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摘要：随着电网的不断扩大，低频振荡问题越来越严重，成为影响电力系统稳定运行的重要因素。我国电力在电力系统低频振荡控制方面积累了一定的经验，但是在实际的电力系统低频振荡控制过程中，很多问题仍然存在。本文旨在研究电力系统低频振荡现状，针对出现的问题提出相应的解决策略，为我国电力在电力系统低频振荡控制方面的进一步开展提供可行性思路。
关键词：电力系统；低频振荡；控制策略；分析探讨
电力系统之间通过联络线互联时，在小扰动的作用下，发电机转子之间会发生相对摇摆，使联络线上的有功功率以很低的频率（O.2—2.5Hz）在一定范围内波动，称为低频振荡。低频振荡现象在大型互联电网中时有发生，现在低频振荡已成为威胁电网安全的重要问题。本文主要研究现阶段电力系统低频振荡产生原因，探讨电力系统低频振荡控制策略，为我国电力在电力系统低频振荡控制方面的进一步开展提供借鉴。
一、现阶段电力系统低频振荡产生机理及原因分析
（一）电力系统低频振荡产生机理
电力系统产生低频振荡的作用机理是很复杂的，简单来讲，电力系统受到扰动之后，发电机转速会发生变化，功角δ就会在0?～360?范围内往复摆动。发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角δ的摆动现象，称为振荡。如下图
所示：
振荡时电压最低的一点称作振荡中心。如果︱ES︱=︱ER︱，振荡中心在1/2 Z∑处，即电气中点C，振荡中心的轨迹就是SR的中垂线。Um为M侧母线电压，可看着保护安装处电压。功角δ达到180?时振荡中心电压为0。如果︱ES︱≠︱ER︱，振荡中心往电势幅值小的一侧靠近，如下图所示：
（二）电力系统低频振荡产生原因分析
很多电力企业在进行电力系统低频振荡分析时，往往采用阻尼转距的概念对其进行研究。阻尼转距概念认为电力系统产生持续的低频振荡，其主要原因在于电力系统在运行过程中产生了负阻尼作用，这种负阻尼的存在在一定程度上抵消了正阻尼的作用，最终使得电力系统的整体阻尼变小，有的甚至成为了负阻尼。根据阻尼转距的概念，对于电力系统低频振荡产生的原因，我们可以从以下几个方面进行分析。
a） 缺乏互联系统机械模式的阻尼
这种观点主要是根据阻尼转距概念进行的分析，认为电力系统单机无穷大系统产生的负阻尼过大，使得电力系统正阻尼无法正常施展，最终使得电力系统的正阻尼受到抑制，系统整体总阻尼很小，负阻尼值过大甚至出现系统整体总阻尼出现负值。如果电力系统中的阻尼很小，受到其他事物的干扰，电力系统会由于受到影响而出现长久不息的问题，进而造成等幅或者减幅的低频振动现象，如果电力系统阻尼转变为负荷时，电力系统则会造成低频振荡。
b） 过于灵敏的励磁调节
电厂为了进一步提高电力系统的电压稳定、暂态稳定以及静态稳定，进一步提高电力系统正常运作，电厂有关部门往往采用高增益、数字式的快速励磁系统，快速励磁系统的使用，使得电力系统的时间常数很大程度上得到减少。快速励磁系统的使用，使得电力系统的变化运行得到快速准确的反应，从而实现电力系统灵敏快速调节的目的。但是，从另一个角度来讲，这种过于灵敏的调节，会使得电力系统对于较小的动作也会得到很大的反应。最终使得这些调节对于电力系统造成干扰。经过这种循环往复的干扰，最终造成电力系统低频振荡。
c） 发电机的电磁惯性
电力系统的励磁控制，主要指的是通过控制励磁系统的Ef，使得励磁电流的If得到改变，进而达到控制电厂电力系统发电机运行状态的效果。从实质上来讲，通过调节励磁电流的If，其实就是通过调节气隙进而合成磁场，使得电机机端电压达到所需要的数值。因此，可以说，调节励磁电流也可以控制住电磁转距以及机端电压，加上励磁电力系统存在电压变量，使得励磁电流对励磁电压产生一种滞后的控制，这种滞后的控制又引起电力系统产生低频振荡现象。
d） 其它原因以及影响
除了以上三种原因之外，对于电力系统低频振荡产生原因还体现在以下两点：第一，非线性动态系统出现异常。非线性动态系统异常主要体现在系统特征根在负实部，如果收到较小力度的干扰，非线性动态系统同样也会出现异常，使得系统的状态以及特征受到干扰，进而发生突变，进而导致低频振荡的发生。第二，不适当的控制方式影响。在一些干扰当中，电磁转距以及机端电压两者会产生对于电流相互矛盾的需求，而通过正常的励磁调节无法同时满足电磁转距以及机端电压两者的需求，调节不当甚至出现相反的作用，也会最终造成低频振荡问题出现。另外，电力系统低频振荡产生的影响是很大的，举例来讲，振荡对阻抗继电器的影响：当︱ES︱=︱ER︱，振荡时阻抗继电器的测量阻抗相量端点的变化轨迹MN线是SR的中垂线。若振荡中心C落在阻抗继电器的动作特性内时（δ1<δ<δ2），阻抗继电器就会误动。
Zzd为保护整定阻抗（定值），功角δ往复摆动时，阻抗继电器就会往复的动作、返回。如果︱ES︱≠︱ER︱，MN线是两段圆弧。
二、电力系统低频振荡创新控制策略探讨
通过对于电力系统低频振荡产生原因进行深入分析之后，我们可以得出，电力系统低频振荡问题主要是由于系统阻尼不够造成的。要想解决电力系统低频振荡问题，那么就要从增加电力系统阻尼的方向进行研究。下面我们主要从附加控制提供额外阻尼的方式进行分析。
e） 发电机励磁控制
发电机励磁控制是目前电力系统低频振荡控制中最为简单、最为经济而且最为有效的措施之一。发电机励磁控制具体方式主要有三种：第一种，电力系统稳定器。电力系统稳定器作为励磁系统的功能之一，可以实现电力系统阻尼的提高，保证电力系统的稳定，但是在电力系统运行过程当中，有时也会出现无法抑制震荡的要求。第二种，線性最优励磁控制。根据线性最优控制原理，为电力系统状态变量寻找一个线性最优励磁控制规律，使得系统的动态品质最优。第三种，非线性最优控制。非线性最优控制是利用微分几何作为数学工具，对原非线性系统进行坐标变换，使其在新坐标系下精确的映射成为一个线性系统，然后利用线性系统控制理论来设计。
a） 其他抑制策略
除了运用发电机励磁控制策略之外，为了保证电力系统的稳定运行，还可以采用其他方法进行低频振荡抑制。下面，我们主要开始对电力系统低频振荡抑制策略进行分析。首先，灵活交直流输电系统。灵活交直流输电系统简称FACT，FACT对于低频振荡抑制作用主要体现在将使低频振荡研究的重点从发电侧转向输电侧，同时对电压控制及潮流控制具有综合意义。其次，静止无功补偿器。静止无功补偿器简称SVC，SVC是一种可以快速调节的无功电源，利用其可变导纳输出能够提供阻尼力矩，来抑制电力系统的功率振荡。再次，高压直流输电系统。直流输电不存在低频振荡的问题，但是由于直流输电技术复杂，并且直流互联电网存在自身稳定的问题，到目前为止高压直流输电的应用并不是很广泛。
总结：
综上所述，在互联系统中，低频振荡问题越来越成为影响电力系统稳定的重要因素，成为制约互联电网电能传输的瓶颈。因此，加强对于电力系统低频振荡分析意义重大。为此，深入研究电力系统低频振荡控制现状，创新电力系统低频振荡控制策略，是今后我国电力电力系统低频振荡控制的重要方向以及课题。
参考文献：
[1] 徐东杰. 互联电力系统低频振荡分析方法与控制策略研究[D].华北电力大学（北京），2011（03）
[2] 叶华. 大规模电力系统低频振荡分析与广域自适应控制研究[D].山东大学，2012（12）
[3] 张科. 基于广域测量系统的电力系统低频振荡模态分析研究[D].华中科技大学，2011（04）
[4] 刘国平. 基于Prony法的电力系统低频振荡分析与控制[D].浙江大学，2012（06）
[5] 邵俊松，李庚银，周明. 电力系统低频振荡分析及振荡解列策略研究综述[J]. 电力情报，2010（02）
关键词：电力系统；低频振荡；控制策略；分析探讨
电力系统之间通过联络线互联时，在小扰动的作用下，发电机转子之间会发生相对摇摆，使联络线上的有功功率以很低的频率（O.2—2.5Hz）在一定范围内波动，称为低频振荡。低频振荡现象在大型互联电网中时有发生，现在低频振荡已成为威胁电网安全的重要问题。本文主要研究现阶段电力系统低频振荡产生原因，探讨电力系统低频振荡控制策略，为我国电力在电力系统低频振荡控制方面的进一步开展提供借鉴。
一、现阶段电力系统低频振荡产生机理及原因分析
（一）电力系统低频振荡产生机理
电力系统产生低频振荡的作用机理是很复杂的，简单来讲，电力系统受到扰动之后，发电机转速会发生变化，功角δ就会在0?～360?范围内往复摆动。发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角δ的摆动现象，称为振荡。如下图
所示：
振荡时电压最低的一点称作振荡中心。如果︱ES︱=︱ER︱，振荡中心在1/2 Z∑处，即电气中点C，振荡中心的轨迹就是SR的中垂线。Um为M侧母线电压，可看着保护安装处电压。功角δ达到180?时振荡中心电压为0。如果︱ES︱≠︱ER︱，振荡中心往电势幅值小的一侧靠近，如下图所示：
（二）电力系统低频振荡产生原因分析
很多电力企业在进行电力系统低频振荡分析时，往往采用阻尼转距的概念对其进行研究。阻尼转距概念认为电力系统产生持续的低频振荡，其主要原因在于电力系统在运行过程中产生了负阻尼作用，这种负阻尼的存在在一定程度上抵消了正阻尼的作用，最终使得电力系统的整体阻尼变小，有的甚至成为了负阻尼。根据阻尼转距的概念，对于电力系统低频振荡产生的原因，我们可以从以下几个方面进行分析。
a） 缺乏互联系统机械模式的阻尼
这种观点主要是根据阻尼转距概念进行的分析，认为电力系统单机无穷大系统产生的负阻尼过大，使得电力系统正阻尼无法正常施展，最终使得电力系统的正阻尼受到抑制，系统整体总阻尼很小，负阻尼值过大甚至出现系统整体总阻尼出现负值。如果电力系统中的阻尼很小，受到其他事物的干扰，电力系统会由于受到影响而出现长久不息的问题，进而造成等幅或者减幅的低频振动现象，如果电力系统阻尼转变为负荷时，电力系统则会造成低频振荡。
b） 过于灵敏的励磁调节
电厂为了进一步提高电力系统的电压稳定、暂态稳定以及静态稳定，进一步提高电力系统正常运作，电厂有关部门往往采用高增益、数字式的快速励磁系统，快速励磁系统的使用，使得电力系统的时间常数很大程度上得到减少。快速励磁系统的使用，使得电力系统的变化运行得到快速准确的反应，从而实现电力系统灵敏快速调节的目的。但是，从另一个角度来讲，这种过于灵敏的调节，会使得电力系统对于较小的动作也会得到很大的反应。最终使得这些调节对于电力系统造成干扰。经过这种循环往复的干扰，最终造成电力系统低频振荡。
c） 发电机的电磁惯性
电力系统的励磁控制，主要指的是通过控制励磁系统的Ef，使得励磁电流的If得到改变，进而达到控制电厂电力系统发电机运行状态的效果。从实质上来讲，通过调节励磁电流的If，其实就是通过调节气隙进而合成磁场，使得电机机端电压达到所需要的数值。因此，可以说，调节励磁电流也可以控制住电磁转距以及机端电压，加上励磁电力系统存在电压变量，使得励磁电流对励磁电压产生一种滞后的控制，这种滞后的控制又引起电力系统产生低频振荡现象。
d） 其它原因以及影响
除了以上三种原因之外，对于电力系统低频振荡产生原因还体现在以下两点：第一，非线性动态系统出现异常。非线性动态系统异常主要体现在系统特征根在负实部，如果收到较小力度的干扰，非线性动态系统同样也会出现异常，使得系统的状态以及特征受到干扰，进而发生突变，进而导致低频振荡的发生。第二，不适当的控制方式影响。在一些干扰当中，电磁转距以及机端电压两者会产生对于电流相互矛盾的需求，而通过正常的励磁调节无法同时满足电磁转距以及机端电压两者的需求，调节不当甚至出现相反的作用，也会最终造成低频振荡问题出现。另外，电力系统低频振荡产生的影响是很大的，举例来讲，振荡对阻抗继电器的影响：当︱ES︱=︱ER︱，振荡时阻抗继电器的测量阻抗相量端点的变化轨迹MN线是SR的中垂线。若振荡中心C落在阻抗继电器的动作特性内时（δ1<δ<δ2），阻抗继电器就会误动。
Zzd为保护整定阻抗（定值），功角δ往复摆动时，阻抗继电器就会往复的动作、返回。如果︱ES︱≠︱ER︱，MN线是两段圆弧。
二、电力系统低频振荡创新控制策略探讨
通过对于电力系统低频振荡产生原因进行深入分析之后，我们可以得出，电力系统低频振荡问题主要是由于系统阻尼不够造成的。要想解决电力系统低频振荡问题，那么就要从增加电力系统阻尼的方向进行研究。下面我们主要从附加控制提供额外阻尼的方式进行分析。
e） 发电机励磁控制
发电机励磁控制是目前电力系统低频振荡控制中最为简单、最为经济而且最为有效的措施之一。发电机励磁控制具体方式主要有三种：第一种，电力系统稳定器。电力系统稳定器作为励磁系统的功能之一，可以实现电力系统阻尼的提高，保证电力系统的稳定，但是在电力系统运行过程当中，有时也会出现无法抑制震荡的要求。第二种，線性最优励磁控制。根据线性最优控制原理，为电力系统状态变量寻找一个线性最优励磁控制规律，使得系统的动态品质最优。第三种，非线性最优控制。非线性最优控制是利用微分几何作为数学工具，对原非线性系统进行坐标变换，使其在新坐标系下精确的映射成为一个线性系统，然后利用线性系统控制理论来设计。
a） 其他抑制策略
除了运用发电机励磁控制策略之外，为了保证电力系统的稳定运行，还可以采用其他方法进行低频振荡抑制。下面，我们主要开始对电力系统低频振荡抑制策略进行分析。首先，灵活交直流输电系统。灵活交直流输电系统简称FACT，FACT对于低频振荡抑制作用主要体现在将使低频振荡研究的重点从发电侧转向输电侧，同时对电压控制及潮流控制具有综合意义。其次，静止无功补偿器。静止无功补偿器简称SVC，SVC是一种可以快速调节的无功电源，利用其可变导纳输出能够提供阻尼力矩，来抑制电力系统的功率振荡。再次，高压直流输电系统。直流输电不存在低频振荡的问题，但是由于直流输电技术复杂，并且直流互联电网存在自身稳定的问题，到目前为止高压直流输电的应用并不是很广泛。
总结：
综上所述，在互联系统中，低频振荡问题越来越成为影响电力系统稳定的重要因素，成为制约互联电网电能传输的瓶颈。因此，加强对于电力系统低频振荡分析意义重大。为此，深入研究电力系统低频振荡控制现状，创新电力系统低频振荡控制策略，是今后我国电力电力系统低频振荡控制的重要方向以及课题。
参考文献：
[1] 徐东杰. 互联电力系统低频振荡分析方法与控制策略研究[D].华北电力大学（北京），2011（03）
[2] 叶华. 大规模电力系统低频振荡分析与广域自适应控制研究[D].山东大学，2012（12）
[3] 张科. 基于广域测量系统的电力系统低频振荡模态分析研究[D].华中科技大学，2011（04）
[4] 刘国平. 基于Prony法的电力系统低频振荡分析与控制[D].浙江大学，2012（06）
[5] 邵俊松，李庚银，周明. 电力系统低频振荡分析及振荡解列策略研究综述[J]. 电力情报，2010（02）