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国能综通安全〔2024〕154号 关于关于汲取新疆电网“8·3”功率振荡事件教训加强地方电网涉网安全管理工作的通知，有很多朋友就问到底什么事件？什么是电网的功率震荡？等等问题，今天小编就给大家做个小科普。
一、什么是电网的功率震荡？
电网功率震荡指的是电力系统中由于机械功率与电磁功率之间的能量转换失衡，引发的一种周期性振荡现象，简单的说是一种由发电机组之间或发电机组与电网之间电力不平衡引起的周期性功率波动现象。
这种现象可能短时间内自行衰减，称为阻尼振荡；但若振荡持续且逐渐增强，则为发散性震荡，这种情况会对电网的稳定性构成威胁。它通常表现为系统功率、频率或电压的不稳定波动，严重时可能导致电网崩溃。
二.功率震荡的原理
功率震荡的产生机制可用同步发电机功角的动态变化来解释。下面我们来看看发生的过程：
①机械功率与电磁功率的不平衡：发电机内部的机械功率（Pm）与电磁功率（Pe）之间的不平衡会引发转子的功角（δ）变化。
②功角变化与振荡：在一定的功角范围内（如稳定区），功角的变化会通过电磁和机械系统的耦合作用形成周期性的振荡。
③振荡的正反馈或负反馈：如果系统有足够的阻尼，振荡逐渐衰减并恢复稳定；否则，振荡幅度可能因正反馈而逐步增大，形成失稳状态。
用数学表达式描述，系统功率传输公式为：
其中，
2019年英国大停电事故霍恩风电机组大规模脱网——霍恩风电场事故复现
LADRC控制下霍恩风电场的响应
三.功率震荡是如何发生的？
功率震荡主要由以下几种情况引发：
①故障切除：电网发生短路故障或元件跳闸后，功率潮流重新分布，可能导致某些发电机组的输出功率突然变化，触发震荡。
②负荷突变：大规模负荷接入或切除会引起发电功率和负荷需求之间的不平衡，从而导致功率震荡。
③发电机组间的不同步运行：发电机组之间的机械转子速度不一致可能导致电力传输过程中能量波动，进而引发震荡。
④电网结构调整：电网拓扑的变更，如线路的投切或新设备的接入，可能改变系统的动态响应特性，从而触发震荡。
④调节设备的动态响应不当：比如励磁系统或调速器的调节性能不足，可能引起功率波动
事故期间电压曲线
电压跌落2%下霍恩风电场的响应
四、功率震荡的后果
功率震荡若得不到有效控制，将会产生比较严重的后果：
①电网频率和电压波动：功率震荡会导致频率和电压异常波动，影响用电设备的正常运行。
②发电机组失步：严重的功率震荡可能引发发电机与电网不同步，导致机组解列。
③保护装置误动作：振荡引起的电流和电压波动可能触发继电保护装置的误动作，进一步扩大事故范围。
④系统解体或大面积停电：在极端情况下，功率震荡可能使电网分裂或崩溃，引发大规模停电事故。
五、如何预防功率震荡？
事故发展过程
1. 增强系统阻尼：通过改善发电机励磁系统性能，提高阻尼特性。例如：使用快速响应的励磁调节器。安装电力系统稳定器（PSS），增强系统的动态稳定性。
2. 改善电网结构
优化电网结构以提高功率传输能力，避免单点故障对系统稳定性的影响：建设高压输电线路以减少电压跌落和功率分布不均。增强薄弱环节的设备容量。
3. 精确的负荷预测与调度
合理安排发电计划和负荷分配，避免因负荷变化引发的不平衡。
4. 快速故障清除
通过高性能的继电保护和断路器装置，快速清除系统故障，减少振荡源。
5. 引入先进控制技术
使用柔性交流输电系统（FACTS）设备，如静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM），提高电网动态响应能力。
应用高压直流输电（HVDC）技术，实现跨区域功率的稳定传输。
6. 加强运行监测
利用广域测量系统（WAMS）实时监测电网运行状态，及时发现并消除功率震荡的潜在风险。
电网功率震荡是一种复杂而危险的现象，其产生原因多样，涉及机械、电磁及系统协调等多方面。通过分析其原理及后果，可以看出预防功率震荡的关键在于提升系统的动态响应能力和阻尼特性，同时依靠先进技术实现实时监测与控制。只有这样，才能确保电网的安全、稳定运行，为现代社会的正常运转提供可靠保障。
备注：以上图片引自2022年第11期《电工技术学报》
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