【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 R廠3104*S系統(tǒng)476300115N系統(tǒng)42824015 線路編號(hào)I側(cè)母線J側(cè)母線線路長(zhǎng)(km)正（負(fù)）序電抗標(biāo)幺值零序電抗標(biāo)幺值1E220KVD220KV1702D220KVC220KV1853E220KVC220KV304A220KVB220KV605B220KVC220KV2506B220KVC220KV230 注：計(jì)算時(shí)線路單位長(zhǎng)度的電抗為：X1=X2= ，X0＝3X1，線路阻抗角 。變電站名稱變壓器容量(MVA)變壓器類型變比短路電壓(%)繞組電抗標(biāo)幺值IIIIIIIIIIIIXIXIIXIIIA變20雙繞組220/35————（續(xù)）B變B140雙繞組220/1512————B260雙繞組220/1112————C變3120三繞組200/115/35176—D變490雙繞組220/1112————E變2120三繞組220/115/351760 在PSASP環(huán)境下潮流計(jì)算以100MVA為基準(zhǔn)容量，各母線的平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓，選擇S115kv母線為平衡節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)均為PQ節(jié)點(diǎn)。計(jì)算的具體環(huán)境如下（）： 區(qū)域電網(wǎng)的潮流計(jì)算環(huán)境計(jì)算出的結(jié)果如下：從結(jié)果表可以看出來(lái)，D220KV和B220KV變電站分別為送端變電站，輸出容量給系統(tǒng)，A220KV、C220KV、E220KV變電站均為受端變電站，接受從系統(tǒng)傳來(lái)的輸入功率。對(duì)于以上實(shí)驗(yàn)得出的潮流計(jì)算結(jié)果，主要通過(guò)分析各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和線路的潮流量。既要確保系統(tǒng)各個(gè)母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值不要過(guò)低或者過(guò)高，也要確保每個(gè)線路傳輸?shù)娜萘坎粫?huì)過(guò)高。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償和改變線路的參數(shù)（如使用FACTS設(shè)備）都可以實(shí)現(xiàn)潮流的優(yōu)化。最終都可以獲得滿意的潮流結(jié)果。 在PSASP環(huán)境下的短路計(jì)算假設(shè)在在PSASP環(huán)境的仿真中，假設(shè)在母線B220kv與母線C220kv中間的一回線路中的0%處發(fā)生金屬性三相短路故障。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的三相短路計(jì)算，可以對(duì)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，可以及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。 潮流計(jì)算和短路計(jì)算總結(jié)潮流計(jì)算式電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)，所以在對(duì)區(qū)域電力網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析之前，有必要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算。此外，對(duì)區(qū)域電力網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算也有其他重要意義，具體表現(xiàn)在以下方面：(1)在電網(wǎng)規(guī)劃階段,通過(guò)潮流計(jì)算,合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn),合理規(guī)劃網(wǎng)架,選擇無(wú)功補(bǔ)償方案,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。(2)在編制年運(yùn)行方式時(shí),在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長(zhǎng)及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上,選擇典型方式進(jìn)行潮流計(jì)算,發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié),供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考,并對(duì)規(guī)劃、基建部門提出改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),加快基建進(jìn)度的建議。(3)正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算,用于日運(yùn)行方式的編制,指導(dǎo)發(fā)電廠開機(jī)方式,有功、無(wú)功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量要求。(4)預(yù)想事故、設(shè)備退出運(yùn)行對(duì)靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整方案。電網(wǎng)的短路計(jì)算有以下的意義：（1） 選擇有足夠機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。（2） 為了合理配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定器參數(shù)。（3） 在設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠的電力系統(tǒng)的主接線時(shí)，為了比較各種不同方案的接線圖，確定是否采取限流措施等。（4） 進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路對(duì)用戶工作的影響。正是由于第四個(gè)原因，在我們進(jìn)行穩(wěn)定分析之前，有必要先做短路計(jì)算。3 區(qū)域電力網(wǎng)的小干擾穩(wěn)定研究根據(jù)前面的分類方法，我們將電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定性問(wèn)題（功角穩(wěn)定）分為小干擾穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩種。本章內(nèi)容將主要介紹小干擾穩(wěn)定的基本概念和與小干擾穩(wěn)定的分析相關(guān)的基本原理。同時(shí)提出在小干擾情況下提高區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定性的措施，并在PSASP環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)仿真。 小干擾穩(wěn)定分析的基本概念電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在給定的運(yùn)行條件下，經(jīng)受了小干擾后，能恢復(fù)到受擾動(dòng)前或接近的可接受的運(yùn)行狀態(tài)的能力。這里所謂的小干擾指干擾強(qiáng)度足夠小的干擾，可以使系統(tǒng)受到干擾后的運(yùn)行狀態(tài)和干擾前運(yùn)行狀態(tài)相當(dāng)接近，可以不考慮干擾的具體形式和干擾源的具體位置，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)線性化模型的研究來(lái)判斷系統(tǒng)維持當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的能力。這類干擾主要對(duì)應(yīng)負(fù)荷和電源出力的細(xì)微起伏，系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)因?yàn)椴豢深A(yù)測(cè)的情況所產(chǎn)生的細(xì)微波動(dòng)等。由于電力系統(tǒng)中小干擾無(wú)時(shí)無(wú)處不在，確保系統(tǒng)運(yùn)行方式的小干擾穩(wěn)定性是系統(tǒng)運(yùn)行方式能夠?qū)崿F(xiàn)的最基本的條件之一。 小干擾穩(wěn)定分析的基本原理 小干擾穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩能量分析在穩(wěn)態(tài)條件下，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩和輸出的電磁轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速保持不變。如果系統(tǒng)受到干擾，平衡將遭到破壞，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子要旋轉(zhuǎn)體的運(yùn)動(dòng)定律加速或者減速。若一臺(tái)發(fā)電機(jī)一下子比其他發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)得快，則它的轉(zhuǎn)子角位置相對(duì)于其他轉(zhuǎn)得慢的發(fā)電機(jī)將會(huì)超前。按照前面介紹過(guò)的功率特性公式進(jìn)行分析，將要增大。如果是在穩(wěn)定條件下，產(chǎn)生的功角差將按功率特性關(guān)系將那些轉(zhuǎn)得慢的發(fā)電機(jī)的部分符合轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)得快的發(fā)電機(jī)。從而有助于減少轉(zhuǎn)速差和功角差。反之，如果一臺(tái)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由于沖擊負(fù)荷或者其他原因而減少，在穩(wěn)定條件下，也可以按照通過(guò)和其他發(fā)電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)移而恢復(fù)到平衡狀態(tài)。若超過(guò)某一極限，角度差的增加伴隨傳輸功率的減少，從而進(jìn)一步增大角度差而導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡。對(duì)于電力系統(tǒng)，擾動(dòng)后的同步電機(jī)電力轉(zhuǎn)矩的變化可以分解為以下兩個(gè)分量： （）式中：是與轉(zhuǎn)子角擾動(dòng)量同相的轉(zhuǎn)矩變化分量，稱為同步轉(zhuǎn)矩分量；為同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。是與轉(zhuǎn)速偏差同相的轉(zhuǎn)矩變化分量，稱為阻尼轉(zhuǎn)矩分量；為阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)。這樣，小干擾穩(wěn)定可能產(chǎn)生兩種形式的不穩(wěn)定：（1）由于缺乏足夠的同步轉(zhuǎn)矩而使轉(zhuǎn)子角度持續(xù)地增加。（2）由于缺乏足夠的阻尼轉(zhuǎn)矩而造成轉(zhuǎn)子角振幅的振蕩。系統(tǒng)對(duì)小干擾的響應(yīng)特性取決于初試運(yùn)行條件、輸電系統(tǒng)的強(qiáng)弱和所用發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制等因素【2】。對(duì)于一臺(tái)發(fā)電機(jī)接入大系統(tǒng)的情況，若無(wú)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（即勵(lì)磁電壓保持不變）時(shí)，其失穩(wěn)經(jīng)常是由于缺少足夠的同步轉(zhuǎn)矩。若裝有連續(xù)作用的電壓調(diào)節(jié)器，小擾動(dòng)問(wèn)題就是要保證系統(tǒng)有足夠的振蕩阻尼，通常的失穩(wěn)方式是增幅振蕩。 電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性分析 所示的電力系統(tǒng)時(shí)首先要列出描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程組如下： 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)這是一組非線性的狀態(tài)方程將它們線性化得出近似的線性微分方程組寫成矩陣形式如下： （）對(duì)于線性系統(tǒng)，其微分方程的特征方程的根，即其狀態(tài)方程系數(shù)矩陣的特征值，決定暫態(tài)過(guò)程的變化規(guī)律。對(duì)于非線性系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)線性化后，狀態(tài)變量偏移量的狀態(tài)方程也是線性的。可以用其系數(shù)矩陣的特征值來(lái)判斷系統(tǒng)在初始運(yùn)行方式下能否穩(wěn)定。如果所有的特征值都為負(fù)實(shí)數(shù)和具有負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。若改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式或參數(shù)，使得特征值中出現(xiàn)一個(gè)零根或?qū)嵅繛榱愕囊粚?duì)虛根，則系統(tǒng)處于穩(wěn)定的邊界。只要特征值中出現(xiàn)一個(gè)正實(shí)數(shù)或一對(duì)具有正實(shí)部的復(fù)數(shù)，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。對(duì)于式()這樣的二階微分方程組其特征值很容易求得即從下面的特征方程： 很明顯當(dāng) 小于零時(shí)，為一個(gè)正實(shí)根和一個(gè)負(fù)實(shí)根即和有隨時(shí)間不斷單調(diào)增加的趨勢(shì)，發(fā)電機(jī)相對(duì)于無(wú)窮大系統(tǒng)非周期性地失去同步故系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。當(dāng)大于零時(shí)， 為一對(duì)虛根從理論上講和將不斷地作等幅振蕩。振蕩頻率： 或者 （）一般為5 10s； 1 ，則f為1Hz 左右，故稱為低頻振蕩。若系統(tǒng)中存在著正的阻尼因素，則和作衰減振蕩即系統(tǒng)受到小干擾后，經(jīng)過(guò)衰減的振蕩最后恢復(fù)同步。 做出以下簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的功率特性圖： 在最高點(diǎn)的左邊部分0，系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后，能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。在最高點(diǎn)的右邊部分0，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。 在小干擾情況下，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性（靜態(tài)穩(wěn)定）措施有：（1）減少系統(tǒng)各元件的感抗。減少各元件的感抗，也就是提高線路的最大傳輸功率。在功率特性圖中：相當(dāng)于提高的值，這樣就提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定域度。其中： （2）采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（即勵(lì)磁電壓保持不變）時(shí)，就不會(huì)由于缺少足夠的同步轉(zhuǎn)矩而造成非振蕩模式的失穩(wěn)如。若電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)器，就可以有足夠的振蕩阻尼，不會(huì)導(dǎo)致增幅振蕩。（3）采用按頻率減負(fù)荷裝置。（4）增大電力系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率的備用容量。 在PSASP中小干擾試驗(yàn)（有無(wú)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的對(duì)比）在PSASP中建立如第二章所示的區(qū)域電力網(wǎng)，在以下幾個(gè)母線設(shè)置沖擊負(fù)荷，作為系統(tǒng)的小干擾。N35kv母線上所加的干擾：F35kv母線上所加的干擾：S115kv母線上所加的干擾：在電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的情況下，電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)無(wú)配備自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的情況下。，分別表示電網(wǎng)受到小干擾后最大功角差、最低頻率、最低電壓的情況。首先對(duì)比觀察兩種情況下最大功角曲線。其次看最低頻率曲線。所以，通過(guò)該試驗(yàn)結(jié)果表明，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和PSS可以很好地減小最大功角差，同時(shí)抑制其低頻振蕩。使區(qū)域電力網(wǎng)在小干擾情況下更好地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。圖 配備有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的小干擾波形 無(wú)配備有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的小干擾波形 區(qū)域小干擾穩(wěn)定性總結(jié)在一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)中，由于負(fù)荷的突然變化或者沖擊負(fù)荷的影響，小干擾問(wèn)題是很常見的問(wèn)題。所以控制好小干擾問(wèn)題，不讓小干擾問(wèn)題發(fā)展成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，是十分關(guān)鍵的。提高系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性的措施關(guān)鍵在提高系統(tǒng)的功率極限和系統(tǒng)的負(fù)阻尼系數(shù)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以提高功率極限和穩(wěn)定運(yùn)行范圍，但是由于調(diào)節(jié)器的某些環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出功率增大到一定程度，調(diào)機(jī)器的負(fù)阻尼就會(huì)完全抵消并超過(guò)系統(tǒng)固定有得正阻尼，是系統(tǒng)等效阻尼為負(fù)值，這時(shí)系統(tǒng)將將自發(fā)振蕩而失去穩(wěn)定，使勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)功能受到限制。所以要配備電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)器（PSS），增加系統(tǒng)的正阻尼減少振蕩，讓系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性能更好。4 第四章 區(qū)域電力網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定研究暫態(tài)穩(wěn)定作為電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的一個(gè)重要分支，在電力系統(tǒng)分析中有著重要的意義。本章將對(duì)電力網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，分別介紹電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定的概念、分析方法以及提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施，同時(shí)在PSASP的環(huán)境下對(duì)區(qū)域電力網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)(如大負(fù)荷的投入或切除及電力系統(tǒng)的短路故障)后，經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程能否達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的能力。系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)發(fā)生變化，系統(tǒng)潮流和發(fā)電機(jī)的輸出功率也隨之發(fā)生變化，從而破壞了原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的功率平衡，各發(fā)電機(jī)輸出功率的變化并不相同，使它們的轉(zhuǎn)速變化也不相同，這樣，各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間將因?yàn)檗D(zhuǎn)速不同產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)角度發(fā)生變化，而相對(duì)角度的改變又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓及發(fā)電機(jī)輸出電磁功率的變化。所以，由大擾動(dòng)引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程是一個(gè)有電磁暫態(tài)過(guò)程和發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)暫態(tài)過(guò)程交織在一起的復(fù)雜過(guò)程。暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是電網(wǎng)遭受每一次大擾動(dòng)后，引起電力系統(tǒng)各機(jī)組之間功角相對(duì)增大，在經(jīng)過(guò)第一或第二個(gè)振蕩周期不失步，作同步的衰減振蕩，系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓逐漸恢復(fù)。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析方法 等面積法則 以如下的簡(jiǎn)單單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)作為分析對(duì)象。 簡(jiǎn)單單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)假定在圖示線路上上發(fā)生金屬性三相短路故障，：發(fā)生故障前，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送出的有功功率為。以無(wú)窮大系統(tǒng)母線電壓為基準(zhǔn)(所謂無(wú)窮大系統(tǒng)，是指具有無(wú)限大慣性，內(nèi)阻抗為零的一個(gè)假想系統(tǒng)。它的內(nèi)電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值及相位角都相對(duì)于額定轉(zhuǎn)速固定不變，母線電壓和無(wú)窮大系統(tǒng)的內(nèi)電動(dòng)勢(shì)完全一樣)。在發(fā)生三相短路期間，電力網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)立即發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)送出有功功率減小，而輸入到發(fā)電機(jī)組的機(jī)械功率來(lái)不及變化，于是功率過(guò)剩，使發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子加速，發(fā)電機(jī)的內(nèi)電動(dòng)勢(shì)角也相對(duì)于無(wú)窮大系統(tǒng)電壓而不斷增大。到故障切除時(shí)，轉(zhuǎn)子角已增至，送電恢復(fù)，但此時(shí)的送電功率大于機(jī)械輸入功率，于是轉(zhuǎn)子開