指电力系统中频率较低的周期性波动。

一般情况下，电力系统的标准工作频率为50Hz或60Hz，而低频振荡往往发生在0.1Hz到1Hz范围内。

这种振荡可能导致电网不稳定、设备损坏甚至停电。

常见原因动力系统负载变化动力系统负载变化是引起低频振荡的常见原因之一。

当负载突然增加或减少时，会导致发电机和负载之间的失衡，从而引起低频振荡。

这种失衡可能是由于大型工业设备启动或停止、大规模用电设备切换等原因引起的。

发电机调节不当发电机是电力系统的核心组成部分，它负责将机械能转换为电能。

发电机调节不当可能导致低频振荡。

如果发电机的调节系统响应缓慢或不灵敏，就会导致频率波动，从而引起低频振荡。

线路参数变化电力系统中的线路参数变化也可能导致低频振荡。

线路的阻抗、电感和电容等参数会受到温度、湿度和环境条件等因素的影响而发生变化。

这些变化可能导致系统的谐振现象，从而引起低频振荡。

控制系统故障控制系统是保持电力系统稳定运行的关键组成部分。

控制系统故障可能导致低频振荡。

自动发电机控制器（AVR）故障可能导致发电机输出功率不稳定，从而引起低频振荡。

高压直流输电系统干扰高压直流输电系统在长距离输送大功率时具有优势，但它也可能对交流输电网产生干扰。

由于高压直流输电系统的存在，可能会引起电力系统中的低频振荡。

振荡的影响低频振荡对电力系统的影响是严重的。

它可能导致设备损坏，包括发电机、变压器和开关设备等。

低频振荡可能导致电网不稳定，从而引起停电和能源供应中断。

低频振荡还可能对用户造成经济损失，并对社会生活产生负面影响。

预防和控制为了预防和控制低频振荡问题，需要采取一系列措施。

应确保发电机和负载之间的平衡。

电力系统低频振荡的成因重新解析电力系统低频振荡是指在电力系统中出现的频率较低且持续一段时间的振荡现象。

这种振荡通常具有较大的振幅，对电力系统的稳定性和可靠性产生负面影响。

在过去的研究中，对电力系统低频振荡的成因进行了一定的解析，但是由于电力系统的复杂性和多变性，对于该问题的理解和解释仍有待进一步深入。

为了重新解析电力系统低频振荡的成因，我们需要从其根本原因出发，即电力系统的动态特性和稳定性。

电力系统由发电机、变压器、输电线路、负载等多个组成部分组成，它们之间通过复杂的电力网相互连接。

系统中存在大量的多相流动和耦合效应，以及动态响应和稳态响应之间的相互作用。

电力系统低频振荡的成因可能与电力系统的固有特性有关。

电力系统中的各个组成部分都具有一定的惯性和阻尼特性，如发电机的转子惯性、变压器的电感和阻尼、输电线路的阻抗等。

这些特性在系统负荷发生变化或发生故障时会引起系统的动态响应，可能导致系统振荡的发生。

电力系统中还存在很多复杂的非线性和时变特性，如各种控制设备、保护装置等，它们的作用也可能对系统的稳定性产生影响。

电力系统低频振荡的成因还与系统运行状态有关。

电力系统是一个大规模的复杂网络，其中包含了多个节点和支路。

系统的运行状态是指各节点和支路的电压、电流、功率等参数的数值。

当系统运行状态接近不稳定边界时，系统的动态响应会增加，可能引发低频振荡。

当发电机负荷过重或输电线路过载时，系统容易产生低频振荡。

还有一些外部因素，如输电线路的突然故障、恶劣天气条件等，也可能对系统的稳定性产生影响。

电力系统低频振荡的成因还与系统的控制方法和运行策略有关。

电力系统通过各种控制设备和调度控制中心来实现对系统的监视和控制。

这些控制方法和运行策略的选择对系统的稳定性和抗扰性产生重要影响。

调度中心对系统的发电机输出功率、变压器的变比、输电线路的有功和无功功率等进行调节时，可能引发系统的低频振荡。

不合理的控制策略和参数设置也可能导致系统的不稳定。

电力系统中的低频振荡特性研究方法研究电力系统是现代社会运转的核心基础设施之一，它的稳定性和可靠性对于保障国家经济的正常运行至关重要。

然而，电力系统中存在一些不稳定性问题，例如低频振荡，会给电力系统带来一系列的负面影响，如电力设备的损坏、系统能量损耗的增加、供电可靠性下降等。

因此，对电力系统中的低频振荡特性进行科学研究和分析具有重要意义。

低频振荡是指电力系统中频率较低的振荡现象。

当电力系统中存在负荷变化、电力负载突变或线路短路等情况时，系统的频率可能会发生变化，从而引发低频振荡。

低频振荡会导致系统频率的不稳定、电压波动以及功率损耗的增加，严重时甚至会导致系统崩溃。

在研究电力系统中的低频振荡特性时，需要采用一系列科学的研究方法。

首先，我们可以利用仿真模型对电力系统中的低频振荡特性进行分析。

利用计算机软件建立电力系统的仿真模型，并根据实际情况设定系统参数，模拟系统运行过程中的低频振荡情况。

通过分析仿真结果，我们可以深入了解低频振荡产生的原因和机理，以及振荡在系统中的传播规律。

其次，我们可以采用实验方法来研究电力系统中的低频振荡特性。

例如，可以建立实验测量系统，通过监测电力系统中的频率和电压波动等参数的变化，来验证低频振荡的存在并分析其特性。

同时，可以通过实验调整系统的负荷和发电功率等，观察低频振荡的响应情况，揭示其对系统稳定性的影响。

另外，现在还有一些先进的监测装置和算法可以用于电力系统中低频振荡特性的研究。

例如，广泛应用于电力系统的智能传感器网络，可以实时监测系统中的频率、电压、电流等参数，并进行数据采集和分析。

利用这些数据，可以通过数据挖掘和机器学习等方法，深入挖掘低频振荡的形成机制，提高系统的抗振能力。

此外，经验法也是研究电力系统中低频振荡特性的一种重要方法。

通过对历史上发生的低频振荡事件进行分析和总结，总结出一些规律和经验，可以为今后防范低频振荡提供指导。

例如，根据过去低频振荡事件的特征和表现，可以建立一些预警指标和故障诊断模型，及时预测和识别低频振荡的发生。

低频振荡简析培训教材低频振荡：电力系统的阻尼变小时，当它受到一个扰动后，就会产生低频振荡，低频振荡，就是电力系统的有功振荡的频率很低，一般在0.2---2.5HZ，其幅值因扰动的大小而定。

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,在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。

1.系统阻尼分析：阻尼就是阻止扰动，平息振荡，而负阻尼恰恰相反。

打个比方：在荡秋千的时候，当我们把秋千荡起来就撒手，这个秋千就会在地球引力和机械摩擦阻力下逐步停止摇摆，这个阻力就相当于电力系统的阻尼。

当我们在不断的荡秋千的过程中，我们给秋千的动力相对于阻力来说，就是一种负阻尼。

正是由于我们的动力（负阻尼）克服了秋千的阻力（阻尼）而使秋千荡起来。

稳定运行的电力系统，必须存在一定大小的阻尼。

发电机组除了转子在转动过程中具有机械阻尼作用外，还有发电机转子闭合回路所产生的电气阻尼作用。

当发电机与无限大系统之间发生振荡或失去同步时，在发电机的转子回路中，特别是在阻尼绕组中将有感应电流而产生阻尼转矩或异步转矩。

这样，当电力系统受到一个扰动的时候，电力系统会逐步稳定下来。

如果阻尼大，稳定就快，如果阻尼小，稳定就慢，如果是零阻尼，这个扰动所引起的振荡就不会停息。

这里的扰动和稳定主要是针对电力系统的有功而言。

电力系统本身的阻尼总是正的，只是大小不同而已。

系统的阻尼转矩从产生源和性质上可分为：固有状态同步转矩、固有状态阻尼转矩、转子电磁暂态阻尼转矩和调速系统阻尼转矩。

它们的总和构成了系统的同步转矩和阻尼转矩，同步转矩不足将发生滑行失步，阻尼转矩不足将发生振荡失步。

固有状态阻尼仅与网络结构、运行工况及发电机原始参数有关，反映了它们对阻尼转矩特性的固有影响。

其中，网络结构及运行工况对低频振荡的产生具有重要的激发作用，如电网规模扩大、电气距离增加或线路联系减弱、加减负荷等都有可能导致阻尼不足的动态不稳定现象。

电力系统低频振荡分析综述1. 低频振荡概念电力系统在某一正常状态下运行时，系统的状态变量具有一个稳态值，但是电力系统几乎时刻都受到小的干扰影响，如负荷的随机变化或风吹架空线摆动等。

当系统经受扰动后，其运行状态会偏离原来的平衡点，这时希望系统在阻尼的影响下经历一个振荡过程，回到稳定的平衡运行点。

在这一过程中，如果系统的阻尼不足则会出现或观测到电力系统的低频振荡现象。

所谓的低频振荡，一般有如下的定义描述。

电力系统中的发电机经输电线路并列运行时，在某种扰动作用下，发生发电机转子之间的相对摇摆，当系统缺乏正阻尼时会引起持续的振荡，输电线路上的功率也发生相应的振荡。

这种振荡的频率很低，范围一般是0.2-2.5Hz ，称其为低频振荡[1]。

在互联电力系统中，低频振荡是广泛存在的现象。

根据当今电力系统中出现过的低频振荡现象来看，功率振荡的频率越低时，涉及到的机组相对地就越多。

研究中，按低频振荡的频率大小和所涉及的范围将其分为两类[2]或者说两种形式。

一种为区域内的振荡模式，涉及同一电厂内的发电机或者电气距离很近的几个发电厂的发电机，它们与系统内的其余发电机之间的振荡，振荡的频率约为0.7-2.0Hz 。

另一种为互联系统区域间的振荡模式，是系统的一部分机群相对于另一部分机群的振荡，由于各区域的等值发电机具有很大的惯性常数，因此这种模式的振荡频率要比局部模式低，其频率范围约为0.1-0.7Hz 。

关于这两种分类，可以在应用发电机经典二阶模型，并利用小干扰分析法说明低频振荡的过程中，通过讨论机组间的电气距离定性地分析出来，在本文后面的简单数学模型分析中将有说明。

由扰动引发的低频振荡受许多因素的影响，研究认为，当今电力系统发生低频振荡问题大多是由系统的阻尼不足引起。

而一般来说，发电机转子在转动过程中受到机械阻尼作用，转子闭合回路、转子的阻尼绕组会产生电气阻尼作用。

从互联系统自身来看，系统本身具有的自然正阻尼微弱性是发生低频振荡的内在因素。

电力系统低频振荡2.1 电力系统低频振荡电力系统中发电机经输电线并列运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。

此时，输电线上功率也会发生相应振荡。

由于其振荡频率很低，一般为 0.2～2.5Hz，故称为低频振荡[5]。

2.2低频振动的分类按振荡频率的大小和振荡涉及的范围来看，电力系统低频振荡大致分为两类[5]：1）局部振荡模式（Local modals），是指厂站内的机组之间或电气距离较近的厂站机组之间的振荡，这种振荡局限于区域内，其影响范围较小且易于消除。

这种振荡频率较高，一般在 0.7～2.5Hz 之间[6]。

2）区域振荡模式（Inter-area modals），是指一部分机群相对于另一部分机群的振荡，在联系较薄弱的互联系统中，耦合的两个或多个发电机群间常发生这种振荡。

由于电气距离较大，同时发电机群的等值发电机的惯性时间常数较大，其振荡频率较低，一般在 0.1～0.7Hz 之间[6]。

2.3 低频振荡的产生机理从低频振荡发生研究至今，在机理方面的研究主要集中在以下几个方面：1）负阻尼机理根据线性系统理论分析，由于系统的调节措施的作用，产生了附加的负阻尼，抵消了系统的阻尼，导致扰动后振荡不衰减或增幅振荡。

1969年De mello和Concordia运用阻尼转矩的概念对单机无穷大系统低频振荡现象进行了机理研究[7]，指出: 由于励磁系统存在惯性，随着励磁调节器放大倍数的增加，与转子机械振荡相对应的特征根的实部数值将由负值逐渐上升，若实部由负变正，会产生增幅振荡。

它揭示了单机无穷大系统增幅振荡发生的机理，这一方法是基于线性系统理论，通过分析励磁放大倍数和阻尼之间的关系来解释产生低频振荡的原因。

基于这种分析的原理和思想，该方法可进一步扩大到多机系统，通过线性系统的特征根来判断系统是否会发生低频振荡。

该振荡机理概念清晰，物理意义明确，有助于理解为何远距离大容量输电易发生低频振荡，已成为电力系统低频振荡的经典理论。

电力系统低频振荡的原因1. 低频振荡的定义与背景低频振荡是指电力系统中频率低于标称频率（如50Hz）的振动现象。

由于电力系统的复杂性和运行模式的多样性，低频振荡可能会出现在不同的情况下，包括在大电网中的发电、输电和配电系统中。

低频振荡对电力系统的稳定性和安全运行具有重要影响，因此深入研究其原因和影响是至关重要的。

2. 低频振荡的分类与特征低频振荡可以根据其频率和振荡模态划分为不同的类型，其中一些常见类型包括：电气振荡、电动力振荡和机械振荡。

这些振荡可能表现为系统频率周期性波动、电压和电流的角频率振动以及发电机转速的起伏等。

低频振荡还可以根据其起因分为电力系统固有振荡和外部激励振荡。

3. 电力系统低频振荡的原因电力系统低频振荡的形成涉及多个因素的相互作用。

以下是导致电力系统低频振荡的主要原因：3.1 功率不平衡功率不平衡是电力系统低频振荡的常见原因之一。

当系统中某些发电机或负荷出现不平衡时，由于电力的误差积累和支路参数差异，可能导致系统频率出现周期性变化并产生低频振荡。

3.2 频率响应特性电力系统的频率响应特性对低频振荡具有重要影响。

电力系统中的发电机、负荷和输电线路具有不同的频率响应特性，其中包括频率响应增益、频率死区和相位延迟等。

这些特性可能会引起低频振荡的发生和扩大。

3.3 振荡模态耦合电力系统中的振荡模态之间存在耦合现象，这可能是低频振荡的原因之一。

当不同的振荡模态相互耦合时，可能会引起振荡的共振和放大。

3.4 控制系统不稳定电力系统的控制系统是保持系统稳定运行的关键。

当控制系统参数设置不当、控制策略失效或控制循环闭合不稳定时，可能会导致低频振荡的发生。

3.5 电力设备故障和故障处理电力设备的故障和故障处理也是导致低频振荡的潜在原因。

例如，发电机的励磁系统故障、输电线路的短路、变压器的故障等都可能导致系统的低频振荡。

4. 低频振荡的影响与对策低频振荡对电力系统稳定性和可靠性产生不利影响。

它可能导致系统频率不稳定、电压波动、设备过载以及系统崩溃等问题。

电力系统低频振荡2.1 电力系统低频振荡电力系统中发电机经输电线并列运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。

此时，输电线上功率也会发生相应振荡。

由于其振荡频率很低，一般为 0.2～2.5Hz ，故称为低频振荡[5]。

2.2低频振动的分类按振荡频率的大小和振荡涉及的范围来看，电力系统低频振荡大致分为两类[5]：1）局部振荡模式（Local modals ），是指厂站内的机组之间或电气距离较近的厂站机组之间的振荡，这种振荡局限于区域内，其影响范围较小且易于消除。

这种振荡频率较高，一般在 0.7～2.5Hz 之间[6]。

2）区域振荡模式（Inter-area modals ），是指一部分机群相对于另一部分机群的振荡，在联系较薄弱的互联系统中，耦合的两个或多个发电机群间常发生这种振荡。

由于电气距离较大，同时发电机群的等值发电机的惯性时间常数较大，其振荡频率较低，一般在 0.1～0.7Hz 之间[6]。

2.3 低频振荡的产生机理从低频振荡发生研究至今，在机理方面的研究主要集中在以下几个方面：1） 负阻尼机理根据线性系统理论分析，由于系统的调节措施的作用，产生了附加的负阻尼，抵消了系统的阻尼，导致扰动后振荡不衰减或增幅振荡。

1969年De mello 和Concordia 运用阻尼转矩的概念对单机无穷大系统低频振荡现象进行了机理研究[7]，指出: 由于励磁系统存在惯性，随着励磁调节器放大倍数的增加，与转子机械振荡相对应的特征根的实部数值将由负值逐渐上升，若实部由负变正，会产生增幅振荡。

它揭示了单机无穷大系统增幅振荡发生的机理，这一方法是基于线性系统理论，通过分析励磁放大倍数和阻尼之间的关系来解释产生低频振荡的原因。

基于这种分析的原理和思想，该方法可进一步扩大到多机系统，通过线性系统的特征根来判断系统是否会发生低频振荡。

该振荡机理概念清晰，物理意义明确，有助于理解为何远距离大容量输电易发生低频振荡，已成为电力系统低频振荡的经典理论。