表现为电力系统中发电机的转速,并列运行的发电机间的相对角度,系统的频率,母线上的电压,支路中的电流和功率产生波动、偏离正常值,以及振荡中心的电压有大幅度的跌落。不衰减和增幅的振荡会破坏电力系统的正常运行,甚至使系统崩溃。所以,通过分析掌握电力系统的动态特性,采取措施,预防发生振荡,抑制和消除已发生的振荡,是保证电力系统安全运行的重要内容。
电力系统振荡与电力系统稳定密切相关。根据电力系统稳定与否,分同步振荡和非同步振荡。如果系统是稳定的,则系统在受到扰动后,产生的振荡将在有限的时间内衰减,进而达到新的平衡的运行状态,称为同步振荡。如果系统是不稳定的,则系统在受到扰动后,产生的振荡将导致系统中发电机同步运行被破坏,进而过渡到非同步运行状态,这种振荡称为非同步振荡。其特征是系统将不能保持同一频率,并且所有的电参量和机械量的波动将明显地偏离额定值。非同步振荡会对电力系统的安全构成严重的威胁,必须采取调节控制措施,采取措施后可能再同步成功。振荡中心两侧的同步电机机组以不同频率运行,但两侧的频率都在变化。如能牵入同步,两侧的频率则逐渐接近最后达到同步运行,振荡会逐渐消失;如不能牵入同步,两侧机组则必须解列。能否同步化的关键是系统两侧功率及传送功率在稳态时能否平衡。非同步振荡可能对系统有大的冲击,一般会大过短路电流。由于各种设备的设计和制造都是按照故障短路电流校核电动力作用下的动稳定性以及热稳定性,所以发生超出系统短路故障的更大电流是极为危险的,它对发电机组和设备可能产生破坏性故障。因此,只有在审慎安排的情况下,才允许牵入同步过程的存在。
在现代发电机组容量日益增大、电网规模日趋扩大、调节控制手段日益增多的电力系统中,还存在以下两种形式的振荡:①低频振荡。由于系统中发电机组的电联系相对薄弱,阻尼特性很弱,因而在快速励磁调节的作用下产生负阻尼,系统受到扰动后发生长时间不衰减的振荡。现代电力系统中遇到的这种振荡,频率范围常在0.1~2.5赫。②次周期振荡。由于大型发电机组(长轴)的机械参数和电设备的电磁参数相互匹配而产生的频率略低于同步频率的振荡。
实际电力系统中,振荡事故的发生往往可能是上述几种振荡的交替发生。例如,1974年5月28日中国西北330千伏超高压电力系统发生的振荡事故,先是在220千伏线路发生短路跳闸甩负荷,随后造成330千伏线路同步振荡,失去同步约3秒,造成非同步振荡约10秒,再同步成功后,又进入同步振荡,而后衰减到新的稳态运行方式,全过程约30秒。