【正文】 論文作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo) 師 簽 名： 日期： 年 月 日注：本聲明的版權(quán)歸西安交通大學(xué)所有，未經(jīng)許可，任何單位及個人不得擅自使用。本人如違反上述聲明，愿意承擔(dān)以下責(zé)任和后果：1. 交回學(xué)校授予的畢業(yè)證書；2. 學(xué)校可以在相關(guān)媒體上對作者本人的行為進(jìn)行通報；3. 本人按照學(xué)校規(guī)定的方式，對因不當(dāng)取得證書給學(xué)校造成的名譽損害，進(jìn)行公開道歉；4. 本人負(fù)責(zé)因論文成果不實產(chǎn)生的法律糾紛。從題目的選擇到最終的完成，陳教授都始終給與我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。由于本人的水平和經(jīng)驗有限，本設(shè)計難免會有不妥之處，敬請評閱我的畢業(yè)設(shè)計的老師批評和指正，我將不勝感激！致 謝參 考 文 獻(xiàn)[1] 朱 方，趙紅光，劉增煌 寇惠珍 大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的影響 [J] 《中國電機(jī)工程學(xué)報》 2007年第27卷第1期 ：18[2] PRABHA KUNDUR，Power System Stability and Control [M].北京：中國電力出版社，2002：24[3] CARSON W. TAYLOR ,Power System Voltage Stability[M].北京：中國電力出版社，2002：1214 [4] 倪以信，陳壽孫，張寶霖. 動態(tài)電力系統(tǒng)的理論分析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2002：134[5] 王永智，袁越，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定問題綜述[J] 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報184。再提出提高小干擾穩(wěn)定性的措施，并針對一些特殊的措施在PSASP環(huán)境下進(jìn)行仿真驗證。本篇論文主要完成了一下的工作：1. 對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的定義進(jìn)行整體的介紹，然后進(jìn)行分類介紹，即轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定兩大類，繼而在轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定中有分為小干擾穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行研究，最后又簡要地提出提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。所以，進(jìn)行無功補償就是提高電力網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的很好措施。同時，電壓下降過多的時候，由于負(fù)荷的功率因素迅速下降，所需要的無功功率劇增，加大了輸電線的電壓損耗，從而加快了電壓崩潰的過程。當(dāng)輸入的電磁功率大于輸出功率時，等值功率阻抗將增大，反之將減小。 電壓穩(wěn)定簡單系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點接受功率為： （）節(jié)點的電壓為 （）式中，為大系統(tǒng)的打壓，V為負(fù)荷端的電壓，為系統(tǒng)和線路的阻抗值，對應(yīng)相應(yīng)的阻抗角，為負(fù)荷的阻抗值，對應(yīng)相應(yīng)的阻抗角。所以在b點運行是不穩(wěn)定的。在a點運行時，如果受到擾動后轉(zhuǎn)差變?yōu)椋黾恿艘粋€微小的增量，則電磁轉(zhuǎn)矩將大于機(jī)械轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生加速性的不平衡轉(zhuǎn)矩，是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，轉(zhuǎn)差減小，最終恢復(fù)到點a運行。由式（）就可以做出異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差特性（）。系統(tǒng)的電壓下降會對異步電動機(jī)造成擾動，使負(fù)荷的穩(wěn)定受到破壞，將使負(fù)荷無法正常工作并從系統(tǒng)中切除。 電壓穩(wěn)定和負(fù)荷穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定和負(fù)荷穩(wěn)定關(guān)系概述 在電力系統(tǒng)的負(fù)荷中，主要成分是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電負(fù)荷。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)，以并聯(lián)電容器補償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實現(xiàn)對無功功率的連續(xù)無級動態(tài)補償。只要改變同步調(diào)相機(jī)的勵磁， 就可以平滑地改變它的無功功率地大小及方向， 因而可以平滑地改變所在地區(qū)的電壓。 無功補償?shù)闹饕侄瓮秸{(diào)相機(jī)實際上是不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運行的同步電動機(jī)【13】。當(dāng)無功功率損耗較大時，將引起系統(tǒng)電壓大幅度下降，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。無功功率不直接作為實際消耗之功，但無功功率的交換將引起發(fā)電和輸電設(shè)備上的電壓升降和電能損耗。所以，不能人為地將功角穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性區(qū)分開。 動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法電力系統(tǒng)是典型的動態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性也屬于一類動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析方法簡介電壓穩(wěn)定的分析方法可以分為兩類，一類是基于潮流方程的靜態(tài)分析法，另一類是基于微分代數(shù)方程的動態(tài)分析法。對于大型互聯(lián)電力系統(tǒng)，在所有發(fā)電機(jī)保持同步運行的前提下，負(fù)荷區(qū)域有可能發(fā)生電壓崩饋。（a）（b）分別表示這兩種極端的情況。 電壓穩(wěn)定性與功角穩(wěn)定性的關(guān)系客觀上只有一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定性或者不穩(wěn)定性。如果系統(tǒng)中至少有一個母線，其母線電壓的幅值隨著該母線注入無功功率的增加而降低，則該系統(tǒng)是電壓不穩(wěn)定的。 電壓穩(wěn)定性的概念及認(rèn)識 電壓穩(wěn)定性的概念電壓穩(wěn)定性，指的是正常運行情況下或遭受干擾后電力系統(tǒng)維持所有母線電壓在可以接受的穩(wěn)態(tài)值的能力。 總結(jié)區(qū)域電力網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性能是一個很重要的方面，提高暫態(tài)穩(wěn)定的方法也是多種多樣。在PSASP環(huán)境的仿真中，仍然假設(shè)（）在母線220kv與母線220kv2中間的一回線路中的間50%處發(fā)生金屬性三相短路故障。但是采用分裂導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)投入較多，所以一般只在220kv或者500kv以上的線路使用。 減小線路的電抗值根據(jù)線路的極限傳輸功率公式： 如果能減小電力網(wǎng)的電抗值，系統(tǒng)的極限傳輸功率將會上升。從實驗結(jié)果中的最大功角差曲線對比可以看出，在故障過程中快速切除發(fā)電機(jī)和負(fù)荷，可以使最大功角差曲線振蕩振幅減小，同時快速恢復(fù)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。這就是快速切除發(fā)電機(jī)和負(fù)荷聯(lián)合進(jìn)行的原因。 切除發(fā)電機(jī)和負(fù)荷在以上的等面積法則中，發(fā)電機(jī)組的輸入功率是一個恒定的值。如果故障能夠快速地切除，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在加速階段釋放出來的動能能夠順利轉(zhuǎn)化為電力網(wǎng)的勢能，且不會超出極限，這樣電力系統(tǒng)就能夠保持穩(wěn)定。大于，平衡被破壞，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加快，發(fā)出的多余能量將會以電網(wǎng)勢能的形勢儲存起來?？紤]到區(qū)域電網(wǎng)直接擔(dān)負(fù)對用戶供電任務(wù)，因此為保證供電的相對連續(xù)性和重合閘的可靠性，計算中選取重合閘無電流時間為12s。由于區(qū)域電網(wǎng)的輸電電壓等級以220kv 為主，故障類型選用三相金屬性故障。 區(qū)域電力網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法暫態(tài)穩(wěn)定計算的條件如下【11]：(1)應(yīng)考慮在最不利地點發(fā)生金屬性短路故障；(2)發(fā)電機(jī)模型在可能的條件下，應(yīng)考慮采用暫態(tài)電勢變化甚至次暫態(tài)電勢變化的詳細(xì)模型(在規(guī)劃階段允許采用暫態(tài)電勢恒定的模型)；(3)繼電保護(hù)、重合閘和有關(guān)自動裝置的動作狀態(tài)和時間，應(yīng)結(jié)合實際情況考慮；(4 )考慮負(fù)荷特性。第二：發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等一次設(shè)備和二次自動裝置的數(shù)學(xué)模型，即微分方程: Y =G (X ， Y) 其中 ， 為微分方程求解的變量。另一類是分步積分法，根據(jù)一步步求出的系統(tǒng)變量軌跡，分析和判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若故障切除時間增大，與也將隨之增大，至到與對稱的一點(180)時，是暫態(tài)穩(wěn)定的極限情況，對應(yīng)于此時的，為臨界切除角，相應(yīng)的故障切除時間則稱為臨界切除時間。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)械功率來不及變化，于是功率過剩，使發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子加速，發(fā)電機(jī)的內(nèi)電動勢角也相對于無窮大系統(tǒng)電壓而不斷增大。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析方法 等面積法則 以如下的簡單單機(jī)無窮大系統(tǒng)作為分析對象。 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(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)過一個暫態(tài)過程能否達(dá)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)或恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)的能力。自動勵磁調(diào)節(jié)器可以提高功率極限和穩(wěn)定運行范圍，但是由于調(diào)節(jié)器的某些環(huán)節(jié)會產(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)阻尼就會完全抵消并超過系統(tǒng)固定有得正阻尼，是系統(tǒng)等效阻尼為負(fù)值，這時系統(tǒng)將將自發(fā)振蕩而失去穩(wěn)定，使勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)功能受到限制。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)。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。（3）采用按頻率減負(fù)荷裝置。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。 做出以下簡單電力系統(tǒng)的功率特性圖： 在最高點的左邊部分0，系統(tǒng)受到小擾動后，能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。對于式()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，為一個正實根和一個負(fù)實根即和有隨時間不斷單調(diào)增加的趨勢，發(fā)電機(jī)相對于無窮大系統(tǒng)非周期性地失去同步故系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。可以用其系數(shù)矩陣的特征值來判斷系統(tǒng)在初始運行方式下能否穩(wěn)定。對于一臺發(fā)電機(jī)接入大系統(tǒng)的情況，若無自動電壓調(diào)節(jié)器（即勵磁電壓保持不變）時，其失穩(wěn)經(jīng)常是由于缺少足夠的同步轉(zhuǎn)矩。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)。從而有助于減少轉(zhuǎn)速差和功角差。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)體的運動定律加速或者減速。這里所謂的小干擾指干擾強度足夠小的干擾，可以使系統(tǒng)受到干擾后的運行狀態(tài)和干擾前運行狀態(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，通過對系統(tǒng)線性化模型的研究來判斷系統(tǒng)維持當(dāng)前運行點的能力。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)定性問題（功角穩(wěn)定）分為小干擾穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩種。（2） 為了合理配置各種繼電保護(hù)和自動裝置并正確整定器參數(shù)。(2)在編制年運行方式時,在預(yù)計負(fù)荷增長及新設(shè)備投運基礎(chǔ)上,選擇典型方式進(jìn)行潮流計算,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。 在PSASP環(huán)境下的短路計算假設(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。對于以上實驗得出的潮流計算結(jié)果，主要通過分析各個節(jié)點的電壓幅值和線路的潮流量。同時，三相短路的后果最嚴(yán)重，故經(jīng)常作為電力網(wǎng)設(shè)計的依據(jù)。其他類型的都是不對稱短路。（3）違規(guī)操作。 區(qū)域電網(wǎng)的短路計算 短路計算概述電力系統(tǒng)正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法也逐漸引入潮流計算。因此平衡節(jié)點注入的有功功率必須平衡全系統(tǒng)的注入有功功率和有功功率損耗，而不能直接給定，這就是稱它為平衡節(jié)點的原因。（3）平衡節(jié)點。待求量是注入的無功功率Q和電壓的相位。這類節(jié)點對應(yīng)于實際系統(tǒng)中的純負(fù)荷節(jié)點（如變電所母線）、有功和無功給定的發(fā)電機(jī)節(jié)點（包括節(jié)點上帶有負(fù)荷的）、以及聯(lián)絡(luò)節(jié)點（注入的有功和無功都等于0）。由式（）可見，節(jié)點的注入功率方程和節(jié)點電壓相量之間呈非線性關(guān)系，而為要求得各個節(jié)點的電壓相量， 需要聯(lián)立求解這組非線性方程。，PV節(jié)點較少等等。對可能引起不安全的預(yù)想事故并按其對系統(tǒng)導(dǎo)致后果的嚴(yán)重程度排序后，也需要進(jìn)行精確的潮流計算來復(fù)核。 潮流計算的意義電力系統(tǒng)潮流計算是進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行分析的一項基本計算，用以確定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行情況。同時，在分析研究的過程中，具體探討提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施和原理，并通過計算實例分析證明采取的措施是有效的，是可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。 本文主要工作介紹本論文結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)自身的特點，分析和總結(jié)了地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定計算分析的方法以及提高地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的一般措施。對于瞬間短路故障，采用自動重合閘裝置對暫態(tài)穩(wěn)定和事故后的靜態(tài)穩(wěn)定，都有很好的作用。依靠這樣的控制器，可以補償系統(tǒng)的無功、提高電網(wǎng)的功率傳輸能力，并使系統(tǒng)潮流更加可控，使直流影響交流功率傳輸?shù)?個主要參數(shù)(電壓、相角、阻抗)按系統(tǒng)的需要迅速調(diào)整。電力系統(tǒng)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，為確保功率傳輸質(zhì)量，電力系統(tǒng)在損失一定的電源后也往往需要切除部分負(fù)荷裝置來保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，目前系統(tǒng)中切除負(fù)荷時間的整定原則是，當(dāng)系統(tǒng)損失一定量的電源后立即啟動切負(fù)荷裝置，考慮到通道的傳輸時間以及裝置的延時以及裝置的延時等因素。以往用高壓開關(guān)進(jìn)行投切的電氣制動裝置，由于受到開關(guān)固有的慣性、機(jī)械摩擦、滅弧時間等一系列因素的限制，不能準(zhǔn)確、及時、靈活地投切制動電阻，從而限制了制動的作用。4) 電氣制動。切機(jī)作為提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的控制措施已經(jīng)有多年的研究歷史并得到了實際的應(yīng)用。電力系統(tǒng)受到很大的擾動后，發(fā)電機(jī)因軸上出現(xiàn)不平衡功率使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生劇烈相對運動，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行。但是，減少發(fā)電機(jī)電抗 和增加發(fā)電機(jī)的慣性常數(shù)，需要增加材料消耗，增大電機(jī)尺寸和重量，這不是經(jīng)濟(jì)合理的辦法。目前發(fā)電機(jī)勵磁附加穩(wěn)定控制、切除發(fā)電機(jī)、切除負(fù)荷、汽氣輪機(jī)快速關(guān)氣門、電氣制動、系統(tǒng)解列都是較為廣泛采用的穩(wěn)定措施。維持電網(wǎng)穩(wěn)定的控制措施就是針對這個機(jī)理而進(jìn)行的[7]。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)綜合考慮兩者所產(chǎn)生的影響【5】。但是它們之間常存在千絲萬縷的聯(lián)系。通常認(rèn)為電壓穩(wěn)定破壞是同負(fù)荷特性相關(guān)聯(lián)的，從而電壓穩(wěn)定性有時也稱為負(fù)荷穩(wěn)定性。電壓崩潰是指系統(tǒng)發(fā)生一系列事故后導(dǎo)致一