【正文】 院 專業(yè) 年級： 姓名 設計（論文）成績設計（論文）題目電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析指導教師評語評定成績： 簽名： 年 月 日評閱人評語評定成績： 簽名： 年 月 日答辯小組評語答辯成績： 組長簽名： 年 月 日注：設計（論文）成績=指導教師評定成績（30%）＋評閱人評定成績（30%）＋答辯成績（40%）目錄摘要 5ABSTRACT 6前言 71．簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定 8 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析概述 8 8 10 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究方法和對象 14 動力學系統(tǒng)的穩(wěn)定性 142．小干擾法分析簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定 16 小干擾法分析簡單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定 16 列出系統(tǒng)狀態(tài)變量偏移量的線性狀態(tài)方程 16 根據(jù)特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 18 阻尼作用對靜態(tài)穩(wěn)定的影響 193．多機系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定近似分析 21 兩機系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析 21 實際算例模型求解 24 多機系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析 31謝辭 32參考文獻 33附錄 35附錄1 文獻翻譯——譯文 35附錄2 文獻翻譯——原文 41摘 要隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定問題越來越嚴重地威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析也成為一個十分重要的問題。保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)正常運行的必要條件。經(jīng)過三年半的大學本科理論的學習，雖然已基本掌握理論知識，但對理論的實踐應用還是空白。[[] Steinmetz C P. Power control and stability of electric generating stations[J]. Copyright 1920 by AIEE Transaction, 1215～1287]近幾十年來，世界各地發(fā)生了多起由于電力系統(tǒng)失穩(wěn)導的大停電事故，這些事故造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響，同時也反映出研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要意義。[[] 孫華東，湯涌，馬世英．，2006,30（17）：31～33]電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指在給定的初始運行方式下，一個電力系統(tǒng)受到物理擾動后仍能夠重新獲得運行平衡點，且在該平衡點大部分系統(tǒng)狀態(tài)量都未越限，從而保持系統(tǒng)完整性的能力。為便于分析和深入理解穩(wěn)定問題，根據(jù)擾動的大小將功角穩(wěn)定分為小干擾功角穩(wěn)定和大干擾功角穩(wěn)定。電壓穩(wěn)定性是指在給定的初始運行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)遭受擾動后系統(tǒng)中所有母線維持穩(wěn)定電壓的能力，它依賴于負荷需求與系統(tǒng)向負荷供電之間保持/恢復平衡的能力。大干擾電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭受大干擾如系統(tǒng)故障、失去發(fā)電機或線路之后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力?，F(xiàn)代社會政治、經(jīng)濟和文化生活的發(fā)展，以及人民生活水平的提高，不斷增加對能量的需求。電能需求的日益增長，促使發(fā)電設備的容量不斷增大，同時也擴大了供電的范圍。所以，在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，保證電力系統(tǒng)安全供電已成為電力系統(tǒng)正常運行的首要問題，也就是要求電力系統(tǒng)能量以一種質(zhì)量合格的電能對用戶連續(xù)供電，這也是電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析的意義。假如干擾是瞬時性的，一個靜態(tài)穩(wěn)定的電力系統(tǒng)將在干擾消失后，就回復到原始的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)；而在一個永久性干擾的作用下，將使電力系統(tǒng)經(jīng)歷一個暫態(tài)過程后，達到一個鄰近原始狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)運行方式。[[] 韓禎祥．電力系統(tǒng)穩(wěn)定．北京：中國電力出版社，1995年．11～12]這是研究電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。如圖1a所示，設發(fā)電機（或一個發(fā)電廠的等效發(fā)電機）的電勢E為恒定，經(jīng)過一電抗為xe的輸電線與電壓為恒定值U0的母線相連。當系統(tǒng)中出現(xiàn)某一微小的干擾，角度δ對穩(wěn)態(tài)運行點δ0的任何偏離，均將使功率發(fā)生不平衡（假定原動機的機械功率在此期間維持不變）。同樣的，如果小干擾使δ減小Δδ，電功率將小于原動機功率，轉子將加速，向原始的點1返回。同樣的，如果小干擾使δ減小，由于電功率大于原動機功率而使轉子減速，其結果是使δ向遠離點2的點1趨近。此角度稱為靜態(tài)穩(wěn)定極限角，它正好與功率極限值相一致。如果有一個根的實部為正值，電力系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的。這種方法的主要問題是求解高階代數(shù)方程式的困難。盡管這樣，時域法在今后相當長的一段時間里，仍將是研究電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及中長期動態(tài)過程的主要方法。設動力學系統(tǒng)處在某一平衡狀態(tài)，如果受到一個干擾后，系統(tǒng)最終回到初始平衡狀態(tài)，或者系統(tǒng)狀態(tài)收斂到與初始平衡狀態(tài)鄰近的另一個平衡位置，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果系統(tǒng)狀態(tài)隨著時間的增長，不斷偏離初始平衡位置，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。在式（15）中，如果，系統(tǒng)狀態(tài)變量對時間的變化率為零，也就是說，系統(tǒng)處于一種沒有任何產(chǎn)生變化趨勢的狀態(tài)，這就是所謂“平衡”狀態(tài)。相應于平衡狀態(tài)的坐標叫平衡點。 小干擾法分析簡單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定研究電力系統(tǒng)遭受小干擾后的暫態(tài)過程及其穩(wěn)定性的理論，是著名學者李雅普諾夫奠定的。[[] 韋鋼．電力系統(tǒng)分析要點與習題．北京：中國電力出版社，2008年5月．265～267] 列出系統(tǒng)狀態(tài)變量偏移量的線性狀態(tài)方程在簡單電力系統(tǒng)中只有一個發(fā)電機元件需要列出其狀態(tài)方程。對于簡單系統(tǒng)，其狀態(tài)變量可表示為 (22)帶入狀態(tài)方程(21)后得(23) (23)在上式中，將PE在d0附近按泰勒級數(shù)展開，略去偏移量的二次及以上的高次項，則可近似得PE與Dd的線性關系，即(24)PE = P0 + DPE = PT + DPE (24)將(24)帶入(23)后可得(25) (25)式(25)是系統(tǒng)狀態(tài)偏移量的線性微分方程組，其矩陣形式為(26) = (26)它的一般形式是(27)D = ADX (27)式中，A為狀態(tài)方程組的系數(shù)矩陣；DX為狀態(tài)變量偏移量組成的向量；D狀態(tài)變量的偏移量的導數(shù)所組成的向量。若系統(tǒng)中存在著正的阻尼因素，則Dd和Dw作衰減振蕩，即系統(tǒng)受到小干擾后經(jīng)過衰減的震蕩，最后恢復同步?？偟淖枘峁β士山票磉_為(211)PD = DDw (211)式中，D稱為阻尼功率系數(shù)。一般p為正實部的共軛根，系統(tǒng)受到小擾動后，Dd和Dw振蕩發(fā)散，即系統(tǒng)震蕩失穩(wěn)。設發(fā)電機暫態(tài)電動勢E’為恒定，它們對于某一參考坐標（例如負荷節(jié)點的電壓）的角度為d1和d2（嚴格講應為d’1和d’2），(b)所示。(a)的星形網(wǎng)絡變換成三角形網(wǎng)絡，即消去負荷節(jié)點，則網(wǎng)絡只含有發(fā)電機2兩個節(jié)點。將功率偏移量表示為Dd12的函數(shù)，即(32) (32)其中 (33)將DPE1和DPE1帶入轉子運動方程，再加上阻尼功率D1Dw1和D2Dw2，兩機系統(tǒng)的發(fā)電機轉子運動方程，即系統(tǒng)狀態(tài)方程為(34) (34)其矩陣形式為(35) (35)系數(shù)矩陣的特征方程為(36) (36)如果忽略阻尼功率D1=D2=0，式(36)轉化為(37) (37)可得特征方程的根為(38) (38)其中零根是因為未計阻尼，若計及正阻尼（已假設調(diào)節(jié)器配置適當，不產(chǎn)生負阻尼），此零根將為負實根。 實際算例模型求解[[] 邱曉燕，劉天琪. 電力系統(tǒng)分析的計算機算法. 北京：中國電力出版社,2009年8月．156～158]如圖兩機電力系統(tǒng)接線圖及其等值電路。0 0 0 0。、所以系統(tǒng)在給定運行條件下是穩(wěn)定的?？梢?，討論多機電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，仍是以小干擾法為理論基礎，首先列出各元件的微分方程，然后將它們綜合起來得全系統(tǒng)的微分方程組，最后根據(jù)全系統(tǒng)微分方程組的特征方程，求特征值判別系統(tǒng)是否為靜態(tài)穩(wěn)定。在此論文完稿之際，謹向我的導師表示崇高的敬意和由衷的感謝！光陰匆匆似流水，它一去不再回。在此，對我的母校的各位老師、同學一并表示衷心的感謝！另外，我還要感謝我的家人和朋友。本文提出一種機制，來解決傳輸界面和當?shù)匕l(fā)電機之間的偶然事故，而這些發(fā)電機對負荷中心的靜態(tài)電壓穩(wěn)定是至關重要的。一個負荷中心區(qū)有少量的發(fā)電廠，所以相應的大量電能需要依賴外界電廠?；谝陨鲜聦崳摵芍行膮^(qū)的電壓穩(wěn)定性更容易受到影響，所以電壓穩(wěn)定評估在負荷中心有著十分重要的作用。北京電力系統(tǒng)是華北電網(wǎng)最重要的一部分，同時也是中國最大的負荷中心之一。BPS和鄰近系統(tǒng)的聯(lián)絡由20條傳輸線路組成，其中包括14 500kV和6 220kV線路。然而在本文中，我們只把BPS當做研究對象。PV 和 VQ曲線通常用來對鄰近電壓不穩(wěn)定性的評估。盡管PV曲線在評估轉移或負荷限制中非常有用，但它不能識別無功不足的位置及其原因。通過VQ曲線，對意外事故后節(jié)點i無功功率儲存裕度的測量指數(shù)定義為：。本文采用上面這些標準和方法。當一條重要界面線路跳閘時，電能會轉移到其他界面線路，這樣就會增加其他元件的傳輸電量，同時減少整個界面的傳輸容量，從而負荷中心系統(tǒng)的兆瓦裕度將會減少。這里有20條傳輸線路通過界面連接BPS和其他系統(tǒng)。從另一種觀點來看，電壓不穩(wěn)定可以看作是電力系統(tǒng)的供給不能滿足消費者的需求（在靜態(tài)或動態(tài)條件下），特別是缺少的無功儲備對電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定性極其重要。當預測高峰電量等于9500 MW時，Table II中列出了BPS單一機組事故中斷時的VSA結果。設n為一個負荷中心系統(tǒng)發(fā)電機組正傳輸量元素的數(shù)量，每個元素i用一個任意變量ξi代替，i =1, 2, ..., n，ξi指的是分配量： (1)對一個當?shù)貦C組或一條界面線路來說，0狀態(tài)代表退出運行、1代表在額定容量下運行。當包含超過20個元素時，計算量是巨大的，甚至不可能的。如果生成狀態(tài)的概率超過規(guī)定水平（通常是95%），剩余狀態(tài)將被忽略。3. Local power plants cannot satisfy the local power demand。7. Cable lines are used widely in HV and MV networks and sometimes the percentage is very high, for example, in Beijing.By reason of the above facts, the load center area is more susceptible to voltage instability, so the VSA is of great importance for the power system in the load center. The VSA can be divided into offline and online assessments which deal with planning and operating aspects of power system respectively. The theories and methods on VSA have been summarized in detail in [2][4].In this paper, aiming at a specified load center, Beijing Power System (BPS), a static VSA framework considering practical request was built to aid the planning and operation of BPS.II. BEIJING POWER SYSTEM DESCRIPTION BPS is the most important part of North China Grid (NCG) and one of the biggest load centers in china. At and above 110kV BPS has over 5,822 km of lines and cables. The transmission network operates at 110kV, 220kV and 500kV and 220kV networks form the backbone of the tr