0 引言

随着新能源高比例并网与电力电子设备广泛应用，电力系统呈现显著“电力电子化”特征，传统同步机主导的系统动态特性被打破，振荡问题频发且机理更复杂，严重威胁系统安全稳定运行。本文立足电力电子化电力系统的动态特性，深入探究振荡的产生机理、诱发因素及演化规律，系统研究振荡识别诊断与抑制方法。研究旨在揭示电力电子化场景下振荡的本质特征，为振荡问题的精准防控提供理论支撑与技术参考，助力高比例新能源电力系统安全稳定运行。

1 电力电子化电力系统振荡的基础理论与产生机理

1.1 电力电子化电力系统的核心特征与建模基础

电力电子化电力系统的核心特征体现为传统同步发电机占比下降，换流器、逆变器等电力电子设备成为能量转换与传输的核心环节，导致系统惯量显著降低、阻尼特性变弱，呈现强非线性与低惯性的动态特征。系统建模需突破传统电力系统的线性化建模思路，重点考虑电力电子设备的控制策略与非线性特性，采用端口特性建模、状态空间建模等方法，构建涵盖换流器控制环节、新能源发电单元及电网拓扑的整体模型。通过精准刻画设备动态响应与系统交互机制，为后续振荡机理分析与抑制方法研究提供可靠的模型支撑，确保对系统振荡行为的描述符合实际运行特性^[1]。

1.2 振荡的关键诱发因素与分类机制

电力电子化电力系统振荡的关键诱发因素包括设备层面与系统层面两类。设备层面主要涉及换流器控制参数不匹配、控制策略设计不合理，以及设备自身非线性特性引发的动态交互；系统层面则涵盖新能源出力波动、电网拓扑结构变化、负荷特性差异等因素，这些因素共同作用导致系统出现振荡风险。根据振荡频率、参与主体及产生机理，可将振荡分为低频振荡、次同步振荡与高频振荡三类。低频振荡主要与系统惯量及阻尼特性相关，次同步振荡多由换流器控制与电网谐振相互作用引发，高频振荡则与电力电子设备快速响应特性密切相关，明确振荡分类是精准分析其产生机理的前提。

1.3 典型振荡模式的动态演化机理

不同类型振荡模式的动态演化机理存在显著差异。低频振荡的演化过程体现为系统惯量中心的动态摇摆，当系统阻尼不足时，新能源出力波动或负荷变化引发的扰动会通过设备间交互不断放大，导致振荡幅值持续增加；次同步振荡的演化与换流器控制策略的动态响应紧密相关，换流器的电流控制、功率控制环节与电网阻抗形成谐振回路，在特定工况下引发次同步频率的振荡，且可能随着新能源渗透率提升而加剧；高频振荡则由电力电子设备的快速开关动作与控制响应主导，设备间的电磁耦合与控制延时会导致高频振荡的产生与传播，其演化速度快、影响范围广，对系统安全构成严重威胁。深入剖析典型振荡模式的动态演化机理，可为振荡抑制方法的设计提供针对性依据^[2]。

2 电力电子化电力系统振荡的识别诊断与抑制方法

2.1 振荡特征提取与模式识别技术

振荡特征提取与模式识别是实现振荡精准诊断的核心环节，需综合运用时域、频域及模态分析方法，从海量运行数据中深度挖掘振荡的本质特征与演化规律。通过同步相量测量装置实时采集母线电压、支路电流等关键电气量数据，采用小波包变换、经验模态分解等先进信号处理技术，精准提取振荡信号的时域幅值、频率分量、衰减系数、脉冲宽度等关键特征参数；基于模态分析理论，结合特征值分解、Prony算法等数学工具，系统识别振荡模态的频率、阻尼比、参与因子及模态形状，明确振荡的主导模态、传播路径与影响范围。在此基础上，融合机器学习算法构建振荡模式智能分类模型，利用特征参数的差异化特征实现电晕放电、表面放电、内部放电、次同步振荡、低频振荡等不同类型振荡的自动识别与精准分类，为后续针对性抑制策略的制定提供科学、可靠的诊断依据^[3]。

2.2 基于控制策略优化的振荡抑制方法

基于控制策略优化的振荡抑制方法，核心是通过调整电力电子设备的控制参数或改进控制逻辑，增强系统阻尼特性，从源头抑制振荡的发生与发展。针对电力电子变换器，重点优化其内环电流控制与外环功率控制策略，通过引入虚拟阻抗、阻尼控制模块，动态调整控制增益与相位补偿系数，提升系统对振荡信号的响应速度与抑制能力；基于模型预测控制理论，结合系统实时运行数据构建动态预测模型，精准预判系统状态变化趋势，提前优化控制指令，实现振荡的主动抑制与预判防控；同时结合自适应控制算法，实时捕捉系统运行工况与振荡特征的动态演变规律，自动适配调整控制参数，确保在新能源出力波动、负荷变化等不同运行场景下，均能稳定发挥振荡抑制作用，保障电力电子化电力系统的安全稳定运行。

2.3 基于硬件拓扑改进的振荡抑制技术

基于硬件拓扑改进的振荡抑制技术，核心是通过优化电力系统硬件结构或增设专用辅助装置，从根源上提升系统抗振荡能力与动态稳定性。在新能源场站出口、区域电网联络线等关键输电节点，增设静止同步补偿器、可控串联补偿器等柔性交流输电装置，通过灵活调节系统等效阻抗、动态补偿无功功率，有效抑制振荡模态的激发与传播；优化电力电子变换器拓扑结构，采用模块化多电平拓扑替代传统两电平拓扑，提升变换器的动态响应速度、电压质量与运行稳定性，减少因设备自身非线性特性引发的振荡源；在振荡敏感型输电线路上，针对性配置阻尼电阻、无源滤波器或有源电力滤波器等装置，精准抑制特定频率的振荡分量，降低振荡幅值与传播范围，同时削弱设备间电磁耦合作用，为电力电子化电力系统构建全方位的硬件抗振荡防护体系，保障系统安全稳定运行。

3 结语

本文围绕电力电子化电力系统振荡机理及抑制方法展开系统研究，明确了电力电子化电力系统的核心特征与建模基础，剖析了振荡的关键诱发因素、分类机制及典型振荡模式的动态演化机理，构建了涵盖特征提取、模式识别、控制优化与硬件改进的完整振荡防控技术体系。研究成果不仅揭示了电力电子化场景下振荡的本质规律，为振荡问题的精准诊断与有效抑制提供了理论支撑和技术参考，也为高比例新能源并网背景下电力系统的安全稳定运行提供了重要保障。未来可进一步结合数字化、智能化技术，深化振荡机理的量化分析，优化抑制策略的动态适应性，为构建新型电力系统、推动新能源高效利用提供更有力的技术支撑。

参考文献

[1]赵国生,王洪光,李辉.抑制电力系统低频振荡的磁控变压器附加控制[J].南方电网技术,2025,19(2):28-35.

[2]胡家兵,朱建行,郭泽仁,侯云鹤,郭剑波.电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题[J].中国电机工程学报,2024,44(18):7349-7360+I0020.

[3]姜齐荣,王亮,谢小荣.电力电子化电力系统的振荡问题及其抑制措施研究[J].高电压技术,2017,43(4):1057-1066.