電力系統振蕩的結果及預防

當發生短路或突然有大負荷切除或投入時，發電機與大系統之間的功角會發生變化，發電機的輸出功率就會沿著發電機的功角特性曲線來回擺動，這就是電力系統的振蕩。

電力系統振蕩的結果有兩種：一個是發電機的輸出功率和負載能重新在一個點上實現平衡，經過一段時間的振蕩后重新達到穩定，保持同步運行。一個是發電機的輸出功率和負載能無法再在任何一個點上實現平衡，從而導致發電機失去同步。

發電機的原動機輸入力矩突然變化，如：水輪機調速器不正常動作;系統發生突然短路;大機組或大容量線路突然變化等。通常，短路是引起系統振蕩,破壞穩定運行的主要原因。

電力系統振蕩的預防：預防是多方面的，有繼電保護上的要求，如快速切斷故障線路;也有運行操作上的要求，如避免使發電機的容量大于被投入空載線路的充電功率，避免發電機帶空載線路啟動和以全電壓向空載線路合閘;也有設計上的考慮，如避免發生發電機的次同步共振。

系統振蕩有多種：異步振蕩、同步振蕩、低頻振蕩

異步振蕩——其明顯特征是，系統頻率不能保持同一個頻率，且所有電氣量和機械量波動明顯偏離額定值。如發電機、變壓器和聯絡線的電流表，功率表周期性地大幅度擺動;電壓表周期性大幅擺動，振蕩中心的電壓擺動最大，并周期性地降到接近于零;失步的發電廠間的聯絡的輸送功率往復擺動;送端系統頻率升高，受端系統的頻率降低并有擺動。

引起電力系統異步振蕩的主要原因：

1、輸電線路輸送功率超過極限值造成靜態穩定破壞;

2、電網發生短路故障,切除大容量的發電、輸電或變電設備,負荷瞬間發生較大突變等造成電力系統暫態穩定破壞;

3、環狀系統(或并列雙回線)突然開環,使兩部分系統聯系阻抗突然增大,引啟動穩定破壞而失去同步;

4、大容量機組跳閘或失磁,使系統聯絡線負荷增大或使系統電壓嚴重下降,造成聯絡線穩定極限降低,易引起穩定破壞;

5、電源間非同步合閘未能拖入同步。

異步系統振蕩的一般現象：

(1)發電機，變壓器，線路的電壓，電流及功率周期性的劇烈擺動，發電機和變壓器發出有節奏的轟鳴聲。

(2)連接失去同步的發電機或系統的聯絡線上的電流和功率擺動得最大。電壓振蕩最激烈的地方是系統振蕩中心，每一周期約降低至零一次。

(3)失去同期的電網，雖有電氣聯系，但仍有頻率差出現，送端頻率高，受端頻率低并略有擺動。

同步振蕩——其系統頻率能保持相同，各電氣量的波動范圍不大，且振蕩在有限的時間內衰減從而進入新的平衡運行狀態。

低頻振蕩——在電力系統中，發電機經輸電線路并列運行時，在負荷突變等小擾動的作用下，發電機轉子之間會發生相對搖擺，這時電力系統如果缺乏必要的阻尼就會失去動態穩定。由于電力系統的非線性特性，動態失穩表現為發電機轉子之間的持續的振蕩，同時輸電線路上功率也發生相應的振蕩，影響了功率的正常輸送。由于這種持續振蕩的頻率很低，一般在0.2～2.5HZ之間，故稱為低頻振蕩。

低頻振蕩產生的原因是由于電力系統的負阻尼效應，常出現在弱聯系、遠距離、重負荷輸電線路上，在采用現代、快速、高放大倍數勵磁系統的條件下更容易發生。

所謂阻尼就是阻止擾動，平息振蕩。同步發電機阻尼繞組作用：發電機阻尼繞組在結構上相當于在轉子勵磁繞組外疊加的一個短路鼠籠繞環，其作用相當于一個隨轉子同步旋轉的鼠籠異步電機，對發電機的動態穩定起調節作用。發電機正常運行時由于定轉子旋轉磁場是同步旋轉的，因此阻力繞組沒有切割磁通因而沒有感應電流。當發電機出現擾動使轉子轉速低于定子磁場的轉速時，阻尼繞組切割定子磁通產生感應電流，感應電流在阻尼繞組上產生的力矩使轉子加速，二則轉差越大則此力矩越大，加速效果越強。

而負阻尼恰恰相反。勵磁裝置的負阻尼，是指勵磁裝置對于系統功角擺動所作出的調節作用，會加大這種擺動，不利于系統的穩定。PSS 勵磁附加控制器，是一種附加反饋控制，即在勵磁調節器中，除了引入發電機端電壓作為主要控制信號外，再引入一個超前附加控制信號，作用于調節器，改變勵磁輸出，使整個勵磁裝置產生正阻尼轉矩，從而提高系統穩定性。

電力系統低頻振蕩在國內外均有發生，通常出現在遠距離、重負荷輸電線路上，或者互聯系統的弱聯絡線上，在采用快速響應高放大倍數勵磁系統的條件下更容易出現。一般認為，發生低頻振蕩的主要原因是，現代電力系統中大容量發電機的標幺值電抗增大，造成了電氣距離的增大，再加之遠距離重負荷輸電，造成系統對于機械模式(其頻率由等值發電機的機械慣性決定)的阻尼減少了;同時由于勵磁系統的滯后特性，使得發電機產生一個負的阻尼轉矩，導致低頻振蕩的發生。采用勵磁控制系統的附加控制構成的PSS 或其他方式，可以補償負的阻尼轉矩，抑制低頻振蕩。

電力系統穩定器(PSS)是附加于勵磁調節器的控制手段。隨著自并激靜止勵磁系統的廣泛應用，PSS附加控制更成為勵磁系統不可缺少的功能之一。好的PSS附加控制能夠增加弱阻尼或負阻尼勵磁系統的正阻尼，能夠有效的抑制電力系統低頻震蕩，從而提高發電機組(線路)的最大輸出(傳輸)能力。

電力系統振蕩的預防：提高穩定水平

電力系統的振蕩在小系統內是比較常見的，在大系統內發生的很少。但它的危害也是比較可怕的，是必須要預防的!

在小系統內發生較多，主要是在小系統內有很多不很穩定的負荷，系統內的電站都比較小，在它的負荷發生較大的變化時很難使系統穩定，也很可能發生震蕩。

在小系統內有時有的設備的安裝不合也有可能引起系統的振蕩。如開關處安的阻容吸收器大小的不合適而引起了一次系統的小小振蕩。

電力系統發生振蕩的處理方式

若發生趨向穩定的振蕩,即愈振蕩愈小,則不需要什么操作,做好處理事故的思想準備就行.若造成失步,則要盡快創造恢復同步的條件。

1、增加發電機勵磁。對于有自動電壓調節器的發電機,在1min內不得干涉自動電壓調節器和強勵裝置的動作,對于無自動電壓調節器的發電機,則要手動增加勵磁。增加勵磁的作用,是為了增加定轉子磁極間的拉力,以消弱轉子的慣性作用,使發電機較宜在到達平衡點附近時被拉入同步。

2、若是一臺發電機失步,可適當減輕其有功出力,即關小水輪機導葉,這樣容易拉入同步,這好比減小轉子的沖勁.若是系統的兩個部分失去同步,則每個電廠要根據實際情況增加負荷或減少負荷,因為這時送端系統的頻率升高,受端系統的頻率降低,頻率低的電廠應該增加有功出力,同時將電壓提高到最大允許值,頻率高的電廠應該減少有功出力,以降低頻率盡量接近于受端的頻率,同時也要將電壓提高到最大允許值。總之,增加勵磁是必須的。

3、按上述方法出力1-2min后仍未進入同步,則需要將失步發電機與系統解列,或者按調度要求,將兩個非同步的系統解列。

發電機裝設了快速勵磁系統，或者與電力系統間的聯系很弱，會引起發電機對電力系統的自發振蕩這類靜態不穩定。