随着超大规模交直流全国互联电网的初步形成和“全球能源互联网”概念的提出,互联电网的规模将进一步由国家和地区扩展到全球。电网的大规模互联在提高发电和输电的经济性和可靠性的同时,也使得电网中的功率扰动源数量逐渐增多,如调速器故障、汽轮机压力脉动和水轮机输出功率波动,以及具有随机性和波动性的风电场、光伏电站和电动汽车等。而系统中持续的周期性功率扰动可能会引发电网的功率振荡,这种振荡被称为强迫功率振荡。更严重的是,当振荡频率接近系统自然振荡频率时,可能发生共振现象,造成整个电力系统的大幅功率振荡。强迫功率振荡起振快、振幅大、传播范围广,对电力系统的安全稳定运行造成严重危害。本论文围绕电力系统强迫功率振荡,在振荡监测(扰动源分析和振荡性质判别)以及抑制方法等多个方面展开了研究,主要工作如下:(1)研究了发电机的原动机及调速器中的不同扰动源,分析了不同类型原动机及调速器中不同位置扰动源对强迫功率振荡的影响。首先建立了考虑功率扰动源的电力系统模型,分析了强迫功率振荡的基本原理。在此基础上对原动机及调速器进行建模,深入研究其中可能存在的扰动源以及它们对强迫功率振荡的影响。通过理论分析和算例仿真对比研究了汽轮机和水轮机及它们的调速器中不同位置扰动源引发的强迫功率振荡的特点。所得研究结果对深入理解强迫功率振荡的发生机理和研究抑制措施具有重要的参考意义。(2)提出了一种基于复调制细化谱分析(Zoom-FFT)和反距离加权插值(IDW)的强迫功率振荡判别方法。通过对负阻尼机理低频振荡和强迫功率振荡进行频谱分析,研究两种低频振荡的频谱特征,并提炼振荡性质的判据。据此提出一种基于频域分析的强迫功率振荡判别方法。该方法采用Zoom-FFT分析振荡数据得到低频振荡的频谱,具有计算量小和分辨率高的特点,能够有效区别两种振荡的频谱特征。进一步采用IDW方法对所得频谱进行插值拟合,计算判断指标,并结合能量阀值和权重阀值来判断振荡的性质。最后,在四机两区仿真系统和华东电网实际系统中进行仿真验证,证明了所提方法的有效性、抗噪性和鲁棒性。(3)考虑扰动形式的多样性和电网振荡模态的复杂性,研究了扰动特性和振荡模态特性对强迫功率振荡响应的影响机理以及它们之间的数学关系。综合采用时域分析和频域分析方法,探究了扰动的表现形式、频率、幅值以及振荡模态的频率、阻尼比特性等与强迫功率振荡响应之间的数学关系,归纳分析其影响规律。通过数值计算和模型仿真对所得结论进行验证,所得结论为强迫功率振荡的抑制打下理论基础。(4)考虑强迫功率振荡特性和多种振荡模态,提出一种基于粒子群优化算法(PSO)的用于抑制强迫功率振荡的电力系统稳定器(PSS)参数设计方法。传统的PSS大多针对负阻尼机理低频振荡进行设计,而未考虑强迫功率振荡特性。本文在分析PSS抑制强迫功率振荡原理的基础上,针对强迫功率振荡设计目标函数,考虑强迫功率振荡模态特性分配加权因子,并采用PSO获得PSS参数。最后在四机两区系统中进行仿真验证,证明本方法对强迫功率振荡的抑制效果优于传统方法设计的PSS,并且保持了其抑制负阻尼机理低频振荡的良好效果。(5)基于强迫功率振荡的发生机理,研究了含有储能单元的静止同步补偿器(E-STATCOM)抑制强迫功率振荡的原理,理论分析并证明了其抑制强迫功率振荡能力的优越性。阐述了 E-STATCOM的结构与工作原理,通过建立包含E-STATCOM的电力系统模型,详细分析其注入的有功和无功功率对强迫功率振荡的影响机理。从理论上分析证明E-STATCOM完全抑制强迫功率振荡的可行性,以及相比于只能提供无功功率的STATCOM,E-STATCOM在抑制强迫功率振荡方面的优越性。(6)考虑强迫功率振荡具有持续能量注入的特征,从能量控制的角度提出了基于谐振控制器的E-STATCOM抑制强迫功率振荡的方法。采用谐振控制器对从扰动源所在区域流向系统其它部分的有功和无功功率分别进行闭环控制,使得向系统其它部分传播的强迫功率振荡被完全抑制。基于含有E-STATCOM的电力系统模型,从理论上分析了所提控制方法抑制强迫功率振荡的原理。此外,详细研究了采用所提方法时E-STATCOM的安装位置和所需容量的确定。在单机无穷大系统和四机两区系统中仿真验证了该方法的有效性。