在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，所有發(fā)電機(jī)都以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)并列運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)之間相位沒有相對(duì)變化，系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)之間的電勢(shì)差為常數(shù)，系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓和各回路的電流均不變。當(dāng)電力系統(tǒng)由于某種原因受到干擾時(shí)（如短路、故障切除、電源的投入或切除等），這時(shí)并列運(yùn)行的各同步發(fā)電機(jī)間電勢(shì)差相角差將隨時(shí)間變化，系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓和各回路電流也隨時(shí)間變化，這種現(xiàn)象稱為振蕩。

　　電力系統(tǒng)的振蕩有同步振蕩和異步振蕩兩種情況，能夠保持同步而穩(wěn)定運(yùn)行的振蕩稱為同步振蕩，導(dǎo)致失去同步而不能正常運(yùn)行的振蕩稱為異步振蕩。

電力系統(tǒng)振蕩——產(chǎn)生的原因

　　1、輸電線路輸送功率超過極限值造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞；

　　2、電網(wǎng)發(fā)生短路故障，切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備，負(fù)荷瞬間發(fā)生較大突變等造成電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞；

　　3、環(huán)狀系統(tǒng)（或并列雙回線）突然開環(huán)，使兩部分系統(tǒng)聯(lián)系阻抗突然增大，引啟動(dòng)穩(wěn)定破壞而失去同步；

　　4、大容量機(jī)組跳閘或失磁，使系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷增大或使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降，造成聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定極限降低，易引起穩(wěn)定破壞；

　　5、電源間非同步合閘未能拖入同步。

　　系統(tǒng)振蕩最嚴(yán)重的后果是引起系統(tǒng)崩潰，輕則是各設(shè)備無法在額定工況下工作、系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)作。

電力系統(tǒng)振蕩——處理方式

　　1、由解裂裝置有計(jì)劃的進(jìn)行解裂，以終止振蕩

　　2、放任繼電保護(hù)裝置在振蕩中自由動(dòng)作。

　　該方式是西方一些國(guó)家長(zhǎng)期的習(xí)慣做法。只要是機(jī)電保護(hù)裝置本身沒有問題，在系統(tǒng)振蕩中動(dòng)作導(dǎo)致大面積停電任然被認(rèn)為是正確的。該觀點(diǎn)的主要根源是這些國(guó)家的系統(tǒng)聯(lián)結(jié)較強(qiáng)，但這些觀點(diǎn)直接導(dǎo)致了美國(guó)幾次大停電。

　　3、調(diào)度處理

　　保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，留待調(diào)度處理，我國(guó)處理振蕩的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。前提是發(fā)電機(jī)組、線路繼電保護(hù)裝置必須保證在振蕩中不誤動(dòng)，對(duì)發(fā)電機(jī)而言主要是失步保護(hù)的整定，對(duì)線路保護(hù)主要是可靠的振蕩閉鎖。

電力系統(tǒng)振蕩——振蕩預(yù)防

　　1、提高穩(wěn)定水平，電力系統(tǒng)的振蕩在小系統(tǒng)內(nèi)是比較常見的，在大系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的很少。但它的危害也是比較可怕的，是必須要預(yù)防的。

　　2、在小系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生較多，主要是在小系統(tǒng)內(nèi)有很多不很穩(wěn)定的負(fù)荷，系統(tǒng)內(nèi)的電站都比較小，在它的負(fù)荷發(fā)生較大的變化時(shí)很難使系統(tǒng)穩(wěn)定，也很可能發(fā)生震蕩。

　　3、在小系統(tǒng)內(nèi)有時(shí)有的設(shè)備的安裝不合也有可能引起系統(tǒng)的振蕩。如開關(guān)處安的阻容吸收器大小的不合適而引起了一次系統(tǒng)的小小振蕩。

電力系統(tǒng)振蕩——特點(diǎn)

　　電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)或調(diào)節(jié)控制的誘發(fā)，由本身的電磁特性和機(jī)械特性而產(chǎn)生的一種動(dòng)態(tài)過程，表現(xiàn)為電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)間的相對(duì)角度、系統(tǒng)的頻率、母線上的電壓、支路中的電流和功率產(chǎn)生波動(dòng)、偏離正常值，振蕩中心的電壓有大幅度的跌落。不衰減和增幅的振蕩會(huì)破壞電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞電工設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。所以通過分析，掌握電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，采取措施，預(yù)防發(fā)生振蕩，抑制和消除已發(fā)生的振蕩，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要內(nèi)容。

　　電力系統(tǒng)振蕩與電力系統(tǒng)穩(wěn)定密切相關(guān)。根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定與否，分同步振蕩和非同步振蕩。如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則系統(tǒng)在受到擾動(dòng)以后，產(chǎn)生的振蕩將在有限的時(shí)間內(nèi)衰減，進(jìn)而達(dá)到新的平衡的運(yùn)行狀態(tài)，稱為同步振蕩。如果系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，則系統(tǒng)受到擾動(dòng)后產(chǎn)生的振蕩將導(dǎo)致系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行的破壞，進(jìn)而過渡到非同步運(yùn)行狀態(tài)，這種振蕩稱為非同步振蕩。其特征是系統(tǒng)將不能保持同一個(gè)頻率，并且所有的電參量和機(jī)械量的波動(dòng)明顯地偏離額定值。非同步振蕩會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅，必須采取調(diào)節(jié)控制措施。在采取措施后可能再同步成功，即系統(tǒng)重新過渡到同步振蕩而最后達(dá)到新的平衡狀態(tài)。也可能再同步不成功，則必須進(jìn)而采取措施將系統(tǒng)不同步的幾部分分解開來，以結(jié)束非同步振蕩。

　　在現(xiàn)代發(fā)電機(jī)組容量日益增大、電網(wǎng)規(guī)模日趨擴(kuò)大、調(diào)節(jié)控制手段日益增多的電力系統(tǒng)中，還存在以下兩種形式的振蕩：

　　①低頻振蕩。由于系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的電聯(lián)系相對(duì)薄弱，阻尼特性很弱，因而在快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)的作用下產(chǎn)生負(fù)阻尼，系統(tǒng)受到擾動(dòng)后發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間不衰減的振蕩。現(xiàn)代電力系統(tǒng)中遇到的這種振蕩，頻率范圍常在0.1～2.5赫。

　　②次周期振蕩。由于大型發(fā)電機(jī)組（長(zhǎng)軸）的機(jī)械參數(shù)和電設(shè)備的電磁參數(shù)相互匹配而產(chǎn)生的頻率略低于同步頻率的振蕩。

　　實(shí)際電力系統(tǒng)中，振蕩事故的發(fā)生往往可能是上述幾種振蕩的交替發(fā)生。例如，1974年 5月28日中國(guó)西北330千伏超高壓電力系統(tǒng)發(fā)生的振蕩事故，先是在220千伏線路發(fā)生短路跳閘甩負(fù)荷，隨后造成330千伏線路同步振蕩，失去同步約3秒，造成非同步振蕩約10秒，再同步成功后，又進(jìn)入同步振蕩，而后衰減到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式，全過程約30秒。電力系統(tǒng)的振蕩有同步振蕩和異步振蕩兩種情況，能夠保持同步而穩(wěn)定運(yùn)行的振蕩稱為同步振蕩，導(dǎo)致失去同步而不能正常運(yùn)行的振蕩稱為異步振蕩。

電力系統(tǒng)振蕩——與短路的主要區(qū)別

　　振蕩時(shí)系統(tǒng)各點(diǎn)電壓與電流值都是作往復(fù)性擺動(dòng)，而短路時(shí)電流和電壓值是突變的。此外，振蕩時(shí)電流和電壓值的變化速度比較慢，而短路時(shí)電流和電壓值突然變化量很大。

　　振蕩時(shí)系統(tǒng)任何一點(diǎn)電流和電壓之間的相位角都會(huì)隨功角的變化而改變；而短路時(shí)，電流和電壓之間的角度基本是不變的。振蕩時(shí)系統(tǒng)三相為對(duì)稱的；而短路時(shí)系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)三相不對(duì)稱。

電力系統(tǒng)振蕩——系統(tǒng)振蕩時(shí)一般現(xiàn)象

　　1）發(fā)電機(jī)，變壓器，線路的電壓表，電流表及功率表周期性的劇烈擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)和變壓器發(fā)出有節(jié)奏的轟鳴聲。

　　2）連接失去同步的發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線上的電流表和功率表擺動(dòng)得最大。電壓振蕩最激烈的地方是系統(tǒng)振蕩中心，每一周期約降低至零值一次。隨著離振蕩中心距離的增加，電壓波動(dòng)逐漸減少。如果聯(lián)絡(luò)線的阻抗較大，兩側(cè)電廠的電容也很大，則線路兩端的電壓振蕩是較小的。

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

電力系統(tǒng)振蕩——低頻振蕩

　　基本概念

　　發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，以及相關(guān)電氣量，如線路功率、母線電壓等發(fā)生近似等幅或增幅的振蕩，因振蕩頻率較低，一般在0.1-2.5Hz。電力系統(tǒng)低頻振蕩可以分為局部模態(tài)，區(qū)域間模態(tài)。

　　1）局部振蕩模式（Local modals），是指廠站內(nèi)的機(jī)組之間或電氣距離較近的廠站機(jī)組之間的振蕩，這種振蕩局限于區(qū)域內(nèi)，其影響范圍較小且易于消除。這種振蕩頻率較高，一般在 0.7～2.5Hz 之間。

　　2）區(qū)域振蕩模式（Inter-area modals），是指一部分機(jī)群相對(duì)于另一部分機(jī)群的振蕩，在聯(lián)系較薄弱的互聯(lián)系統(tǒng)中，耦合的兩個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)群間常發(fā)生這種振蕩。由于電氣距離較大，同時(shí)發(fā)電機(jī)群的等值發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)較大，其振蕩頻率較低，一般在 0.1～0.7Hz 之間。

　　產(chǎn)生的機(jī)理

　　從低頻振蕩發(fā)生研究至今，在機(jī)理方面的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

　　1） 負(fù)阻尼機(jī)理

　　根據(jù)線性系統(tǒng)理論分析，由于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)措施的作用，產(chǎn)生了附加的負(fù)阻尼，抵消了系統(tǒng)的阻尼，導(dǎo)致擾動(dòng)后振蕩不衰減或增幅振蕩。

　　1969年De mello和Concordia運(yùn)用阻尼轉(zhuǎn)矩的概念對(duì)單機(jī)無窮大系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理研究，指出： 由于勵(lì)磁系統(tǒng)存在慣性，隨著勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的增加，與轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩相對(duì)應(yīng)的特征根的實(shí)部數(shù)值將由負(fù)值逐漸上升，若實(shí)部由負(fù)變正，會(huì)產(chǎn)生增幅振蕩。它揭示了單機(jī)無窮大系統(tǒng)增幅振蕩發(fā)生的機(jī)理，這一方法是基于線性系統(tǒng)理論，通過分析勵(lì)磁放大倍數(shù)和阻尼之間的關(guān)系來解釋產(chǎn)生低頻振蕩的原因。基于這種分析的原理和思想，該方法可進(jìn)一步擴(kuò)大到多機(jī)系統(tǒng)，通過線性系統(tǒng)的特征根來判斷系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)生低頻振蕩。

　　該振蕩機(jī)理概念清晰，物理意義明確，有助于理解為何遠(yuǎn)距離大容量輸電易發(fā)生低頻振蕩，已成為電力系統(tǒng)低頻振蕩的經(jīng)典理論。

　　目前負(fù)阻尼振蕩機(jī)理大部分還停留在單機(jī)-無窮大系統(tǒng)中做理論分析和控制器設(shè)計(jì)，多機(jī)系統(tǒng)中僅有少數(shù)應(yīng)用，這是因?yàn)樽枘徂D(zhuǎn)矩的概念在多機(jī)系統(tǒng)中物理意義不夠明確，且多機(jī)系統(tǒng)中的阻尼計(jì)算比較困難。

　　2） 共振或諧振理論

　　電力系統(tǒng)低頻振蕩研究的是各同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)搖擺穩(wěn)定性，當(dāng)系統(tǒng)中存在不能忽略的周期性擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)是非自治的，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程必須用二階常系數(shù)非齊次微分方程來描述。此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的解由通解和特解兩部分組成，通解與系統(tǒng)的阻尼有關(guān)，而特解則跟系統(tǒng)非自治性有直接的關(guān)系。如果周期性擾動(dòng)的頻率與系統(tǒng)的固有低頻振蕩的頻率接近，轉(zhuǎn)子角的解中將有一個(gè)等幅不衰減的振蕩特解。隨著與阻尼有關(guān)的通解的衰減，余下的特解使得轉(zhuǎn)子角表現(xiàn)為不穩(wěn)定的等幅振蕩。這就是低頻振蕩的強(qiáng)迫振蕩機(jī)理。

　　強(qiáng)迫振蕩機(jī)理與負(fù)阻尼機(jī)理有明顯的不同，它具有起振快，從受到擾動(dòng)到振蕩到最大幅值一般只有兩到三個(gè)振蕩周期;功率在振蕩過程中基本保持等幅振蕩;擾動(dòng)信號(hào)的頻率越接近系統(tǒng)的固有頻率，振蕩的幅值越大，當(dāng)與系統(tǒng)固有頻率的差值超過一定的范圍時(shí)，將很難激發(fā)振蕩;振蕩消失的速度很快，一旦擾動(dòng)振蕩源消失，功率振蕩將大幅度衰減。

　　3） 非線性理論機(jī)理

　　由于系統(tǒng)的非線性的影響，其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)參數(shù)或擾動(dòng)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，會(huì)使得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生系統(tǒng)的振蕩。這一分析有別于線性系統(tǒng)，因?yàn)榫€性系統(tǒng)的穩(wěn)定是全局性的，而非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定是局部的。電力系統(tǒng)低頻振蕩的非線性奇異現(xiàn)象以及表現(xiàn)為一種非周期的、似乎是無規(guī)則的突發(fā)性的機(jī)電振蕩混沌現(xiàn)象，都屬于該范疇。

　　在所有低頻振蕩機(jī)理中，負(fù)阻尼機(jī)理研究得最早也最成熟，這主要得益于線性系統(tǒng)理論的成熟，目前已經(jīng)形成了一套比較完整的理論體系，并且在工程上得到實(shí)際應(yīng)用。

電力系統(tǒng)振蕩——次同步振蕩

　　基本概念

　　大型汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子軸系具有彈性，由于機(jī)械和電氣的相互作用，在特定條件下會(huì)自發(fā)振蕩。輸電線路的串聯(lián)電容補(bǔ)償、直流輸電、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的不當(dāng)加裝，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、可控硅控制系統(tǒng)、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔玫龋锌赡苷T發(fā)、導(dǎo)致次同步振蕩（SSO）現(xiàn)象。有時(shí)也發(fā)生在發(fā)電機(jī)非同期并列或系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路等大擾動(dòng)后的暫態(tài)過程中。

　　工作原理

　　交流輸電系統(tǒng)中采用串聯(lián)電容補(bǔ)償是提高線路輸送能力、控制并行線路之間的功率分配和增強(qiáng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的一種十分經(jīng)濟(jì)的方法。但是，串聯(lián)電容補(bǔ)償可能會(huì)引起電力系統(tǒng)的次同步諧振（SSR，SubsynchronousResonance），進(jìn)而造成汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系損壞。次同步諧振產(chǎn)生的原因和造成的影響可以從三個(gè)不同的側(cè)面來加以描述，即異步發(fā)電機(jī)效應(yīng)（IGE，InductionGeneratorEffect）、機(jī)電扭振互作用（TI，TorsionalInteraction）和暫態(tài)力矩放大作用（TA，TorqueAmplification）。對(duì)次同步諧振問題，主要關(guān)心的是由扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而造成的軸系損壞。軸系損壞可以由長(zhǎng)時(shí)間的低幅值扭振積累所致，也可由短時(shí)間的高幅值扭振所致。

　　由直流輸電引起的汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振與由串聯(lián)電容補(bǔ)償引起的汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振在機(jī)理上是不一樣的，因?yàn)榍罢卟⒉淮嬖谥C振回路，故不再稱為次同步諧振（SSR），而稱為次同步振蕩（SSO，SubsynchronousOscillation），使含意更為廣泛。