中国期刊网关于电力系统稳定性分析与控制研究胡锐广东电网公司清远供电局摘要：我国电力建设已取得很大成就，通过大区互联基本实现了全国联网，然而近几十年国内外多次发生的大电网事故说明电力系统稳定控制的重要性。本文探讨了电力系统稳定性分析和控制的方法与措施。关键词：电力系统稳定性分析控制近十几年来，我国电力建设取得巨大成就，全国发电装机容量从1995年的2.17发展到2011底的10.56。我国已建成1000特高压交流输电线路和800特高压直流输电线路。大容量远距离输电技术的应用有利于大区电网互联，然而大电网的稳定运行也受到很大关注。从1965年北美大停电到2006年欧洲西部大停电，几十年里世界范围内发生了多起大电网停电事故。我国也发生过多次大电网解列事故，如2006年华中电网“7•1”事故等[1]。由于电力系统的运行对国民经济的影响举足轻重，即使停电很短的时间也会对经济运行造成很大的影响，产生巨大的经济损失。所以，电力系统的稳定性问题已成为电力工业的核心问题，也是电力运行部门最关注的问题。本文探讨了电力系统稳定性分析和控制的方法。电力系统的稳定性分析1.1关于电力系统的稳定性按照IEEE/CIGRE定义方法，电力系统的稳定性是指在某一指定的初始稳态运行工况下，电力系统受到干扰后，系统中大多数变量不超出其允许的运行范围，可以保持结构上的整体性，并能够重新恢复稳态运行的能力[2]。

1.2电力系统稳定性分类按照IEEE/CIGRE工作小组推荐的分类方法，将电力系统稳定性分为功角稳定、频率稳定和电压稳定三大类；其中频率稳定和电压稳定又分为小干扰的稳定和大干扰的稳定；根据受到干扰到恢复的持续时间，分为短期稳定性和长期稳定性（如图1所示）。小干扰指负荷经常性的随机变化，大干扰指输电线路上发生了短路故障或一台大容量发电机组突然退出运行所引起的干扰。对于小干扰，系统能够通过调整自身的运行状态快速恢复到稳定状态；而对于大干扰通常需要隔离故障元件并改变自身的结构。电力系统稳定性分类图需要指出的是稳定性分类方法并不止以上这一种。DL755-2001《电力系统安全稳定导则》将稳定性分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定。中国期刊网《电力系统安全稳定控制技术导则》则将稳定性分为静态稳定、暂态稳定、小扰动动态稳定、长过程动态稳定、电压稳定及频率稳定。分类方法的不同影响到所采用的数学建模和分析计算方法中的一些差异。1.3电力系统稳定性分析方法1.3.1概述电力系统是由发电机组（主要是汽轮机发电机组和水轮机发电机组）、电力负荷、各种电压等级的电力网络以及各类电力电子设备所构成的庞大而复杂的动力学系统。

研究如此复杂的系统，目前的做法是先建立电力系统元件和网络的模型，经过数学模型化后就可以使用数学工具进行分析和计算。随着计算机技术的发展，进行十分复杂的计算并不是很困难的事，但是系统越复杂、模型越精确，计算量就越大，相应地计算速度也越慢。根据分析计算的要求，需要在精度和速度之间适当平衡和取舍，故模型需要适当简化。用于分析电力系统稳定性的模型有同步发电机数学模型、励磁系统数学模型、原动机及调速系统数学模型、电力网络元件数学模型、电力系统负荷数学模型、高压直流或交流输电系统数学模型等。1.3.2小干扰稳定性分析方法电力系统小干扰（功角）稳定性主要表现在振荡失步，因振荡频率很低，也称为低频振荡，或者大致相当于DL755的静态稳定。小干扰稳定性分析主要考虑局部振荡和区间振荡两种模式。局部振荡发生在较小范围内，如厂站内机组之间或邻近厂站机组之间，当快速励磁装置引入负阻尼后所发生的振荡，典型频率范围为；区间振荡一般发生在较大范围内，如大型互联电网内部子系统之间联络线较弱时，因系统负阻尼发生振荡，频率范围大致是。由于上述特点，研究局部振荡只需对系统局部进行详细建模，对外部采用简化模型或系统等值的方法处理；而区间振荡则需要对系统大部分甚至全部进行详细建模。

对电力系统小干扰稳定性的分析，通常假定干扰足够小电力学论文，因此可以采用线性化的方法进行研究，主要分析的是干扰发生内的动态过程。目前，最常用的分析方法是特征值分析法，这是一种基于李雅普诺夫线性化的方法。1.3.3暂态稳定性分析方法暂态稳定性是指电力系统遭受较严重的大干扰后，各同步电机保持同步并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力，一般指保持第一或第二个振荡周期不失步，也称作大干扰功角稳定性。电力系统受到干扰后的暂态过程可能存在两种结局：一种是振幅衰减直到稳定状态（如图2情况1），这种情况是暂态稳定的；另一种是振幅不断加大，直到转子角度角度增加至失去同步（如图2情况2），这通常是同步转矩不足所致。还有一种情况摇摆之后也失去稳定（如图2情况3）电力学论文，这种不稳定是故障发生后系统阻尼不足所造成的。情况2的结局都称为暂态不稳定。中国期刊网转子角位移对大干扰的响应分析判断电力系统受到大干扰后是否继续维持稳定，主要是研究大干扰内各发动机转子之间相对角度随时间变化的规律，该规律用曲线表示即摇摆曲线，也就是图2所示的曲线。暂态稳定性分析方法主要有数值法和直接法，前者采用数值积分方法求解暂态过程的非线性微分方程，求出摇摆曲线并据此判断系统是否稳定；后者主要是基于能量函数直接求解的方法。

目前应用较多的还是数值法，直接法主要用于动态快速分析和对筛选出的严重事故以时域仿真法作精确分析。两种方法具互补性，因而两者结合起来是暂态稳定性分析的发展方向。1.3.3电压稳定性分析方法电压稳定性是系统受到干扰后维持电压的能力。与之相反的是电压崩溃，即由于电压不稳定导致系统内大面积、大幅度电压下降；如果下降不能停止，最终就发生电压崩溃。电压稳定性分析方法有：静态电压稳定分析法，如连续潮流法（图3）、直接法等；小干扰电压稳定性分析法；暂态电压稳定性分析法等。电力系统稳定控制2.1小干扰稳定控制主要采取增大系统阻尼的措施：利用PSS（电力系统稳定器）产生阻尼转矩，提高抗干扰能力；利用SVC（静止无功补偿器）增强小干扰稳定性；利用HVDC（高压直流输电系统）提高小干扰稳定性。2.2暂态稳定控制措施：快速切除故障，如采用快速断路器、继电器等；减少输电系统阻抗，如采用低漏抗值变压器、输电线串联补偿电容器等；并联补偿；发动机附近并联电抗器，通过投切电抗器提高系统稳定性；断路器按相操作；设置单相断路器；故障时切除发电机；快速励磁系统等。2.3电压稳定控制设计方面应用无功补偿装置、保护与控制协调、低压切负荷、变压器分接头调节、控制无功输出等；运行方面的措施主要是留有足够的电压稳定裕度和发电机备用容量、建立防止电压崩溃的运行策略等。

2.4恢复控制主要采用串行恢复和并行恢复，前者适合水电为主的系统、无长输电线小系统、服务区域紧凑的大系统；后者适合全黑启动。中国期刊网 结语现代电力系统日趋复杂和庞大，虽然借助自动化控制技术减少了故障发 生的概率，但从控制理论上并没有完全解决所有的问题，潜在的未知的故障隐患 并没有消除，仍然需要不断的进行研究总结和提高完善。 参考文献： 大电网事故分析与技术应用[M].北京：中国电力出版社，2008. 中国电气工程大典•第8卷•电力系统工程[M]. 北京：中国电力 出版社，2010.

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