随着跨区大电网互联,电网规模的扩大和结构的日益复杂,超高压交直流超长距离输电和各种新能源及电力电子设备的接入,电能供应实现了全国范围的资源优化配置,极大提高了现有电网的经济性和可靠性,然而与此同时,电力系统的稳定性问题也日益凸显,威胁着电网的安全稳定运行。当规模庞大的电力系统中的发电机原动机及调速器、励磁系统、负荷波动等扰动中存在周期性扰动时,就会引发系统的强迫振荡,尤其当强迫振荡的频率接近系统的弱阻尼振荡模式的固有频率时,会造成共振,引起扰动源被放大很多倍,产生大幅值的强迫振荡。当该振荡模式的阻尼比为0时,振荡幅值达到最大,造成严重的共振效应。本文针对电力系统的强迫振荡,研究了多种将扰动源定位到发电机及发电机控制设备的方法,本文的具体工作如下:(1)提出了一种运用未知输入观测器(Unknown Input Observer,UIO)进行扰动源隔离,从而实现强迫振荡扰动源设备定位的方法。首先建立了电力系统的线性化模型,来自原动机及调速器、励磁系统的典型的扰动源被视为未知输入包含在电力系统的线性化模型中。然后提出了一种基于UIO和故障隔离的系统化的扰动源定位方法,根据由UIO产生的模型响应和记录的系统运行数据的差别,运用结构化残差集建立了残差和扰动源的一对一的对应关系。根据不同残差对控制设备中的扰动源的不同灵敏度,使定位方法实现了设备级的扰动源定位。同时还讨论了扰动源的可检测性,以及其数值校核。仿真算例验证了该定位方法的有效性,并且定位结果能够精确到产生扰动源的发电机控制设备。(2)考虑到强迫振荡基本上由发电机侧的扰动源引起,提出了基于观测器灵敏度设计的扰动源定位法。利用广义KYP引理,根据传递函数矩阵的H_-/H_?范数特性,给出观测器对发电机内和发电机外的扰动源满足不同灵敏度分配的不等式约束。通过线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)合理优化和搜寻观测器的反馈矩阵,使得观测器残差能够对发电机内部的扰动源有较高灵敏度的同时,对发电机外部的来自电网的强迫振荡不灵敏(解耦),从而根据不同发电机的观测器残差的频谱就可以定位扰动源发电机。10机39节点算例和华北电网算例验证了定位方法的有效性、直观性和鲁棒性。(3)扰动源的设备定位对于振荡的精准消除具有重要意义,提出了基于模型响应功率谱密度预测的强迫振荡扰动源设备定位方法。提出了发电机模型响应的概念并进行了推导,并推导了发电机模型响应的功率谱密度预测法,对非扰动源发电机,可以根据发电机端电压(或电流)确定发电机模型响应的功率谱密度。预测的功率谱密度和实际的功率谱密度显著不吻合的发电机即是扰动源发电机。扰动源发电机中,不同控制设备中的扰动源对不同响应中的强迫分量项的影响不同,从而可进一步识别出扰动源所在的控制设备。10机39节点算例和华北电网算例验证了所提定位方法的有效性与直观性。(4)由于原动机和调速系统的周期性扰动是引发强迫振荡的主要原因,文中基于扩展的多机Phillips-Heffron模型,推导了从原动机侧扰动到发电机机械功率的传递函数矩阵,并阐明该矩阵在电力系统的实际参数范围内的主对角占优参数特征。据此,对于原动机侧周期性扰动、故障及参数异常等引发的振荡,具有最大机械功率功率谱密度的发电机原动机及调速器就是可能的扰动源。同时考虑了励磁和负荷侧扰动源对机械功率的影响,推导了从励磁和负荷侧扰动到机械功率的传递函数矩阵。结果表明,相比原动机侧扰动源,励磁和负荷侧扰动源对机械功率的影响很小。因此,将机械功率功率谱密度最大的发电机定位为扰动源是合理的。10机39节点算例和华北电网算例验证了所提定位方法的有效性与易行性。(5)提出了一种基于谱Granger因果分析和强迫振荡到达时间延迟估计的数据驱动的扰动源定位方法。阐述了Granger因果关系的基本概念和谱Granger因果关系的理论,给出了因果关系分析中AR模型的构建和基于主成分分析法的特征选择,提出了运用谱Granger因果分析进行强迫振荡扰动源定位。此外,为了对定位结果提供比较和验证,还提出了一种强迫振荡到达时间延迟估计方法,以确定不同发电机的强迫振荡到达的时间序列,从而区分扰动源发电机。采用互相关分析来估计振荡到达的时间延迟,最先振荡的发电机就是扰动源。算例分析验证了该方法的有效性,结果表明,该方法无需模型,只需少量的记录数据。