【正文】 振蕩時(shí) , 電力系統(tǒng)具有較高的功率極限 , 一般也就具有較高的運(yùn)行穩(wěn)定度。從這些概念出發(fā) , 可以得出提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的一般原則 : 盡可能地提高電力系統(tǒng)的功率極限 。 抑制自發(fā)振蕩的發(fā)生 。 盡可能減少發(fā)電機(jī)相對(duì)運(yùn)行的振蕩幅度。 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，都難免會(huì)受到可能的小干擾，電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是研究電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式下遭受微小擾動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。本文針對(duì)電 力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，闡述了小干擾分析法的理論基礎(chǔ)及其在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)建立電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行詳盡的算例分析 本文采用的 解決電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題的方法 本文采用了小干擾法對(duì)簡(jiǎn)單的單機(jī)電力系統(tǒng) 的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。小干擾法的基本原理事李雅普諾夫?qū)τ谝话惴€(wěn)定性系統(tǒng)的理論。 任何一個(gè)系統(tǒng)中，可以用下列參數(shù) ,......),( 21 xx 的函數(shù) ,.....),( 21 xx? 表示時(shí)， 因某種微小的擾動(dòng)使其參數(shù)發(fā)生了變化，其函數(shù)變?yōu)?, . . . . . ),( 2211 xxxx ????? ；若其所有參數(shù)的微小能量趨近于零（當(dāng)微小擾動(dòng)消失后），則認(rèn)為系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 課題研究的成果和意義 經(jīng)過(guò)三年半的大學(xué)本科理論的學(xué)習(xí)，雖然已基本掌握理論知識(shí)，但對(duì)理論的實(shí)踐應(yīng)用還是空白。通過(guò)大四下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，拓展知識(shí)視野和應(yīng)用能力。同時(shí)鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力和知識(shí)運(yùn)用能力。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 第 2 章 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性簡(jiǎn)析 電力系統(tǒng)的基本概念 電能的生產(chǎn)、輸送、分配、使用是同時(shí)進(jìn)行的，所用的設(shè)備構(gòu)成一個(gè)整體。通常將生產(chǎn) 、變換、輸送、分配電能 的設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器、 輸配電力線(xiàn)路等，使用電能的設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、 電爐、電燈等，以及測(cè)量、繼電保護(hù)、控制裝置乃至能量管理系統(tǒng)所組成的統(tǒng)一整體，稱(chēng)為電力系統(tǒng)。 運(yùn)行特點(diǎn)和要求 （１）電能生產(chǎn)、輸送、分配和使用特點(diǎn) ａ 電能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)、國(guó)防和日常生活之間的關(guān)系都很密切。 ｂ 電能不能大量?jī)?chǔ)存。 ｃ 電力系統(tǒng)中的暫態(tài)過(guò)程十分迅速。 ｄ 對(duì)電能質(zhì)量的要求比較嚴(yán)格。 （２）對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求 ａ 保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 ｂ 保證良好的電能質(zhì)量。 ｃ 保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì)性。 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本概念 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性指的是正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)承受 微小 的、瞬時(shí)出現(xiàn)但是有立即消失的擾動(dòng)后，恢復(fù)到他原有的運(yùn)行狀況的能力；或者這種擾動(dòng)雖不消失，但可用原有的運(yùn)行狀況近似的表示新運(yùn)行狀況的可能性。這也就是電力系統(tǒng)在受到微小擾動(dòng)下的穩(wěn)定性，而這種擾動(dòng)后可理解為任意不懂于零的無(wú)限小擾動(dòng)。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 正因?yàn)槿绱?，任意描述電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的非線(xiàn)性方程式，都可在原始運(yùn)行點(diǎn)附近線(xiàn)性化。換言之，電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性涉及的數(shù)學(xué)問(wèn)題將是解線(xiàn)性化了的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 方程式組的問(wèn)題。 針對(duì)上述電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的定義，有如下兩點(diǎn)說(shuō)明； （ 1） 定義中的小擾動(dòng)指系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷的小波動(dòng)或者運(yùn)行點(diǎn)的正常調(diào)節(jié)。由于擾動(dòng)小，因此不必像暫態(tài)穩(wěn)定那樣直接求解微分方程和代數(shù)方程，在得到系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡后判穩(wěn) ， 而可采用線(xiàn)性化的方法 ， 將一個(gè)本質(zhì)為非線(xiàn)性的暫態(tài)問(wèn)題化為線(xiàn)性問(wèn)題 ?然后用線(xiàn)性系統(tǒng)的理論 。 由其特征根在復(fù)平面上的位置判斷穩(wěn)定。這種方法稱(chēng)為小擾動(dòng)法。與此同時(shí) ， 人們通過(guò)實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)了一些判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的實(shí)用判據(jù) ， 其簡(jiǎn)單直觀 ， 對(duì)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)尤為便利 ， 可作為小擾動(dòng)法的補(bǔ)充。可以說(shuō) ， 擾動(dòng) 法是分析電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本方法 。 而實(shí)用判據(jù)法是在一定假設(shè)前提下用來(lái)判定電力系統(tǒng)靜穩(wěn)的簡(jiǎn)單判斷條件。也可以說(shuō) ， 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性在擾動(dòng)小且無(wú)換路情況下的一種特例。換言之 ， 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的方法可用于靜態(tài)穩(wěn)定性 ， 有的靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題仍可用暫穩(wěn)方法解決 ， 但由于靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題較為簡(jiǎn)單而無(wú)此必要 ， 于是采用了較為簡(jiǎn)單的小擾動(dòng)法。 （ 2） 所謂周期失步是指 ： 系統(tǒng)受擾后形成周期性振蕩 ， 振蕩的幅值隨時(shí)間越來(lái)越大 ， 無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行而失步 ， 也稱(chēng)為自發(fā)振蕩。所謂非周期失步是指 ， 系統(tǒng)受擾后不形成振蕩 ， 但幅值 隨時(shí)間單調(diào)增大 ， 同樣無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行而失步 ， 也稱(chēng)為滑行失步。前者具有正實(shí)部的共軛復(fù)根 (簡(jiǎn)稱(chēng)正實(shí)共軛根下同 ),后者則具有正實(shí)根?？傊??有特征根位于復(fù)平面的右半部分 ,故系統(tǒng)不穩(wěn)定。由此可推理 ,如系統(tǒng)的特征根為負(fù)實(shí)共軛根 ,則將為周期性減幅振蕩 ,能穩(wěn)定運(yùn)行 ,如系統(tǒng)的特征根為負(fù)實(shí)根 ,則將為周期性單調(diào)減幅運(yùn)動(dòng) ,也能穩(wěn)定運(yùn)行 。 電力系統(tǒng)兩大國(guó)際組織國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議 (INTERNATIONAL COUNCIL ON LARGE ELECTRIC SYSTEMS, CIGRE)和國(guó)際電氣與電子工 程師學(xué)會(huì)電力工程分會(huì) (Institute of Electrical and Electronic Engineers, Power Engineering Society，IEEE PES) 穩(wěn)定定義聯(lián)合工作組 IEEE/CIGRE 最新提出的電力系統(tǒng)穩(wěn)定定義和分類(lèi)與行標(biāo) DL 7552020 中的定義和分類(lèi)有所不同。 IEEE/CIGRE 和行標(biāo) DL 7552020 均認(rèn)為電力系統(tǒng)穩(wěn)定是一個(gè)整體性問(wèn)題，客觀上只有穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，但依據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性、擾動(dòng)大小和時(shí)間框架的不同，系統(tǒng)失穩(wěn)可表現(xiàn)為多種不同的形 式。為識(shí)別導(dǎo)致電力 系 統(tǒng)失穩(wěn)的主要誘因，在分析特定問(wèn)題時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 化假設(shè)以及采用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ秃?計(jì)算 方法，從而安排合理的方式、制定提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平的控制策略、規(guī)劃和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)， IEEE/CIGRE 和行標(biāo) DL7552020 均將電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定，這種分類(lèi)對(duì)于分析和解決電力系統(tǒng)實(shí)際穩(wěn)定問(wèn)題十分必要，也 有助于正確理解和有效處理電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。 表 給出了兩種定義的比較與對(duì)應(yīng)關(guān)系。電力系統(tǒng)簡(jiǎn)要分類(lèi)圖如圖 所示。 比較項(xiàng) IEEE/CIGRE 航標(biāo) DL7552020 功角 穩(wěn)定 小干擾功角穩(wěn)定 短期過(guò)程 靜態(tài)穩(wěn)定 小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 大干擾功角穩(wěn)定 短期過(guò)程 暫態(tài)穩(wěn)定 大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 第一、二搖擺過(guò)程 短、長(zhǎng)期過(guò)程 電壓穩(wěn)定 小干擾電壓穩(wěn)定 短、長(zhǎng)期過(guò)程 靜態(tài)電壓穩(wěn)定 大干擾電壓穩(wěn)定 短、長(zhǎng)期過(guò)程 大干擾電壓穩(wěn)定 短、長(zhǎng)期過(guò)程 頻率穩(wěn)定 短、長(zhǎng)期過(guò)程 短、長(zhǎng)期過(guò)程 表 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 圖 （ 1）功角穩(wěn)定 IEEE/CIGRE 從數(shù)學(xué)計(jì)算方法和穩(wěn)定預(yù)測(cè)的角度，將功角穩(wěn)定分為小干擾功角穩(wěn)定和大 干擾功角穩(wěn)定。在這種分類(lèi)下，小干擾功角穩(wěn)定認(rèn)為擾動(dòng)足夠小，從而可采用基于線(xiàn)性化微分方程的小干擾穩(wěn)定分析方法來(lái)研究，而大干擾功角穩(wěn)定必須基于保留電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)因素的非線(xiàn)性微分方程加以研究。小干擾功角穩(wěn)定可通過(guò)特征根分析以預(yù)測(cè)和判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，而大干擾功角穩(wěn)定可基于時(shí)域仿真預(yù)測(cè)和判斷穩(wěn)定性。 IEEE/CIGRE 認(rèn)為，小干擾功角穩(wěn)定研究的時(shí)間框架通常是擾動(dòng)之后的 10~20 s 時(shí)間，第一擺失穩(wěn)的大干擾功角穩(wěn)定研究的時(shí)間框架通常是擾動(dòng)之后的 3~5 s 時(shí)間，振蕩失穩(wěn)的大干擾功角穩(wěn)定研究的時(shí)間框架通常延長(zhǎng)到擾動(dòng)之 后 10~20 s 的時(shí)間。因此， IEEE/CIGRE 將功角穩(wěn)定 (小干擾功角穩(wěn)定和大干擾功角穩(wěn)定 )歸為短期穩(wěn)定問(wèn)題。 IEEE 和 CIGRE 在早前各自給出的電力系統(tǒng)穩(wěn)定的定義中曾將 “動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 ”作為功角穩(wěn)定的一種穩(wěn)定形式。但因?yàn)?“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 ”在北美和歐洲分別表示不同的現(xiàn)象：在北美，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定一般表示考慮控制 (主要指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制 )的小干擾穩(wěn)定，以區(qū)別于不計(jì)發(fā)電機(jī)控制的經(jīng)典 “靜態(tài)穩(wěn)定 ”；而在歐洲卻表示暫態(tài)穩(wěn)定。為避免應(yīng)用 “動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 ”這一術(shù)語(yǔ)造成的混亂，IEEE/CIGRE 在新的定義中不再采用 “動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 ”的術(shù)語(yǔ)表示 。 行標(biāo) DL 7552020 從穩(wěn)定物理特性和數(shù)學(xué)計(jì)算方法的角度，將功角穩(wěn)定細(xì)分為靜態(tài)穩(wěn)定、小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。這種分類(lèi)既考慮了失穩(wěn)的不同原因，又兼顧了受到擾動(dòng)的大小從而可以采用不同的分析方法加以研功角 穩(wěn)定性 電壓 穩(wěn)定性 小干擾功角穩(wěn)定性 暫態(tài)穩(wěn)定性 大干擾電壓穩(wěn)定性 小干擾電壓穩(wěn)定性 短 期穩(wěn)定性 短期穩(wěn)定性 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 頻率 穩(wěn)定性 短期穩(wěn)定性 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 究。行標(biāo) DL7552020 中，靜態(tài)穩(wěn)定的物理特性是指與同步力矩相關(guān)的小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，主要用以定義系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故后運(yùn)行方式下的靜穩(wěn)定儲(chǔ)備情況。小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的物理特性是指與阻尼力矩相關(guān)的小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，主要用于分析系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故后運(yùn)行方式下的阻尼特性。暫態(tài)穩(wěn)定的物理特性是指與同步力矩相關(guān)的大擾動(dòng)后第一、二搖擺的穩(wěn)定性，用以確定系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定極限和穩(wěn)定措施。大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的物理特性是指與阻尼力矩相關(guān)的大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，主要用于分析系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定后的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。行標(biāo) DL7552020 中，暫態(tài)穩(wěn)定 (同步轉(zhuǎn)矩不足 )和大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 (阻尼轉(zhuǎn)矩不足 )都是受到大擾動(dòng)之后的功角穩(wěn)定性，因此需采用基于微分方程的時(shí)域分析方法。由上述分析可以看出，IEEE/CIGRE 依據(jù)擾動(dòng)的大小，對(duì)功角穩(wěn)定分為小干擾功角穩(wěn)定和大干擾功角穩(wěn)定，而子類(lèi)中不再具體細(xì)分是由哪種原因?qū)е碌姆€(wěn)定問(wèn)題。行標(biāo) DL 7552020 同時(shí)考慮穩(wěn)定物理特性和數(shù)學(xué)計(jì)算方法的不同，將功角穩(wěn)定細(xì)分為靜態(tài)穩(wěn)定 (在小擾動(dòng)下由于同步力矩不足引起的小干擾功角穩(wěn)定 )、小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 (在小擾動(dòng)下由于阻尼力矩不足引起的小干擾功角穩(wěn)定 )、暫態(tài)穩(wěn)定在大擾動(dòng)下由于同步力矩不足引起的大干擾功角穩(wěn)定 )和大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 (在大擾動(dòng)下由于同步阻尼力矩 不足引起的大干擾功角穩(wěn)定 )。 （ 2）電壓穩(wěn)定 對(duì)于電壓穩(wěn)定， IEEE/CIGRE 從數(shù)學(xué)計(jì)算方法和穩(wěn)定預(yù)測(cè)的角度，將電壓穩(wěn)定分為小干擾電壓穩(wěn)定和大干擾電壓穩(wěn)定。行標(biāo) DL 7552020 同樣從數(shù)學(xué)計(jì)算方法和 穩(wěn)定預(yù)測(cè)的角度，將電壓穩(wěn)定分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定和大干擾電壓穩(wěn)定，該靜態(tài)電壓穩(wěn)定與 IEEE/CIGRE 中的小干擾電壓穩(wěn)定是對(duì)應(yīng)的。對(duì)于大干擾電壓穩(wěn)定，IEEE/CIGRE 和行標(biāo) DL 7552020 均認(rèn)為既可以是由于快速動(dòng)態(tài)負(fù)荷、 HVDC 等引起的快速短期電壓失穩(wěn)，也可以是由慢動(dòng)態(tài)設(shè)備如有載調(diào)壓、恒溫負(fù)荷和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流限制等引起的長(zhǎng)過(guò)程電壓失穩(wěn)。對(duì) 于 小 干 擾電壓穩(wěn)定 ( 靜態(tài)電壓穩(wěn)定 ) ， IEEE/CIGRE 認(rèn)為在給定運(yùn)行點(diǎn)，電力系統(tǒng)受到諸如持續(xù)負(fù)荷增加、連續(xù)控制、離散控制 (有載調(diào)壓使功率恢復(fù) )等可 能導(dǎo)致電壓失穩(wěn)，這種小干擾電壓失穩(wěn)可以是一種