3.1 负阻尼机理

自治系统在扰动后表现为自由振荡，其稳定性主要取决于阻尼的正负。如果阻尼为正，则振荡衰减；如果阻尼为负，则系统出现增幅振荡，这便是低频振荡的负阻尼机理。负阻尼机理低频振荡的频率接近系统自然振荡频率。

3.2 强迫振荡理论

非自治系统在外施周期性扰动作用下表现为强迫振荡，这时即使阻尼为正系统依然发生振荡，阻尼的大小仅会影响振荡的幅值。电力系统强迫功率振荡的频率与扰动源的频率一致，扰动源是否存在对电力系统强迫功率振荡至关重要。

3.3 振荡机理分析

由于南方电网的本次低频振荡是由汽轮机阀门控制方式从单阀控制切换为顺序阀控制后导致的，因此需要对顺序阀控制方式下的阀门流量特性进行深入分析。顺序阀控制方式下的阀门流量特性如图8所示。图中，CV1—CV4分别为制造厂提供的第1—4个调节阀门开度流量曲线；TCV1—TCV4分别为实测的第1—4 个调节阀门开度流量曲线。 由图8 可以看出，汽轮机阀门流量特性实测曲线与制造厂提供的阀门流量特性曲线不一致，尤其是CV1和TCV1、CV2和TCV2之间差距较大。汽轮机控制系统是按照制造厂给出的阀门流量特性曲线来制定阀门流量指令修正函数的，这样会导致单阀控制切换为顺序阀控制后出现较大的扰动，激发调节阀门大幅度波动。仿真与实测的调节阀门波动情况分别如图9 和图10 所示。

对比图9 和图10 可见，汽轮机调节阀门仿真结果与低频振荡时调节阀门实测结果一致，阀门切换为顺序阀控制方式后，调节阀门开度在25%~100% 间大幅波动。上述调节阀门控制指令经过油动机和阀门实际流量特性函数后对应的等效阀位（调节阀门指令经过阀门流量特性函数后对应的流量）见图11。

阀门的大幅度摆动导致汽轮机流量发生波动，

从而导致汽轮机机械功率发生周期性摆动，见图12。

从图12 可以看出，阀门控制方式切换后，汽轮机机械功率出现较大幅值的周期性波动，其频率为0.171 Hz。

南方电网某电厂1 号机组发生的这次低频振荡属于单机相对电网的振荡。根据低频振荡基本理论，本地模式的低频振荡频率一般为0.7 ~ 2.5 Hz。模态分析结果表明，该机组本地模式低频振荡频率在1 Hz左右，而此次低频振荡的频率为0.171 Hz。因此，1 号机组低频振荡不是由负阻尼引起的本地模式振荡，而是由于阀门控制方式切换，导致汽轮机调节汽门大幅值振荡，引起汽轮机机械功率周期性波动，从而导致的电力系统强迫功率振荡。

4 结论

汽轮机阀门控制方式切换引发了多次电力系统低频振荡。针对南方电网某电厂汽轮机由单阀控制切换为顺序阀控制过程中引发的低频振荡现象，本文建立了考虑阀门流量特性的汽轮机及其控制模型，仿真分析了阀门控制方式切换引发电网低频功率振荡事件。研究表明，顺序阀控制方式下阀门流量特性修正函数与汽轮机阀门流量特性偏差较大，导致单阀控制切换为顺序阀控制后汽轮机调节汽门大幅值振荡，进而引起汽轮机机械功率持续振荡，其频率为0.171 Hz。在机械功率周期性扰动源作用下，电力系统发生了强迫功率振荡现象。为防止该类振荡现象的发生，需要对汽轮机阀门流量特性进行实测，定期更新汽轮机阀门控制系统中相应的阀门流量特性修正函数。