在電力系統正常運行時，所有發電機都以同步轉速旋轉，這時并列運行的各發電機之間相位沒有相對變化，系統各發電機之間的電勢差為常數，系統中各點電壓和各回路的電流均不變。當電力系統由于某種原因受到干擾時（如短路、故障切除、電源的投入或切除等），這時并列運行的各同步發電機間電勢差相角差將隨時間變化，系統中各點電壓和各回路電流也隨時間變化，這種現象稱為振蕩。

　　電力系統的振蕩有同步振蕩和異步振蕩兩種情況，能夠保持同步而穩定運行的振蕩稱為同步振蕩，導致失去同步而不能正常運行的振蕩稱為異步振蕩。

電力系統振蕩——產生的原因

　　1、輸電線路輸送功率超過極限值造成靜態穩定破壞；

　　2、電網發生短路故障，切除大容量的發電、輸電或變電設備，負荷瞬間發生較大突變等造成電力系統暫態穩定破壞；

　　3、環狀系統（或并列雙回線）突然開環，使兩部分系統聯系阻抗突然增大，引啟動穩定破壞而失去同步；

　　4、大容量機組跳閘或失磁，使系統聯絡線負荷增大或使系統電壓嚴重下降，造成聯絡線穩定極限降低，易引起穩定破壞；

　　5、電源間非同步合閘未能拖入同步。

　　系統振蕩最嚴重的后果是引起系統崩潰，輕則是各設備無法在額定工況下工作、系統保護誤動作。

電力系統振蕩——處理方式

　　1、由解裂裝置有計劃的進行解裂，以終止振蕩

　　2、放任繼電保護裝置在振蕩中自由動作。

　　該方式是西方一些國家長期的習慣做法。只要是機電保護裝置本身沒有問題，在系統振蕩中動作導致大面積停電任然被認為是正確的。該觀點的主要根源是這些國家的系統聯結較強，但這些觀點直接導致了美國幾次大停電。

　　3、調度處理

　　保持系統的穩定性，留待調度處理，我國處理振蕩的成功運行經驗。前提是發電機組、線路繼電保護裝置必須保證在振蕩中不誤動，對發電機而言主要是失步保護的整定，對線路保護主要是可靠的振蕩閉鎖。

電力系統振蕩——振蕩預防

　　1、提高穩定水平，電力系統的振蕩在小系統內是比較常見的，在大系統內發生的很少。但它的危害也是比較可怕的，是必須要預防的。

　　2、在小系統內發生較多，主要是在小系統內有很多不很穩定的負荷，系統內的電站都比較小，在它的負荷發生較大的變化時很難使系統穩定，也很可能發生震蕩。

　　3、在小系統內有時有的設備的安裝不合也有可能引起系統的振蕩。如開關處安的阻容吸收器大小的不合適而引起了一次系統的小小振蕩。

電力系統振蕩——特點

　　電力系統受到擾動或調節控制的誘發，由本身的電磁特性和機械特性而產生的一種動態過程，表現為電力系統中發電機的轉速、并列運行的發電機間的相對角度、系統的頻率、母線上的電壓、支路中的電流和功率產生波動、偏離正常值，振蕩中心的電壓有大幅度的跌落。不衰減和增幅的振蕩會破壞電力系統的正常運行，甚至損壞電工設備，導致系統的崩潰。所以通過分析，掌握電力系統的動態特性，采取措施，預防發生振蕩，抑制和消除已發生的振蕩，是保證電力系統安全運行的重要內容。

　　電力系統振蕩與電力系統穩定密切相關。根據電力系統穩定與否，分同步振蕩和非同步振蕩。如果系統是穩定的，則系統在受到擾動以后，產生的振蕩將在有限的時間內衰減，進而達到新的平衡的運行狀態，稱為同步振蕩。如果系統是不穩定的，則系統受到擾動后產生的振蕩將導致系統中發電機同步運行的破壞，進而過渡到非同步運行狀態，這種振蕩稱為非同步振蕩。其特征是系統將不能保持同一個頻率，并且所有的電參量和機械量的波動明顯地偏離額定值。非同步振蕩會對電力系統的安全產生嚴重的威脅，必須采取調節控制措施。在采取措施后可能再同步成功，即系統重新過渡到同步振蕩而最后達到新的平衡狀態。也可能再同步不成功，則必須進而采取措施將系統不同步的幾部分分解開來，以結束非同步振蕩。

　　在現代發電機組容量日益增大、電網規模日趨擴大、調節控制手段日益增多的電力系統中，還存在以下兩種形式的振蕩：

　　①低頻振蕩。由于系統中發電機組的電聯系相對薄弱，阻尼特性很弱，因而在快速勵磁調節的作用下產生負阻尼，系統受到擾動后發生長時間不衰減的振蕩。現代電力系統中遇到的這種振蕩，頻率范圍常在0.1～2.5赫。

　　②次周期振蕩。由于大型發電機組（長軸）的機械參數和電設備的電磁參數相互匹配而產生的頻率略低于同步頻率的振蕩。

　　實際電力系統中，振蕩事故的發生往往可能是上述幾種振蕩的交替發生。例如，1974年 5月28日中國西北330千伏超高壓電力系統發生的振蕩事故，先是在220千伏線路發生短路跳閘甩負荷，隨后造成330千伏線路同步振蕩，失去同步約3秒，造成非同步振蕩約10秒，再同步成功后，又進入同步振蕩，而后衰減到新的穩態運行方式，全過程約30秒。電力系統的振蕩有同步振蕩和異步振蕩兩種情況，能夠保持同步而穩定運行的振蕩稱為同步振蕩，導致失去同步而不能正常運行的振蕩稱為異步振蕩。

電力系統振蕩——與短路的主要區別

　　振蕩時系統各點電壓與電流值都是作往復性擺動，而短路時電流和電壓值是突變的。此外，振蕩時電流和電壓值的變化速度比較慢，而短路時電流和電壓值突然變化量很大。

　　振蕩時系統任何一點電流和電壓之間的相位角都會隨功角的變化而改變；而短路時，電流和電壓之間的角度基本是不變的。振蕩時系統三相為對稱的；而短路時系統可能會出現三相不對稱。

電力系統振蕩——系統振蕩時一般現象

　　1）發電機，變壓器，線路的電壓表，電流表及功率表周期性的劇烈擺動，發電機和變壓器發出有節奏的轟鳴聲。

　　2）連接失去同步的發電機或系統的聯絡線上的電流表和功率表擺動得最大。電壓振蕩最激烈的地方是系統振蕩中心，每一周期約降低至零值一次。隨著離振蕩中心距離的增加，電壓波動逐漸減少。如果聯絡線的阻抗較大，兩側電廠的電容也很大，則線路兩端的電壓振蕩是較小的。

　　3）失去同期的電網，雖有電氣聯系，但仍有頻率差出現，送端頻率高，受端頻率低并略有擺動。

電力系統振蕩——低頻振蕩

　　基本概念

　　發電機的轉子角、轉速，以及相關電氣量，如線路功率、母線電壓等發生近似等幅或增幅的振蕩，因振蕩頻率較低，一般在0.1-2.5Hz。電力系統低頻振蕩可以分為局部模態，區域間模態。

　　1）局部振蕩模式（Local modals），是指廠站內的機組之間或電氣距離較近的廠站機組之間的振蕩，這種振蕩局限于區域內，其影響范圍較小且易于消除。這種振蕩頻率較高，一般在 0.7～2.5Hz 之間。

　　2）區域振蕩模式（Inter-area modals），是指一部分機群相對于另一部分機群的振蕩，在聯系較薄弱的互聯系統中，耦合的兩個或多個發電機群間常發生這種振蕩。由于電氣距離較大，同時發電機群的等值發電機的慣性時間常數較大，其振蕩頻率較低，一般在 0.1～0.7Hz 之間。

　　產生的機理

　　從低頻振蕩發生研究至今，在機理方面的研究主要集中在以下幾個方面：

　　1） 負阻尼機理

　　根據線性系統理論分析，由于系統的調節措施的作用，產生了附加的負阻尼，抵消了系統的阻尼，導致擾動后振蕩不衰減或增幅振蕩。

　　1969年De mello和Concordia運用阻尼轉矩的概念對單機無窮大系統低頻振蕩現象進行了機理研究，指出： 由于勵磁系統存在慣性，隨著勵磁調節器放大倍數的增加，與轉子機械振蕩相對應的特征根的實部數值將由負值逐漸上升，若實部由負變正，會產生增幅振蕩。它揭示了單機無窮大系統增幅振蕩發生的機理，這一方法是基于線性系統理論，通過分析勵磁放大倍數和阻尼之間的關系來解釋產生低頻振蕩的原因。基于這種分析的原理和思想，該方法可進一步擴大到多機系統，通過線性系統的特征根來判斷系統是否會發生低頻振蕩。

　　該振蕩機理概念清晰，物理意義明確，有助于理解為何遠距離大容量輸電易發生低頻振蕩，已成為電力系統低頻振蕩的經典理論。

　　目前負阻尼振蕩機理大部分還停留在單機-無窮大系統中做理論分析和控制器設計，多機系統中僅有少數應用，這是因為阻尼轉矩的概念在多機系統中物理意義不夠明確，且多機系統中的阻尼計算比較困難。

　　2） 共振或諧振理論

　　電力系統低頻振蕩研究的是各同步發電機轉子間的相對搖擺穩定性，當系統中存在不能忽略的周期性擾動時，系統是非自治的，發電機轉子運動方程必須用二階常系數非齊次微分方程來描述。此時發電機轉子運動方程的解由通解和特解兩部分組成，通解與系統的阻尼有關，而特解則跟系統非自治性有直接的關系。如果周期性擾動的頻率與系統的固有低頻振蕩的頻率接近，轉子角的解中將有一個等幅不衰減的振蕩特解。隨著與阻尼有關的通解的衰減，余下的特解使得轉子角表現為不穩定的等幅振蕩。這就是低頻振蕩的強迫振蕩機理。

　　強迫振蕩機理與負阻尼機理有明顯的不同，它具有起振快，從受到擾動到振蕩到最大幅值一般只有兩到三個振蕩周期;功率在振蕩過程中基本保持等幅振蕩;擾動信號的頻率越接近系統的固有頻率，振蕩的幅值越大，當與系統固有頻率的差值超過一定的范圍時，將很難激發振蕩;振蕩消失的速度很快，一旦擾動振蕩源消失，功率振蕩將大幅度衰減。

　　3） 非線性理論機理

　　由于系統的非線性的影響，其穩定結構發生變化。當參數或擾動在一定范圍內變化時，會使得穩定結構發生變化，從而產生系統的振蕩。這一分析有別于線性系統，因為線性系統的穩定是全局性的，而非線性系統的穩定是局部的。電力系統低頻振蕩的非線性奇異現象以及表現為一種非周期的、似乎是無規則的突發性的機電振蕩混沌現象，都屬于該范疇。

　　在所有低頻振蕩機理中，負阻尼機理研究得最早也最成熟，這主要得益于線性系統理論的成熟，目前已經形成了一套比較完整的理論體系，并且在工程上得到實際應用。

電力系統振蕩——次同步振蕩

　　基本概念

　　大型汽輪發電機組的轉子軸系具有彈性，由于機械和電氣的相互作用，在特定條件下會自發振蕩。輸電線路的串聯電容補償、直流輸電、電力系統穩定器的不當加裝，發電機勵磁系統、可控硅控制系統、電液調節系統的反饋作用等，均有可能誘發、導致次同步振蕩（SSO）現象。有時也發生在發電機非同期并列或系統發生不對稱短路等大擾動后的暫態過程中。

　　工作原理

　　交流輸電系統中采用串聯電容補償是提高線路輸送能力、控制并行線路之間的功率分配和增強電力系統暫態穩定性的一種十分經濟的方法。但是，串聯電容補償可能會引起電力系統的次同步諧振（SSR，SubsynchronousResonance），進而造成汽輪發電機組的軸系損壞。次同步諧振產生的原因和造成的影響可以從三個不同的側面來加以描述，即異步發電機效應（IGE，InductionGeneratorEffect）、機電扭振互作用（TI，TorsionalInteraction）和暫態力矩放大作用（TA，TorqueAmplification）。對次同步諧振問題，主要關心的是由扭轉應力而造成的軸系損壞。軸系損壞可以由長時間的低幅值扭振積累所致，也可由短時間的高幅值扭振所致。

　　由直流輸電引起的汽輪發電機組的軸系扭振與由串聯電容補償引起的汽輪發電機組的軸系扭振在機理上是不一樣的，因為前者并不存在諧振回路，故不再稱為次同步諧振（SSR），而稱為次同步振蕩（SSO，SubsynchronousOscillation），使含意更為廣泛。