次同步振蕩是指在電力系統中，由直流輸電引起的汽輪發電機組的軸系扭振現象。這種現象不同于傳統的次同步諧振，后者是由串聯電容補償引起的。次同步振蕩問題自1970年代以來引起了廣泛關注，特別是在1971年美國Mohave電站發生的事故之后。
原理
次同步振蕩是在交流輸電系統中采用串聯電容補償時可能出現的現象。這種補償方法雖然能夠提高線路輸送能力和增強電力系統暫態穩定性，但也可能導致電力系統的次同步諧振。次同步諧振的原因和影響可以從異步發電機效應、機電扭振互作用和暫態力矩放大作用等方面理解。次同步振蕩問題的主要關注點在于由扭轉應力導致的軸系損壞，這種情況既可以由長時間的低幅值扭振累積引起，也可能由短時間的高幅值扭振導致。
直流輸電
直流輸電引起的次同步振蕩與串聯電容補償引起的次同步諧振在機理上有區別。直流輸電系統輸送的功率與網絡頻率無關，因此對汽輪發電機組的頻率振蕩和次同步振蕩均不起阻尼作用。然而，僅此一點不足以導致次同步振蕩的不穩定。只有在一系列不利因素共同作用時，才會出現次同步振蕩不穩定，這些因素包括汽輪發電機組與直流輸電整流站的距離、與交流大電網的連接強度以及額定功率等因素。
不穩定原因
直流輸電系統不穩定的原因包括多個方面，如汽輪發電機組與直流輸電整流站的距離過近、與交流大電網的連接薄弱、額定功率在同一數量級上等。當汽輪發電機組與交流大電網的連接較弱時，常規電力負荷的阻尼作用基本無效。此外，當直流輸電系統的輸送功率主要由附近汽輪發電機組提供時，功率振蕩主要發生在直流輸電整流站和附近汽輪發電機組之間。如果直流輸電系統與附近汽輪發電機組的額定容量相近，情況會更加嚴重。逆變站附近的汽輪發電機組不受直流輸電系統的影響，因為它們不向直流輸電系統提供功率，而是與逆變站并列運行，供電給常規負荷。
影響因素
影響電力系統次同步振蕩問題數學模型和計算方法的因素包括原始數據的詳細程度和正確性、次同步振蕩的類型以及研究目的。
分析方法
分析電力系統次同步振蕩問題的方法可分為兩類：篩選法和精確分析法。篩選法主要用于分析電力系統是否會發生次同步振蕩以及哪些機組會發生次同步振蕩。這類方法的特點是所需原始數據少，計算方法簡單，物理概念明確，所得結果近似，可作為進一步精確分析的基礎。典型代表有頻率掃描分析法和機組作用系數法。精確分析法可以較為精確和定量地研究次同步振蕩的詳細特性，但需要詳細的原始數據。典型代表有復轉矩系數法、特征值分析法和時域仿真法。這些方法的共同特點是需要較詳細和精確的原始數據，如發電機組的軸系參數，直流輸電系統控制器的結構和參數等。采用特征值分析法和時域仿真法，所能研究的網絡規模不能太大，通常需要對實際網絡作一定的簡化后才能進行分析。在規劃階段，采用此類方法進行實際的計算和分析是比較困難的。
頻率掃描分析法
頻率掃描分析法是一種近似的線性方法，用于篩選出具有潛在SSR問題的系統條件，并確認不對SSR問題起作用的系統部分。具體做法是模擬相關系統，使用正序網代替除待研究發電機外的其他發電機，并使用次暫態電抗等值電路模擬待研究發電機。通過計算不同頻率下的等效阻抗，可以初步評估次同步諧振的三個方面問題。頻率掃描法可以確定是否存在異步發電機效應、機電扭振互作用和暫態力矩放大作用。對于已確認的SSR問題，其嚴重程度需要通過其他模型進行校核。
機組系數法
機組作用系數法是一種定量的篩選工具，用于表征發電機組與直流輸電系統相互作用的強弱。該方法通過計算機組作用系數UIF來判斷發電機組與直流輸電系統之間是否有顯著的相互作用。當UIF小于0.1時，可以認為無需對次同步振蕩問題進行進一步研究。UIF法所需的原始數據少，不需要了解直流輸電控制系統特性和發電機組軸系參數，使得判斷新規劃或設計的直流輸電系統是否會引起次同步振蕩變得容易。
復轉矩系數法
復轉矩系數法通過對發電機轉子相對角度施加小值振蕩，計算電氣復轉矩和機械復轉矩，從而分析系統在特定頻率下的振蕩特性。當機械彈簧系數和機械阻尼系數加上電氣彈簧系數和電氣阻尼系數趨近于零時，系統處于臨界狀態。如果此時機械阻尼系數和電氣阻尼系數小于零，則系統對于該頻率的軸系振蕩模式是不穩定的。
特征值分析法
特征值分析法利用系統的小擾動線性化模型，計算特征值、特征向量及相關因子，分析軸系扭振模式及其阻尼特性，以及軸系質量塊的扭振幅度和相位的相對關系。該方法可以找出與扭振模式強相關的質量塊，進行靈敏度分析，并設計控制器以抑制次同步振蕩。缺點是對系統的描述只用正序網絡，求特征值的矩陣階數高，難以適應多機電力系統的情況。
時域仿真法
時域仿真法通過數值積分的方法一步步求解描述整個系統的導數方程組，可以詳細模擬發電機、系統控制器，以及系統故障、開關動作等各種網絡操作。該方法可以計及各種非線性因素的作用，既是研究大擾動下次同步振蕩的基本工具，也是研究小擾動下次同步振蕩的重要手段。缺點是難以鑒別各個扭振模式和阻尼特性，對次同步振蕩產生的機理、影響因素及預防對策不容易提供信息，且在用于小擾動下次同步振蕩的研究時，存在需要較長仿真時間和將機械阻尼轉化為質量彈簧模型下的阻尼等問題。
參考資料 >
次同步振蕩、同步振蕩、異步振蕩、低頻振蕩及其區別.百度文庫.2024-10-31
次同步振蕩,次同步振蕩的定義.與非網.2024-10-31
次同步振蕩機理分析.百度文庫.2024-10-31