【正文】 對運動，其結(jié)果是轉(zhuǎn)子之間的相對角度發(fā)生變化，而相對角度的改變又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓及發(fā)電機輸出電磁功率的變化。本章將對電力網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性進行研究，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，同時在PSASP的環(huán)境下對區(qū)域電力網(wǎng)的穩(wěn)定性進行研究分析。所以要配備電力系統(tǒng)自動調(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。提高系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性的措施關鍵在提高系統(tǒng)的功率極限和系統(tǒng)的負阻尼系數(shù)。圖 配備有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的小干擾波形 無配備有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的小干擾波形 區(qū)域小干擾穩(wěn)定性總結(jié)在一個區(qū)域電網(wǎng)中，由于負荷的突然變化或者沖擊負荷的影響，小干擾問題是很常見的問題。所以，通過該試驗結(jié)果表明，自動勵磁調(diào)節(jié)器和PSS可以很好地減小最大功角差，同時抑制其低頻振蕩。首先對比觀察兩種情況下最大功角曲線。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)電機裝設有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的情況下，電網(wǎng)的發(fā)電機無配備自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的情況下。（4）增大電力系統(tǒng)的有功功率和無功功率的備用容量。若電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)器，就可以有足夠的振蕩阻尼，不會導致增幅振蕩。其中： （2）采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置。減少各元件的感抗，也就是提高線路的最大傳輸功率。在最高點的右邊部分0，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。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)過衰減的振蕩最后恢復同步。當大于零時， 為一對虛根從理論上講和將不斷地作等幅振蕩。只要特征值中出現(xiàn)一個正實數(shù)或一對具有正實部的復數(shù)，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。如果所有的特征值都為負實數(shù)和具有負實部的復數(shù)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對于非線性系統(tǒng)，經(jīng)過線性化后，狀態(tài)變量偏移量的狀態(tài)方程也是線性的。若裝有連續(xù)作用的電壓調(diào)節(jié)器，小擾動問題就是要保證系統(tǒng)有足夠的振蕩阻尼，通常的失穩(wěn)方式是增幅振蕩。系統(tǒng)對小干擾的響應特性取決于初試運行條件、輸電系統(tǒng)的強弱和所用發(fā)電機的勵磁控制等因素【2】。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。對于電力系統(tǒng)，擾動后的同步電機電力轉(zhuǎn)矩的變化可以分解為以下兩個分量： （）式中：是與轉(zhuǎn)子角擾動量同相的轉(zhuǎn)矩變化分量，稱為同步轉(zhuǎn)矩分量；為同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。反之，如果一臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)速由于沖擊負荷或者其他原因而減少，在穩(wěn)定條件下，也可以按照通過和其他發(fā)電機之間的能量轉(zhuǎn)移而恢復到平衡狀態(tài)。如果是在穩(wěn)定條件下，產(chǎn)生的功角差將按功率特性關系將那些轉(zhuǎn)得慢的發(fā)電機的部分符合轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)得快的發(fā)電機。若一臺發(fā)電機一下子比其他發(fā)電機轉(zhuǎn)得快，則它的轉(zhuǎn)子角位置相對于其他轉(zhuǎn)得慢的發(fā)電機將會超前。 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，每臺發(fā)電機的輸入機械轉(zhuǎn)矩和輸出的電磁轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速保持不變。這類干擾主要對應負荷和電源出力的細微起伏，系統(tǒng)中設備參數(shù)因為不可預測的情況所產(chǎn)生的細微波動等。 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)在給定的運行條件下，經(jīng)受了小干擾后，能恢復到受擾動前或接近的可接受的運行狀態(tài)的能力。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)定的分析相關的基本原理。正是由于第四個原因，在我們進行穩(wěn)定分析之前，有必要先做短路計算。（3） 在設計和選擇發(fā)電廠的電力系統(tǒng)的主接線時，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。電網(wǎng)的短路計算有以下的意義：（1） 選擇有足夠機械強度和熱穩(wěn)定度的電氣設備。(3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算,用于日運行方式的編制,指導發(fā)電廠開機方式,有功、無功調(diào)整方案及負荷調(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。此外，對區(qū)域電力網(wǎng)進行潮流計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,通過潮流計算,合理規(guī)劃電源容量及接入點,合理規(guī)劃網(wǎng)架,選擇無功補償方案,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。實驗結(jié)果如下：通過對電網(wǎng)的三相短路計算，可以對電網(wǎng)的設計結(jié)構進行檢查，以便發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，可以及時進行維護。最終都可以獲得滿意的潮流結(jié)果。既要確保系統(tǒng)各個母線節(jié)點的電壓幅值不要過低或者過高，也要確保每個線路傳輸?shù)娜萘坎粫^高。計算的具體環(huán)境如下（）： 區(qū)域電網(wǎng)的潮流計算環(huán)境計算出的結(jié)果如下：從結(jié)果表可以看出來，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)傳來的輸入功率。 區(qū)域電網(wǎng)實例潮流計算和短路計算（在PSASP的環(huán)境下） 實例電網(wǎng)的數(shù)據(jù)在PSASP環(huán)境下搭建的實例電網(wǎng)如下：電網(wǎng)的數(shù)據(jù)如下：：名稱總?cè)萘浚∕VA）每臺機額定容量（MVA）額定電壓Ue（kV）額定功率因素正序電抗 ％負序電抗 ％最大最小W廠2*301511R廠3104*S系統(tǒng)476300115N系統(tǒng)42824015 線路編號I側(cè)母線J側(cè)母線線路長(km)正（負）序電抗標幺值零序電抗標幺值1E220KVD220KV1702D220KVC220KV1853E220KVC220KV304A220KVB220KV605B220KVC220KV2506B220KVC220KV230 注：計算時線路單位長度的電抗為：X1=X2= ，X0＝3X1，線路阻抗角 。況且，從短路計算方法看，一切不對稱短路計算，在采用對稱分量法后，都是歸結(jié)成對稱短路的計算的。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路時占絕大多數(shù)的，兩相短路較少，三相短路最少。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行一樣仍處于對稱狀態(tài)。（4）其他原因，例如挖溝損傷電纜等。（2）氣象條件惡化，例如打雷、大風等原因。發(fā)生短路時，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，并隨之產(chǎn)生復雜的暫態(tài)現(xiàn)象。對潮流計算的要求可以歸納為下面三點【14] ：（1）計算方法的可靠性或收斂性；（2）占用內(nèi)存少，計算速度快；（3）計算的方便性和靈活性。但是，到目前為止這些新模型和算法還不能取代牛頓法和PQ分解法的地位。近30年來，潮流問題算法的研究仍非?；钴S，但是大多數(shù)研究是圍繞著改進牛頓拉夫遜法和PQ分解法進行的。在潮流計算中，原則上可以取任何發(fā)電機節(jié)點為平衡節(jié)點，而通常取容量大出線較多的的發(fā)電機為平衡節(jié)點，以便當有功功率損耗估計出入較大的時候，對它注入的有功功率產(chǎn)生的影響較小。實際上，由于由于所有的PQ節(jié)點和PV節(jié)點的注入的有功功率都是已知的，而網(wǎng)絡的有功功率的損耗是未知的。在潮流計算中，必須設定一個平衡節(jié)點，其電壓的有效值給定，電壓的相位為0。有時將裝有無功補償?shù)淖冸娝妇€也處理為PV節(jié)點。這類節(jié)點通常為發(fā)電機節(jié)點，其有功出力給定，并有較大的無功容量調(diào)節(jié)能力。給定節(jié)點的注入有功功率P和電壓的有效值U。這類節(jié)點在系統(tǒng)中占絕多數(shù)，他們的節(jié)點電壓有效值和相位未知。給定節(jié)點注入的有功功率P和注入的無功功率Q。 潮流計算的節(jié)點分類在潮流計算中，給定的量應該是負荷的吸收功率，發(fā)電機的發(fā)出功率或者發(fā)電機的電壓。對于每個節(jié)點，設節(jié)點上發(fā)電機的發(fā)出功率為，（其中為發(fā)電機的發(fā)出有功功率，為發(fā)電機發(fā)出的無功功率；）負荷吸收的功率為，（其中為流出節(jié)點的有功功率，為流出節(jié)點的無功功率；）則節(jié)點的凈注入功率為： （）同時有節(jié)點導納矩陣可以得出： ， i=1，2，3…n （）聯(lián)合（）和（）式，并分開實部和虛部后，得 ， i=1，2，…，n （） ， i=1，2，…，n （）式（）就是當電壓用機坐標形式表示的功率平衡方程式，簡稱功率方程式，對于具有n個節(jié)點的系統(tǒng)來說，它包含2n個實數(shù)方程。，所關心的不是功率不平衡所導致的穩(wěn)定問題，而是線路過載和電壓越限的問題，前者出現(xiàn)的問題需要借助其他方法來解決。在某些時候，線路的充電電容忽略。 地區(qū)電網(wǎng)潮流計算的特點做區(qū)域電網(wǎng)潮流計算時，要考慮地區(qū)電網(wǎng)的特點[11]:，地區(qū)電網(wǎng)作為省級電網(wǎng)的下一級系統(tǒng)，一般都是從最高一級變電站引出的呈輻射狀的網(wǎng)絡，電壓等級在220kV或110KV 及以下，網(wǎng)架結(jié)構比較復雜，在網(wǎng)絡運行方式改變時可能短暫出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)結(jié)構或雙電源運行情況。對每一種預想事故進行元件(如支路，發(fā)電機)開斷模擬的分析時，為加快計算速度，也常應用潮流計算的某些中間結(jié)果。在電力系統(tǒng)暫態(tài)運行分析中，也要利用潮流計算來提供系統(tǒng)初始運行狀態(tài)的有關數(shù)據(jù)。潮流計算中，表征各節(jié)點運行狀態(tài)的參數(shù)是該點電壓向量及復功率，即V, ,P，Q,一般給出兩個運行參數(shù)為已知，求解另外兩個量。53 2 區(qū)域電網(wǎng)的潮流計算和短路計算 潮流計算的概述 潮流計算的定義和基本思路潮流計算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構，參數(shù)和發(fā)電機，負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)定運行狀態(tài)參數(shù)（電壓有效值V,電壓的相角 ,注入的有功功率P，注入的無功功率Q）的計算，是電力系統(tǒng)分析中的一項最基本的分析計算。第三：研究電壓穩(wěn)定問題，嘗試從負荷無功的角度來探討。第一：潮流計算分析，利用潮流計算的結(jié)果來分析電網(wǎng)中的弱點，從而改善電網(wǎng)結(jié)構，盡量減少可能引發(fā)穩(wěn)定性問題的隱患。通常，將失步解列控制作為穩(wěn)定控制的后備，是減輕失步造成的后果和防止系統(tǒng)大面積停電的重要措施。由等面積定則理論可知，采用自動重合閘可以增加減速面積，即可以吸收更多的沖擊動能，因而有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定8)電力系統(tǒng)的失步解列裝置。因為故障切除時間越短，故障期間所積累起來的沖擊能量越小，故障后的系統(tǒng)也容易趨于穩(wěn)定。FACTS 設備涵蓋了靜止無功補償(SVC)、可控硅控制的串聯(lián)補償器(TCSC )、新型靜止無功發(fā)生器(ASVG或者STATCOM )、可控硅制動電阻(TCBR)、可控硅控制的移相器(TCPS)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)以及高壓直流輸電(HVDC)等。FACTS用于描述基于大功率電力電子器件的控制器。有時，系統(tǒng)雖然是暫態(tài)穩(wěn)定的，某些聯(lián)絡線上的功率在后續(xù)搖擺中卻超過了限制，這時也需要切一定量的負荷以減小系統(tǒng)的后續(xù)搖擺，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。5) 切除負荷[9]。隨著電力電子技術的發(fā)展，把晶閘管用于控制電氣制動，可以準確地控制制動電阻的投切時間，甚至用簡單的相控方法就可以精確地控制制動功率，而且投切的次數(shù)不受限制。制動電阻投入越早，提高穩(wěn)定性效果越好，而當發(fā)電機在第一振蕩周期達到最大角度時，應使制動電阻切除，太長的電氣制動會使發(fā)電機回擺后在減速方向失去穩(wěn)定。由于水電廠調(diào)節(jié)閥門及水流的慣性較大，所以許多大型水電廠都把電氣制動(或者稱為動態(tài)電阻制動)作為一種提高暫態(tài)穩(wěn)定性的重要措施。目前，一般應用固定邏輯，通過查閱表或在線估算等方法來決定切機控制規(guī)律，包括是否需要切機以及切哪幾臺機。當電力系統(tǒng)在短路故障或輸電線路斷開后，為不使發(fā)電機加速而失去穩(wěn)定性，可以迅速切除部分送端發(fā)電機組，采用切機措施時還應考慮全系統(tǒng)的功率供需平衡問題。3) 切除發(fā)電機。如果原動機的調(diào)節(jié)很靈敏，使原動機的功率變化跟上發(fā)電機的電磁功率變化，則軸上的不平衡功率便可以大大減少，從而防止暫態(tài)穩(wěn)定破壞。2) 汽輪機快關汽門。而通過改善發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性來改善發(fā)電機的特性，對提高電力系統(tǒng)功率極限和擴大穩(wěn)定運行范圍則有良好的作用，而且經(jīng)濟性好?？芍?，減少發(fā)電機的電抗，可以提高電力系統(tǒng)功率極限和傳輸能力，再由發(fā)電機的相對加速度可知，增大，可以減少加速度，從而減少發(fā)電機受擾動后轉(zhuǎn)子相對動能的變化量，有利于提高暫態(tài)穩(wěn)定性。下面分別對這些穩(wěn)定措施簡單介紹:1) 發(fā)電機勵磁附加穩(wěn)定控制。另外還有快速切除故障元件、正確選用重合閘方式和重合閘時間、串連電容補償、高壓直流輸電線路的功率快速調(diào)制、快速投切并聯(lián)電抗器以及一些新型的FACTS設備等，在以上這些措施不能挽救系統(tǒng)時，采用有控制的系統(tǒng)解列?？刂朴泄β实姆€(wěn)定措施如切除發(fā)電機、切除負荷、氣/水門、電阻動態(tài)制動(電氣制動)、備用電源自動投入、超導儲能等，這些措施用于平衡輸電線路兩端功率，抑制系統(tǒng)過渡過程中的功率振蕩。 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的主要原因是由于系統(tǒng)內(nèi)有功功率或無功功率的平衡狀態(tài)受到不可恢復的破壞。對于第二種分類法：靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復到初