1. 研究目的与意义
随着电网规模的不断扩大，电力系统的动态稳定性问题越来越突出，系统互联引发的区域低频振荡问题严重威胁到互联电力系统的安全稳定运行，有必要深入研究互联系统中低频振荡的诱发机理及影响因素，进而找到有效的抑制措施。在电网中发电机组的并列运行，如果受到扰动影响会出现转子间的相对摇摆，一旦出现阻尼不足，也就容易出现持续性振荡。输电线上传输功率也容易出现振荡。机组惯性时间常数的振荡频率很低，所以通常情况下振荡范围是在0.1-2.5Hz,即为低频振荡。若低频振荡不能得到有效抑制，不仅对电网的稳定运行产生影响，同时也成为制约互联电网输送能力的瓶颈之一，严重时造成重大的经济损失。这一现象通常是出现在长距离、大负荷输电线上，随着高顶值倍数励磁系统的普遍应用，低频振荡的发生率也随之提升。因此，深入研究低频振荡的产生机理，对低频振荡模态进行快速有效的实时辨识并研究相应的低频振荡抑制策略是实现电网稳定运行的关键。
2. 课题关键问题和重难点
在电力系统互联规模不断扩大、电网运行越来越接近稳定极限的情况下，低频振荡发生的风险越来越大，严重威胁着电网的安全稳定运行。在电力系统低频振荡研究中主要包括分析它的发生机理，低频振荡与各种相关因素的关系以及研究各种有效的抑制方法这三个方面。其中的重难点是研究有效的抑制控制方法手段。本课题拟解决的关键问题是验证以PSS为励磁系统辅助控制的同步发电机组以及电力系统产生的低频振荡的抑制效果。因此，需要首先分析低频振荡的机理，根据低频振荡对应的模型、振荡轨迹特征，归纳低频振荡的机理分类，基于上述机理分类，综述相应的分析方法。进一步，构建完整的单机无穷大系统模型进行MATLAB仿真校验，分析PSS对电力系统低频振荡的抑制效果。
3. 国内外研究现状（文献综述）
电力系统低频振荡是随着电网互联产生的。电力系统联网初期，同步发电机之间联系紧密，阻尼绕组可以产生足够的阻尼，低频振荡少有发生。随着电网互联规模的扩大，高放大倍数快速励磁的广泛采用，以及受经济性、环保等因素影响下电网的运行越来越接近稳定极限，在世界各地许多电网中都观察到低频振荡，低频振荡问题逐渐受到关注。由于表现为等幅或增幅形式的低频振荡一旦发生，将严重威胁电网的安全稳定运行，很有可能诱发连锁反应事故，造成系统稳定破坏，使大面积用户停电。因此对低频振荡的研究具有十分重要的意义，目前已经成为电力系统稳定研究中重点问题之一。实际电力系统是个高维、多变量、非线性的大规模复杂动力系统，元件众多并且相互耦合关联，低频振荡作为电力系统的一种复杂动态行为，分析与控制的难度都较大。目前对电力系统低频振荡的研究主要包括三个方面：分析它的发生机理，分析它与各种相关因素的关系以及研究各种有效的抑制控制方法手段。深入、透彻的分析是进行有效控制的基础和保证，本文从分析角度对低频振荡问题进行探讨，包括发生机理和分析方法，指出在低频振荡发生机理研究中存在的局限性和需要进一步研究的问题。在低频振荡研究领域，深刻认识低频振荡的产生机理具有重要的基础性意义，目前低频振荡的机理解释主要有基于阻尼转矩概念、强迫振荡原理、强谐振机理、分岔理论和混沌振荡的解释。
低频振荡属于电力系统小扰动稳定范围，由于发电机转子间由于阻尼不足而引起的功率振荡，其振荡频率较低，一般在0.1～2.5Hz 之间，因此命名为低频振荡。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：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。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。
4. 研究方案
由于电力系统的特殊性和重要性，涉及到大范围多机组的电力系统动态问题在客观上要求实验不能影响系统的正常运行。因此对电力系统的实验必须采用“非入侵”性的测试原则，就是不能人为的进行系统扰动。随着技术的进步，现场的观测设备逐渐增多，这些设备是用来监测系统出现的不正常状态的。而每一次系统出现的异常，都可以看成系统的一次“天然”实验，这些扰动和输出的数据是非常宝贵的，我可以用这些共享实验数据进行分析和研究，帮助检验己有的理论和模型，同时建立对未知机理的认识。通过分析实测数据，可以确定系统振荡频率及振荡模式，可以定量分析系统振荡的阻尼问题，并且基于实测数据的分析，分散提取各点特征，如此分析结果可以如实反映系统的实际状态。同时利用实测数据可以为理论假设和仿真分析提供验证。
首先分析低频振荡的机理，根据低频振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征，分析归纳低频振荡的数学机理分类，进一步，基于上述机理分类，分别综述相应的分析方法。其次为了抑制由扰动产生的低频振荡现象，采用以PSS为励磁系统辅助控制的同步发电机组及励磁系统模型，并以单机无穷大系统的低频振荡仿真模型进行MATLAB仿真校验，通过在发电机励磁系统附加 PSS 控制信号来抑制低频振荡，对发电机小扰动和两相相间短路故障进行仿真，观察扰动后发电机攻角曲线和转子转速曲线随时间摆动的情况。最后，分析PSS 对该系统产生的低频振荡的抑制效果和此方法的可靠性，是否提高电力系统的稳定性。
5. 工作计划
1、研究电力系统低频振荡机理；
2、研究电力系统低频振荡的分析模型；
3、研究电力系统低频振荡的分析方法；
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