一.课题研究背景

电力工业是一个重要的基础工业。由于电能易于控制且便于转变成其他形式的能量（光能、热能、机械能、化学能等），因此，它在国民经济各部门及日常生活中都得到了广泛的应用。很难想象现代生产和现代文明能离开电能的应用。电力工业与各产业部门及人民生活有着密切的关系，它的发展对整个国民经济都有直接的影响。^[1]

大电网互联输电带来巨大的经济和技术方面益处的同时，也使低频振荡成为威胁弱互联电网安全稳定运行的关键问题之一。^[2]

目前电力系统振荡问题的研究方法主要有2种：一种是基于模型的分析方法，，另一种是基于实时量测信息的分析方法。^[3]

系统受到扰动后，将发生功率振荡，如果扰动不大且系统稳定性较好，系统将自动恢复到起始运行状态。^[4]如果扰动较大或系统自身稳定性较差，系统将振荡失步或直接单调失稳。系统在小扰动下激发的功率振荡的相关特征可以通过小扰动分析得到，如果扰动较大或考虑到系统的时变性就不能用平衡点的特征根分析来表示系统的动态过程，而是基于电力系统实测数据，用信号分析方法来计算系统的功率振荡特征。^[5]信号分析方法种类繁多，有傅立叶变换、Prony变换、小波分析等，针对不同的研究对象应选用适当的分析方法。电力系统振荡模式特征提取方法主要有两种：基于特征根分析和基于响应的分析，前者只适用于小扰动场景下的分析，而后者则不受扰动的大小限制。^[6]

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到2.5Hz之间，故称为低频振荡。^[7]
低频振荡产生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，所以在采用现代、快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。^[8]
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氧笼绕环，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。 ^[9]
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。^[10]

二.电力系统振荡模式分析方法的一般要求

为了全面、深入研究电力系统振荡特性和振荡控制，对拟采用的分析方法应该提出以下要求：

1.能够尽可能地提取或导出系统振荡的所有模式，尽量避免遗漏模式的现象。

2.能够确定每一个振荡模式对应的相关机组及其转速振型，以便找到振荡起因和传播路径。