武汉大学本科毕业论文（设计）任务书
毕业论文（设计）题目 特高压联网前后H电网的功率振荡分析 学院： 电气工程学院 学号： [1**********]4 姓名： 王丹
一、毕业论文（设计）题目的来源
本次毕业设计题目来自武汉大学电气工程学院与H省电力公司签订的合作项目《H电网消纳特高压电力电量能力及方式研究》的子课题之一。
二、 毕业论文（设计）应完成的主要内容
1.特高压基础网架下．H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
2.川渝湘赣特高压变电站投产后，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
3.特高压线路输送极限网架下，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
4.“三华”特高压联网后，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析。
三、毕业论文（设计）的基本要求及应完成的成果形式
讲述电力系统低频振荡的原理、研究概况，说明在PSASP中进行潮流、暂态稳定和小干扰稳定计算的研究条件和计算原则。然后利用PSASP进行了H电网在“三华”特高压联网前丰大非对冲方式下和特高压联网后枯大非对冲方式下的潮流及暂态稳定分析，再在其基础上研究了与H（华中）电网相关的各种振荡特性，最终给出研究结论。
四、毕业论文（设计）的进度安排
3月初~3月中旬完成任务书及开题报告。了解我国特高压输电的现状和规划。
3月中旬~4月初阅读“十二五”电网规划的各报告资料，熟悉整个H电网主网架。进行2012数据的校核，对省公司进行收资，完成2012计算数据到2015数据的更新。
4月初~4月下旬基于PSASP，进行特高压“三华”同步电网投产前、后H电网的潮流及稳定性分析；
4月下旬~5月中旬基于潮流及稳定性分析，进行功率振荡分析，给出研究结论；
5月中旬~5月下旬撰写并修改报告。
五、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献
[1] 倪以信，陈寿孙，张宝霖.动态电力系统的理论与分析[M].北京：清华大学出版社，2002：344-351．
[2] Western Systems Coordinating Council(WSCC)．Disturbance report for the power system outage that occurred on the Western Interconnection on August 1 0th，l 996 at 1548 Past，October l 996．
[3] 国家电力调度通信中心.电网典型事故分析(1999～2007).北京：中国电力出版社，2008．
[4] 余贻鑫，李鹏.大区电网弱互联对互联系统阻尼和动态稳定性的影响[J].中国电机工程学报，2005，25(11)：6-11．
[5] 张宁．提高特高压电网输电能力研究[D]．济南：山东大学，2008．
[6] Kundur P. Power System Stability and Controls [M] .北京：中国电力出版社，2002．
[7] 李强，袁越，周海强.浅谈电力系统低频振荡的产生机理与分析方法及抑制措施[J].继电器，2005，5：78-83．
[8] F. P. DeMello, Charles Concordia. Concepts of Synchronous Machine Stability as Affected by Excitation Control． IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems．1969, 4(88): 316-328．
[9] 王铁强，贺仁睦，王卫国等.电力系统低频振荡机理的分析[J].中国电机工程学报，2002，22(2)：21-25．
[10] Ying Huang, Zheng Xu, Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System．IEEE Trans. On Power Systems．2003, 4: 122-125.
[11] 邓集祥，马景兰．电力系统中非线性奇异现象的研究[J].电力系统自动化，1999，23(22)：1-6．
[12] 贾宏杰，余贻鑫，王成山.电力系统混沌现象及相关研究[J].中国电机工程学报，2001，21(7)：26-29．
[13] 邓集祥，刘洪波．多机电力系统非线性振荡的研究[J].中国电机工程学报，2002，22(10)：
67-70．
[14] Ahed E H, Varaiya P． Nonlinear Oscillations in Power Systems. Electric Power and Energy System． 1984, 6(1): 37-43.
[15] 王锡凡，方万良，杜正春.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003．
[16] 杜正春，刘伟，方万良，等.小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现[J]．中国电机工程学报，2005，25(2)：17-21．
[17] Ying Huang, Zheng Xu Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System． IEEE Trans. On Power Systems． 2003, 4: 122-125．
[18] PSASP基础数据库用户手册.
[19] PSASP潮流计算用户手册.
[20] PSASP暂态稳定计算用户手册.
[21] PSASP小干扰稳定计算用户手册.
[22] H电网“十二五”发展规划总报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[23] H电网“十二五”主网架规划设计报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[24] H电网对“三华”同步电网适应性研究[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
六、其他要求（此项为可选项）
指导教师签名：_______________________ 年 月 日
开 题 报 告
论文题目： 特高压联网前后H电网的功率振荡分析
学院： 电气工程学院 学号： [1**********]4 姓名： 王丹
一、 论文选题的目的和意义
1.1研究背景
建设特高压电网，是落实科学发展观，满足日益增长的电力需求的根本保证，是提高电力工业整体效益和效率的必然选择，是实现更大范围的资源优化配置、推动我国能源高效开发利用的基本途径，是培育和发展国家电力市场的重要条件，是电力工业自主创新的重大举措．对促进经济社会可持续发展和全面建设小康社会具有重大的意义。
2009年1月6日22时，1000千伏交流输变电工程——晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程正式投入运行。H电网最高电压等级上升至1000 千伏，拥有1000 千伏变电站1座(荆门特高压变电站)，变电容量1x3000MVA。H电网成为全国首个特高压输变电工程的落点。根据国家电网公司《特高压电网规划》，2012年，荆门特高压扩建1x3000MVA主变，建成武汉特高压变电站(2x3000MVA)。H境内特高压站达2座。“三华”电网建成“两横两纵”特高压骨干网架。
H省能源资源匮乏，今后电力供应形势不容乐观，特高压的电力输入，是未来H省电力供应的重要来源。充分利用特高压输送电力，可以填补H电网由于水电引起的丰枯季节巨大的出力差，有效缓解H电网枯水季节电力紧张局面，同时也可以充分利用西北电网火电机组的调峰能力，填补H电网日益加大的峰谷差容量。随着三峡水电站的建成投产及川电东送容量的逐步增大，H电网已成为华中四省间、华中与华东、广东电网之间电力电量交换的枢纽，安全稳定运行意义重大。
1.2 研究目的和意义
在电力系统中，发电机通过输电线路向负荷输送功率。在正常情况下，输送的功率保持不变。但是有时会出现功率在一定的范围内波动的现象，波动频率大约在0.1Hz-2Hz之间，相对工频而言，振荡频率很低故称为低频振荡。比较常见的是机组间功率动态性的振荡，表现为发电机转子间的持续振荡，而且振荡时的能量通过电气联系传递，因此也会叫机电振荡或功率振荡[1]。
据统计国内外的电力系统曾多次记录到小干扰功角稳定问题引起的低频振荡现象，有的还造成了严重的后果。其中，比较典型的是美国西部系统在1996年发生的由区域间的低频功率振荡引起的大停电事故[2]。当时西北联合系统和西南联合系统试行互联，系统互联初期运行比较稳定，但后来出现了频率约为0.1Hz的低频振荡，且在联络线断开后仍然形成了西北联合系统振荡频率约为0.5Hz和西南联合系统振荡频率约为0.18Hz的功率振荡[3]，最终整个系统解列并导致了大面积的停电。我国电力系统首次记录的低频振荡发生于1984年广东与香港互联电力系统中[4]。低频振荡频率较低、周期较长、波及面较广，给电力系统造成的危害较大。弱交流互联的电网中，各区域的低频振荡模式常表现为弱阻尼或负阻尼，振荡频率一般在0.1-1.0Hz之间，甚至有低于0.1Hz的超低频振荡，可能引发联络线上的自动保护措施动作，从而导致网络解列，带来巨大的损失。而随着电网规模的不断扩大，大容量机组在电网中的不断投入运行，快速励磁的广泛使用，低频振荡现象在大型互联电力系统中时有发生。
在现代电网的诸多安全稳定问题中，小干扰稳定是较为突出和重要的问题之
一。电力系统受到小扰动之后可能出现的不稳定通常是低频振荡。根据规划，到“十二五”初期，我国将建成“两纵两横”特高压骨干电网，从而形成超大规模的华北-华中-华东特高压交流同步电网。在构建以特高压为骨干网架的未来电网的过程中，电网有可能发生低频功率振荡事故，主要原因如下：1)按照电网的发展的一般规律，在从现在开始到建成特高压网架的过渡期中，尤其是在特高压电网建设初期，电网可能存在1000kV／500kV两级[5]，甚至1000kV／500kV／220kV三级电磁环网。当电磁环网中的特高压输电线路发生故障时，系统潮流必然发生大规模转移，电网可能出现潮流超过系统静稳极限的情况，从而导致系统出现低频振荡；2)特高压电网将西南部水电和西北部的煤电输送到中东部负荷中
心。远距离的特高压电力外送通道在重载情况下，也有可能出现功率振荡。3）为了达到电网互联的目标，电网的运行方式必然是复杂多变的，这也增加了低频振荡事故发生的可能性。
在特高压“三华”同步电网的过渡建设过程中及2012年完全建成联网后，为保证H电网的安全稳定运行。有必要对“三华”电网特高压网架形成前后进行潮流稳定计算分析，并基于各网架的潮流稳定计算对系统的功率振荡特性进行研究，分析H电网、华中电网乃至“三华”同步电网产生低频振荡的可能，找出问题，发现规律，确保“三华”特高压同步电网形成过渡期间及形成后H电网的安全稳定运行。
二、 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势
2.3.1 低频振荡的定义和分类
低频振荡的现象表现为当系统受到小扰动时，发电机之间的功角会发生相对的摆动，在输电线路上就表现为功率的波动，如果系统有足够的阻尼，这种波动就会慢慢地，或者很快地平息[6，7]。但是随着快速励磁系统的引入，及远距离、重负荷输电的日渐增加，这种功率波动可能会表现为等幅的或增幅的振荡，严重时可能会造成系统的解列。且由于机组的惯性时间常数较大，电力系统低频振荡的频率较低，因此又称为低频振荡，它持续时间长，涉及面广，对电力系统造成的危害也比较大。因此，低频振荡问题越来越引起人们的关注。低频振荡根据振荡频率的不同又分为局部振荡和区域振荡。局部振荡模式的频率一般在0.7-2.5Hz范围内[6，7]， 它表现为一台机组或电气距离比较近的几台机组对系统中的其余机组的振荡，这种振荡局限于区域内，影响相对较小。区域振荡模式的频率一般在0.2-0.7Hz范围内[6，7]，它表现为一个机群对另一个机群的振荡，这种振荡的危害性比较大，一经发生会经由联络线向全系统传播。
2.3.2 低频振荡的机理研究
2.3.2.1 负阻尼机理
该理论源于1969年F.P.Demello提出的阻尼概念。他运用阻尼转矩的概念对
单机无穷大系统低频振荡现象产生的原因作了机理分析和解释，认为高放大倍数的快速励磁系统会使系统产生负阻尼转矩，抵消了系统由于电机，励磁绕组，机械等所产生的正阻尼，从而导致系统的总阻尼很小或为负[8]。在负阻尼的情况下扰动将被放大，从而引起功率的振荡。重负荷、远距离传输的线路，现代高放大倍数高速励磁系统的广泛应用，是导致系统出现负阻尼的主要原因。阻尼理论已经广泛应用于电力系统低频振荡的分析领域。
2.3.2.2 共振机理
该理论认为，当扰动频率和系统的自然振荡频率存在某种关系时，则可能导致共振，并且若该频率处于低频振荡阶段，则可能引发系统的低频振荡[7]。它具有起振快，振幅大，起振后保持同步振荡以及失去振荡源后能够快速平息的特点。文献[9]对河北安保线的低频振荡进行了分析，认为该振荡属于共振型振荡，并指出调速系统、励磁调节系统扰动或机组的轴系机械拍振都有可能是振荡的起因，同时，单纯的负荷投切扰动产生振荡的可能性很小。
2.3.2.3 非线性理论[10-14]
20世纪80年代，Areb与Virayar首先揭示了电力系统的非线性奇异现象，并指出这种现象是由 HOPF 分歧引起的，要作为辅助分析方法。分歧理论研究低频振荡问题的一个突出优点是，它充分考虑电力系统的非线性特性，用特征值并结合高阶多项式在数学解空间结构上来分析系统的稳定性，能够解决系统在临界点附近的稳定问题。HOPF 理论指出了在分岔点附近，存在着亚临界分歧和超临界分歧。系统将由平衡态分岔为周期环，通过曲率系数，横截条件来判断分叉发生的方向，周期轨是否稳定等。文献[10]通过对单机无穷大系统的低频振荡的HOPF分歧的研究，指出在各种运行方式下，当励磁系统参数变化时，系统存在着亚临界分歧，即由常规线性化分析所得到的低频振荡的不稳定域将扩大到S平面的左半平面。文献[11]利用复变量构建一维中心子空间和数值微分方法，求出了多机系统分歧出极限环时的曲率系数，指出在原平衡点会分岔为极限环，系统可能发生亚临界分歧，由稳定态分岔为不稳定态，也可能发生超临界分歧，由不稳定态分歧为稳定态。解决了以往算法只能用于简单系统而不能用于多机系统的
问题。同时还有混沌机理，混沌指那些看上去随机，实际上由精确的法规所决定，并对初始条件十分敏感的长期有界的动态行为[12]。实际电力系统是个强非线性的大型系统，动态行为十分复杂，存在着发生混沌振荡的可能。一旦发生混沌现象，则可能出现一种非周期的，似乎是无规则的，突发式的或阵发式的机电振荡。混沌的研究，包括它产生的机理、形成路径、影响因素，判别方法、控制措施等，但目前的研究尚处于初步探讨阶段，研究的对象一般为规模很小的简单系统，许多问题都有待进一步研究。
三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线
本论文依据H电网“十二五”规划和远景目标规划方案，研究“十二五”期间以及远期H电网分别作为送端和受端系统时，需消纳的特高压电力电量能力。以PSASP为平台进行电力电量平衡计算分析；H电网消纳特高压电力电量能力研究；相关电气计算。研究特高压“三华”同步电网投产前、后，与华中（H）电网相关的功率振荡特性及其变化趋势，查找阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式；若存在阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式，则研究有效的抑制低频振荡针对性的措施，研究内容及技术路线如下：
① 根据国家电网公司2009年特高压电网规划网架，考虑H省与周边区域、
省、市功率交换的各种运行方式，建立含特高压“三华”同步电网、H主干电网及三峡送端系统的PSASP网络模型；
② 针对“三华”联网前后的各种运行方式，基于PSASP平台进行电网功率
振荡特性计算分析，重点分析0.1Hz~2Hz之间的功率振荡模式，查找与这些振荡模式相关的机组，从而得到“三华”同步电网建成前后互联系统各机组之间、机组与子系统之间、各子系统之间的功率振荡特性；若存在阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式，分析产生弱阻尼振荡模式的主要原因。
四、论文工作进度安排
3月初~3月中旬完成任务书及开题报告。了解我国特高压输电的现状和规划。
3月中旬~4月初阅读“十二五”电网规划的各报告资料，熟悉整个H电网主网架。进行2012数据的校核，对省公司进行收资，完成2012计算数据到2015数据的更新。
4月初~4月下旬基于PSASP，进行特高压“三华”同步电网投产前、后H电网的潮流及稳定性分析；
4月下旬~5月中旬基于潮流及稳定性分析，进行功率振荡分析，给出研究结论；
5月中旬~5月下旬撰写并修改报告。
五、论文主要参考文献
[1] 倪以信，陈寿孙，张宝霖.动态电力系统的理论与分析[M].北京：清华大学出版社，2002：344-351．
[2] Western Systems Coordinating Council(WSCC)．Disturbance report for the power system outage that occurred on the Western Interconnection on August 1 0th，l 996 at 1548 Past，October l 996．
[3] 国家电力调度通信中心.电网典型事故分析(1999～2007).北京：中国电力出版社，2008．
[4] 余贻鑫，李鹏.大区电网弱互联对互联系统阻尼和动态稳定性的影响[J].中国电机工程学报，2005，25(11)：6-11．
[5] 张宁．提高特高压电网输电能力研究[D]．济南：山东大学，2008．
[6] Kundur P. Power System Stability and Controls [M] .北京：中国电力出版社，2002．
[7] 李强，袁越，周海强.浅谈电力系统低频振荡的产生机理与分析方法及抑制措施[J].继电器，2005，5：78-83．
[8] F. P. DeMello, Charles Concordia. Concepts of Synchronous Machine Stability as Affected by Excitation Control． IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems．1969, 4(88): 316-328．
[9] 王铁强，贺仁睦，王卫国等.电力系统低频振荡机理的分析[J].中国电机工程学报，2002，22(2)：21-25．
[10] Ying Huang, Zheng Xu, Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System．IEEE Trans. On Power Systems．2003, 4: 122-125.
[11] 邓集祥，马景兰．电力系统中非线性奇异现象的研究[J].电力系统自动化，1999，23(22)：1-6．
[12] 贾宏杰，余贻鑫，王成山.电力系统混沌现象及相关研究[J].中国电机工程学报，2001，21(7)：26-29．
[13] 邓集祥，刘洪波．多机电力系统非线性振荡的研究[J].中国电机工程学报，2002，22(10)：67-70．
[14] Ahed E H, Varaiya P． Nonlinear Oscillations in Power Systems. Electric Power and Energy System． 1984, 6(1): 37-43.
[15] 王锡凡，方万良，杜正春.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003．
[16] 杜正春，刘伟，方万良，等.小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现[J]．中国电机工程学报，2005，25(2)：17-21．
[17] Ying Huang, Zheng Xu Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System． IEEE Trans. On Power Systems． 2003, 4: 122-125．
[18] PSASP基础数据库用户手册.
[19] PSASP潮流计算用户手册.
[20] PSASP暂态稳定计算用户手册.
[21] PSASP小干扰稳定计算用户手册.
[22] H电网“十二五”发展规划总报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[23] H电网“十二五”主网架规划设计报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[24] H电网对“三华”同步电网适应性研究[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
指导教师签名：_______________________ 年 月 日
武汉大学本科毕业论文（设计）任务书
毕业论文（设计）题目 特高压联网前后H电网的功率振荡分析 学院： 电气工程学院 学号： [1**********]4 姓名： 王丹
一、毕业论文（设计）题目的来源
本次毕业设计题目来自武汉大学电气工程学院与H省电力公司签订的合作项目《H电网消纳特高压电力电量能力及方式研究》的子课题之一。
二、 毕业论文（设计）应完成的主要内容
1.特高压基础网架下．H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
2.川渝湘赣特高压变电站投产后，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
3.特高压线路输送极限网架下，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析；
4.“三华”特高压联网后，H电网潮流、暂态稳定计算和功率振荡分析。
三、毕业论文（设计）的基本要求及应完成的成果形式
讲述电力系统低频振荡的原理、研究概况，说明在PSASP中进行潮流、暂态稳定和小干扰稳定计算的研究条件和计算原则。然后利用PSASP进行了H电网在“三华”特高压联网前丰大非对冲方式下和特高压联网后枯大非对冲方式下的潮流及暂态稳定分析，再在其基础上研究了与H（华中）电网相关的各种振荡特性，最终给出研究结论。
四、毕业论文（设计）的进度安排
3月初~3月中旬完成任务书及开题报告。了解我国特高压输电的现状和规划。
3月中旬~4月初阅读“十二五”电网规划的各报告资料，熟悉整个H电网主网架。进行2012数据的校核，对省公司进行收资，完成2012计算数据到2015数据的更新。
4月初~4月下旬基于PSASP，进行特高压“三华”同步电网投产前、后H电网的潮流及稳定性分析；
4月下旬~5月中旬基于潮流及稳定性分析，进行功率振荡分析，给出研究结论；
5月中旬~5月下旬撰写并修改报告。
五、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献
[1] 倪以信，陈寿孙，张宝霖.动态电力系统的理论与分析[M].北京：清华大学出版社，2002：344-351．
[2] Western Systems Coordinating Council(WSCC)．Disturbance report for the power system outage that occurred on the Western Interconnection on August 1 0th，l 996 at 1548 Past，October l 996．
[3] 国家电力调度通信中心.电网典型事故分析(1999～2007).北京：中国电力出版社，2008．
[4] 余贻鑫，李鹏.大区电网弱互联对互联系统阻尼和动态稳定性的影响[J].中国电机工程学报，2005，25(11)：6-11．
[5] 张宁．提高特高压电网输电能力研究[D]．济南：山东大学，2008．
[6] Kundur P. Power System Stability and Controls [M] .北京：中国电力出版社，2002．
[7] 李强，袁越，周海强.浅谈电力系统低频振荡的产生机理与分析方法及抑制措施[J].继电器，2005，5：78-83．
[8] F. P. DeMello, Charles Concordia. Concepts of Synchronous Machine Stability as Affected by Excitation Control． IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems．1969, 4(88): 316-328．
[9] 王铁强，贺仁睦，王卫国等.电力系统低频振荡机理的分析[J].中国电机工程学报，2002，22(2)：21-25．
[10] Ying Huang, Zheng Xu, Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System．IEEE Trans. On Power Systems．2003, 4: 122-125.
[11] 邓集祥，马景兰．电力系统中非线性奇异现象的研究[J].电力系统自动化，1999，23(22)：1-6．
[12] 贾宏杰，余贻鑫，王成山.电力系统混沌现象及相关研究[J].中国电机工程学报，2001，21(7)：26-29．
[13] 邓集祥，刘洪波．多机电力系统非线性振荡的研究[J].中国电机工程学报，2002，22(10)：
67-70．
[14] Ahed E H, Varaiya P． Nonlinear Oscillations in Power Systems. Electric Power and Energy System． 1984, 6(1): 37-43.
[15] 王锡凡，方万良，杜正春.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003．
[16] 杜正春，刘伟，方万良，等.小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现[J]．中国电机工程学报，2005，25(2)：17-21．
[17] Ying Huang, Zheng Xu Wulue Pan. A Practical Analysis Method of Low Frequency Oscillation for Large Power System． IEEE Trans. On Power Systems． 2003, 4: 122-125．
[18] PSASP基础数据库用户手册.
[19] PSASP潮流计算用户手册.
[20] PSASP暂态稳定计算用户手册.
[21] PSASP小干扰稳定计算用户手册.
[22] H电网“十二五”发展规划总报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[23] H电网“十二五”主网架规划设计报告[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
[24] H电网对“三华”同步电网适应性研究[R].湖北：湖北省电力公司，2010.
六、其他要求（此项为可选项）
指导教师签名：_______________________ 年 月 日
开 题 报 告
论文题目： 特高压联网前后H电网的功率振荡分析
学院： 电气工程学院 学号： [1**********]4 姓名： 王丹
一、 论文选题的目的和意义
1.1研究背景
建设特高压电网，是落实科学发展观，满足日益增长的电力需求的根本保证，是提高电力工业整体效益和效率的必然选择，是实现更大范围的资源优化配置、推动我国能源高效开发利用的基本途径，是培育和发展国家电力市场的重要条件，是电力工业自主创新的重大举措．对促进经济社会可持续发展和全面建设小康社会具有重大的意义。
2009年1月6日22时，1000千伏交流输变电工程——晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程正式投入运行。H电网最高电压等级上升至1000 千伏，拥有1000 千伏变电站1座(荆门特高压变电站)，变电容量1x3000MVA。H电网成为全国首个特高压输变电工程的落点。根据国家电网公司《特高压电网规划》，2012年，荆门特高压扩建1x3000MVA主变，建成武汉特高压变电站(2x3000MVA)。H境内特高压站达2座。“三华”电网建成“两横两纵”特高压骨干网架。
H省能源资源匮乏，今后电力供应形势不容乐观，特高压的电力输入，是未来H省电力供应的重要来源。充分利用特高压输送电力，可以填补H电网由于水电引起的丰枯季节巨大的出力差，有效缓解H电网枯水季节电力紧张局面，同时也可以充分利用西北电网火电机组的调峰能力，填补H电网日益加大的峰谷差容量。随着三峡水电站的建成投产及川电东送容量的逐步增大，H电网已成为华中四省间、华中与华东、广东电网之间电力电量交换的枢纽，安全稳定运行意义重大。
1.2 研究目的和意义
在电力系统中，发电机通过输电线路向负荷输送功率。在正常情况下，输送的功率保持不变。但是有时会出现功率在一定的范围内波动的现象，波动频率大约在0.1Hz-2Hz之间，相对工频而言，振荡频率很低故称为低频振荡。比较常见的是机组间功率动态性的振荡，表现为发电机转子间的持续振荡，而且振荡时的能量通过电气联系传递，因此也会叫机电振荡或功率振荡[1]。
据统计国内外的电力系统曾多次记录到小干扰功角稳定问题引起的低频振荡现象，有的还造成了严重的后果。其中，比较典型的是美国西部系统在1996年发生的由区域间的低频功率振荡引起的大停电事故[2]。当时西北联合系统和西南联合系统试行互联，系统互联初期运行比较稳定，但后来出现了频率约为0.1Hz的低频振荡，且在联络线断开后仍然形成了西北联合系统振荡频率约为0.5Hz和西南联合系统振荡频率约为0.18Hz的功率振荡[3]，最终整个系统解列并导致了大面积的停电。我国电力系统首次记录的低频振荡发生于1984年广东与香港互联电力系统中[4]。低频振荡频率较低、周期较长、波及面较广，给电力系统造成的危害较大。弱交流互联的电网中，各区域的低频振荡模式常表现为弱阻尼或负阻尼，振荡频率一般在0.1-1.0Hz之间，甚至有低于0.1Hz的超低频振荡，可能引发联络线上的自动保护措施动作，从而导致网络解列，带来巨大的损失。而随着电网规模的不断扩大，大容量机组在电网中的不断投入运行，快速励磁的广泛使用，低频振荡现象在大型互联电力系统中时有发生。
在现代电网的诸多安全稳定问题中，小干扰稳定是较为突出和重要的问题之
一。电力系统受到小扰动之后可能出现的不稳定通常是低频振荡。根据规划，到“十二五”初期，我国将建成“两纵两横”特高压骨干电网，从而形成超大规模的华北-华中-华东特高压交流同步电网。在构建以特高压为骨干网架的未来电网的过程中，电网有可能发生低频功率振荡事故，主要原因如下：1)按照电网的发展的一般规律，在从现在开始到建成特高压网架的过渡期中，尤其是在特高压电网建设初期，电网可能存在1000kV／500kV两级[5]，甚至1000kV／500kV／220kV三级电磁环网。当电磁环网中的特高压输电线路发生故障时，系统潮流必然发生大规模转移，电网可能出现潮流超过系统静稳极限的情况，从而导致系统出现低频振荡；2)特高压电网将西南部水电和西北部的煤电输送到中东部负荷中
心。远距离的特高压电力外送通道在重载情况下，也有可能出现功率振荡。3）为了达到电网互联的目标，电网的运行方式必然是复杂多变的，这也增加了低频振荡事故发生的可能性。
在特高压“三华”同步电网的过渡建设过程中及2012年完全建成联网后，为保证H电网的安全稳定运行。有必要对“三华”电网特高压网架形成前后进行潮流稳定计算分析，并基于各网架的潮流稳定计算对系统的功率振荡特性进行研究，分析H电网、华中电网乃至“三华”同步电网产生低频振荡的可能，找出问题，发现规律，确保“三华”特高压同步电网形成过渡期间及形成后H电网的安全稳定运行。
二、 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势
2.3.1 低频振荡的定义和分类
低频振荡的现象表现为当系统受到小扰动时，发电机之间的功角会发生相对的摆动，在输电线路上就表现为功率的波动，如果系统有足够的阻尼，这种波动就会慢慢地，或者很快地平息[6，7]。但是随着快速励磁系统的引入，及远距离、重负荷输电的日渐增加，这种功率波动可能会表现为等幅的或增幅的振荡，严重时可能会造成系统的解列。且由于机组的惯性时间常数较大，电力系统低频振荡的频率较低，因此又称为低频振荡，它持续时间长，涉及面广，对电力系统造成的危害也比较大。因此，低频振荡问题越来越引起人们的关注。低频振荡根据振荡频率的不同又分为局部振荡和区域振荡。局部振荡模式的频率一般在0.7-2.5Hz范围内[6，7]， 它表现为一台机组或电气距离比较近的几台机组对系统中的其余机组的振荡，这种振荡局限于区域内，影响相对较小。区域振荡模式的频率一般在0.2-0.7Hz范围内[6，7]，它表现为一个机群对另一个机群的振荡，这种振荡的危害性比较大，一经发生会经由联络线向全系统传播。
2.3.2 低频振荡的机理研究
2.3.2.1 负阻尼机理
该理论源于1969年F.P.Demello提出的阻尼概念。他运用阻尼转矩的概念对
单机无穷大系统低频振荡现象产生的原因作了机理分析和解释，认为高放大倍数的快速励磁系统会使系统产生负阻尼转矩，抵消了系统由于电机，励磁绕组，机械等所产生的正阻尼，从而导致系统的总阻尼很小或为负[8]。在负阻尼的情况下扰动将被放大，从而引起功率的振荡。重负荷、远距离传输的线路，现代高放大倍数高速励磁系统的广泛应用，是导致系统出现负阻尼的主要原因。阻尼理论已经广泛应用于电力系统低频振荡的分析领域。
2.3.2.2 共振机理
该理论认为，当扰动频率和系统的自然振荡频率存在某种关系时，则可能导致共振，并且若该频率处于低频振荡阶段，则可能引发系统的低频振荡[7]。它具有起振快，振幅大，起振后保持同步振荡以及失去振荡源后能够快速平息的特点。文献[9]对河北安保线的低频振荡进行了分析，认为该振荡属于共振型振荡，并指出调速系统、励磁调节系统扰动或机组的轴系机械拍振都有可能是振荡的起因，同时，单纯的负荷投切扰动产生振荡的可能性很小。
2.3.2.3 非线性理论[10-14]
20世纪80年代，Areb与Virayar首先揭示了电力系统的非线性奇异现象，并指出这种现象是由 HOPF 分歧引起的，要作为辅助分析方法。分歧理论研究低频振荡问题的一个突出优点是，它充分考虑电力系统的非线性特性，用特征值并结合高阶多项式在数学解空间结构上来分析系统的稳定性，能够解决系统在临界点附近的稳定问题。HOPF 理论指出了在分岔点附近，存在着亚临界分歧和超临界分歧。系统将由平衡态分岔为周期环，通过曲率系数，横截条件来判断分叉发生的方向，周期轨是否稳定等。文献[10]通过对单机无穷大系统的低频振荡的HOPF分歧的研究，指出在各种运行方式下，当励磁系统参数变化时，系统存在着亚临界分歧，即由常规线性化分析所得到的低频振荡的不稳定域将扩大到S平面的左半平面。文献[11]利用复变量构建一维中心子空间和数值微分方法，求出了多机系统分歧出极限环时的曲率系数，指出在原平衡点会分岔为极限环，系统可能发生亚临界分歧，由稳定态分岔为不稳定态，也可能发生超临界分歧，由不稳定态分歧为稳定态。解决了以往算法只能用于简单系统而不能用于多机系统的
问题。同时还有混沌机理，混沌指那些看上去随机，实际上由精确的法规所决定，并对初始条件十分敏感的长期有界的动态行为[12]。实际电力系统是个强非线性的大型系统，动态行为十分复杂，存在着发生混沌振荡的可能。一旦发生混沌现象，则可能出现一种非周期的，似乎是无规则的，突发式的或阵发式的机电振荡。混沌的研究，包括它产生的机理、形成路径、影响因素，判别方法、控制措施等，但目前的研究尚处于初步探讨阶段，研究的对象一般为规模很小的简单系统，许多问题都有待进一步研究。
三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线
本论文依据H电网“十二五”规划和远景目标规划方案，研究“十二五”期间以及远期H电网分别作为送端和受端系统时，需消纳的特高压电力电量能力。以PSASP为平台进行电力电量平衡计算分析；H电网消纳特高压电力电量能力研究；相关电气计算。研究特高压“三华”同步电网投产前、后，与华中（H）电网相关的功率振荡特性及其变化趋势，查找阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式；若存在阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式，则研究有效的抑制低频振荡针对性的措施，研究内容及技术路线如下：
① 根据国家电网公司2009年特高压电网规划网架，考虑H省与周边区域、
省、市功率交换的各种运行方式，建立含特高压“三华”同步电网、H主干电网及三峡送端系统的PSASP网络模型；
② 针对“三华”联网前后的各种运行方式，基于PSASP平台进行电网功率
振荡特性计算分析，重点分析0.1Hz~2Hz之间的功率振荡模式，查找与这些振荡模式相关的机组，从而得到“三华”同步电网建成前后互联系统各机组之间、机组与子系统之间、各子系统之间的功率振荡特性；若存在阻尼为负或阻尼较弱的振荡模式，分析产生弱阻尼振荡模式的主要原因。
四、论文工作进度安排
3月初~3月中旬完成任务书及开题报告。了解我国特高压输电的现状和规划。
3月中旬~4月初阅读“十二五”电网规划的各报告资料，熟悉整个H电网主网架。进行2012数据的校核，对省公司进行收资，完成2012计算数据到2015数据的更新。
4月初~4月下旬基于PSASP，进行特高压“三华”同步电网投产前、后H电网的潮流及稳定性分析；
4月下旬~5月中旬基于潮流及稳定性分析，进行功率振荡分析，给出研究结论；
5月中旬~5月下旬撰写并修改报告。
五、论文主要参考文献
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指导教师签名：_______________________ 年 月 日