【正文】 ........................ 25 第 6章 結(jié)論 .................................................................................................................. 26 謝辭 ............................................................................................................................... 27 參考文獻 ........................................................................................................................ 28 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 第 1 章 緒論 研究電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的目的 以及原則 電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大規(guī)模的非線性動態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性分析是是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行的最重要也是最復(fù)雜的任務(wù)之一。且為了理解調(diào)節(jié)勵磁對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，本文做了簡要要研究，并以單機系統(tǒng)為實例，進行了簡單地分析。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) I 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析 摘 要 近幾年， 電力系統(tǒng) 的規(guī)模 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。 為提高和保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，本文主要闡述了電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本概念，對小干擾法的基本原理做了研究，并利用小干擾法對簡單的單機電力系統(tǒng)進行了簡要的分析。 本文通過搜集相關(guān)資料，整理了保證和提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施。電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的影響 。電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性問題已經(jīng)成為制約電力系統(tǒng)安全運行的重要因素之一。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 。 盡可能減少發(fā)電機相對運行的振蕩幅度。本文針對電 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)及其在簡單電力系統(tǒng)和多機系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時建立電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)模型，進行詳盡的算例分析 本文采用的 解決電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性問題的方法 本文采用了小干擾法對簡單的單機電力系統(tǒng) 的靜態(tài)穩(wěn)定性進行分析。 任何一個系統(tǒng)中，可以用下列參數(shù) ,......),( 21 xx 的函數(shù) ,.....),( 21 xx? 表示時， 因某種微小的擾動使其參數(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)微小擾動消失后），則認為系統(tǒng)是穩(wěn)定的。通過大四下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計，鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識，拓展知識視野和應(yīng)用能力。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 第 2 章 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性簡析 電力系統(tǒng)的基本概念 電能的生產(chǎn)、輸送、分配、使用是同時進行的，所用的設(shè)備構(gòu)成一個整體。 運行特點和要求 （１）電能生產(chǎn)、輸送、分配和使用特點 ａ 電能與國民經(jīng)濟各個部門、國防和日常生活之間的關(guān)系都很密切。 ｃ 電力系統(tǒng)中的暫態(tài)過程十分迅速。 （２）對電力系統(tǒng)運行的基本要求 ａ 保證系統(tǒng)運行的可靠性。 ｃ 保證系統(tǒng)運行的經(jīng) 濟性。這也就是電力系統(tǒng)在受到微小擾動下的穩(wěn)定性，而這種擾動后可理解為任意不懂于零的無限小擾動。換言之，電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性涉及的數(shù)學(xué)問題將是解線性化了的機電暫態(tài)過程 方程式組的問題。由于擾動小，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)的運動軌跡后判穩(wěn) ， 而可采用線性化的方法 ， 將一個本質(zhì)為非線性的暫態(tài)問題化為線性問題 ?然后用線性系統(tǒng)的理論 。這種方法稱為小擾動法?？梢哉f ， 擾動 法是分析電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本方法 。也可以說 ， 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性在擾動小且無換路情況下的一種特例。 （ 2） 所謂周期失步是指 ： 系統(tǒng)受擾后形成周期性振蕩 ， 振蕩的幅值隨時間越來越大 ， 無法穩(wěn)定運行而失步 ， 也稱為自發(fā)振蕩。前者具有正實部的共軛復(fù)根 (簡稱正實共軛根下同 ),后者則具有正實根。由此可推理 ,如系統(tǒng)的特征根為負實共軛根 ,則將為周期性減幅振蕩 ,能穩(wěn)定運行 ,如系統(tǒng)的特征根為負實根 ,則將為周期性單調(diào)減幅運動 ,也能穩(wěn)定運行 。 IEEE/CIGRE 和行標 DL 7552020 均認為電力系統(tǒng)穩(wěn)定是一個整體性問題，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、擾動大小和時間框架的不同，系統(tǒng)失穩(wěn)可表現(xiàn)為多種不同的形 式。 表 給出了兩種定義的比較與對應(yīng)關(guān)系。 比較項 IEEE/CIGRE 航標 DL7552020 功角 穩(wěn)定 小干擾功角穩(wěn)定 短期過程 靜態(tài)穩(wěn)定 小干擾動態(tài)穩(wěn)定 大干擾功角穩(wěn)定 短期過程 暫態(tài)穩(wěn)定 大干擾動態(tài)穩(wěn)定 第一、二搖擺過程 短、長期過程 電壓穩(wěn)定 小干擾電壓穩(wěn)定 短、長期過程 靜態(tài)電壓穩(wěn)定 大干擾電壓穩(wěn)定 短、長期過程 大干擾電壓穩(wěn)定 短、長期過程 頻率穩(wěn)定 短、長期過程 短、長期過程 表 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 圖 （ 1）功角穩(wěn)定 IEEE/CIGRE 從數(shù)學(xué)計算方法和穩(wěn)定預(yù)測的角度，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。小干擾功角穩(wěn)定可通過特征根分析以預(yù)測和判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，而大干擾功角穩(wěn)定可基于時域仿真預(yù)測和判斷穩(wěn)定性。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)定問題。但因為 “動態(tài)穩(wěn)定 ”在北美和歐洲分別表示不同的現(xiàn)象：在北美，動態(tài)穩(wěn)定一般表示考慮控制 (主要指發(fā)電機勵磁控制 )的小干擾穩(wěn)定，以區(qū)別于不計發(fā)電機控制的經(jīng)典 “靜態(tài)穩(wěn)定 ”；而在歐洲卻表示暫態(tài)穩(wěn)定。 行標 DL 7552020 從穩(wěn)定物理特性和數(shù)學(xué)計算方法的角度，將功角穩(wěn)定細分為靜態(tài)穩(wěn)定、小干擾動態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和大干擾動態(tài)穩(wěn)定。行標 DL7552020 中，靜態(tài)穩(wěn)定的物理特性是指與同步力矩相關(guān)的小干擾動態(tài)穩(wěn)定性，主要用以定義系統(tǒng)正常運行和事故后運行方式下的靜穩(wěn)定儲備情況。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。行標 DL7552020 中，暫態(tài)穩(wěn)定 (同步轉(zhuǎn)矩不足 )和大干擾動態(tài)穩(wěn)定 (阻尼轉(zhuǎn)矩不足 )都是受到大擾動之后的功角穩(wěn)定性，因此需采用基于微分方程的時域分析方法。行標 DL 7552020 同時考慮穩(wěn)定物理特性和數(shù)學(xué)計算方法的不同，將功角穩(wěn)定細分為靜態(tài)穩(wěn)定 (在小擾動下由于同步力矩不足引起的小干擾功角穩(wěn)定 )、小干擾動態(tài)穩(wěn)定 (在小擾動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 )和大干擾動態(tài)穩(wěn)定 (在大擾動下由于同步阻尼力矩 不足引起的大干擾功角穩(wěn)定 )。行標 DL 7552020 同樣從數(shù)學(xué)計算方法和 穩(wěn)定預(yù)測的角度，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)定是對應(yīng)的。對 于 小 干 擾電壓穩(wěn)定 ( 靜態(tài)電壓穩(wěn)定 ) ， IEEE/CIGRE 認為在給定運行點，電力系統(tǒng)受到諸如持續(xù)負荷增加、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)可以是一種短期現(xiàn)象，也可以是一種長期現(xiàn)象。 （ 3）頻率穩(wěn)定 對于頻率穩(wěn)定， I E E E / C IGRE 和行標 DL 7552020 均從系統(tǒng)論的角度定義頻率在保持發(fā)電和負荷平衡情況下的穩(wěn)定能力。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的定性分析 我們將用最簡單的電力系統(tǒng)圖作簡要分析，如圖 所示，途中的手段位無限大容量電力系統(tǒng)母線，送短發(fā)電機為因及時同步發(fā)電機，并略去所有元件電阻跟導(dǎo)納 。如發(fā)電機的歷次不可調(diào)，即他的空載電動勢 Eq 為恒定值，則可得出這個系數(shù)的功 —角特性關(guān)系為 如公式（ ）所示 。 GT 1T 2Gl定值??U圖（ ）單機系統(tǒng)接線圖 U = 定 值j X dj X lj X T 1E qj X l 圖（ ）單機系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò) 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 1 8 09 0P1m a x sE PP ??ca39。、 δδ ba 。點對應(yīng)的 ′qaEP 。點輸入的電磁功率 ′aqEP 將大于輸入機械功率 mP 。當(dāng)一個微小的擾動使功率角δ 減小一個微量 △δ 時，情況剛好相反，輸出功率將減小到與 a″對應(yīng)的值″aqEP ，且 ″aqEP ＜ mP 。 ?。?b?b??。 ，且 mP =常數(shù)。而功率角增大時，與之對應(yīng)的輸出的電磁功率將進一步減小。如果這個微小擾動使功率角減小一個微量 △δ，情況又不同，輸出的電磁功率將增大到與 b″點對應(yīng)的值 39。EqbP ＞ mP 。從而在c 點以后均不是靜態(tài)穩(wěn)定點。用數(shù)學(xué)語言表達為：一非線性動力學(xué)系統(tǒng)，描述其特性的方程為一組非線性微分方程公式 （ ） ))(()( tXFdttdX ? （ ） 因擾動小，可將其在初始運行點 X 展為臺勞級數(shù) ， 并略去二次及以上高次項，稱為線性化得到公式 () XdX XdFXFXXFdt XdX ??????? 0)()()( 00 () 因在初始運行點處于平衡狀態(tài) ,所以 0)(00?? XFdtdX X ,從而上式改成公式 () 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 XdXXdFA X ?? 0)( （ ) 式中 XdXXdFA X ?? 0)(為 Jacobi 矩陣也稱為線性化后線性系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。 俄國學(xué)者 于 1892 年提出 非線性動力學(xué)系統(tǒng)在小擾動下的穩(wěn)定性，可由矩陣 A 的特征根確定。 由上述介紹可知 ， 用小擾動法研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的步驟為： （ 1）列寫描述系統(tǒng)特性的狀態(tài)方程。 （ 3）由矩陣 A 的特征根判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。 （ 2） 方程線性化時，由定義求取系統(tǒng)矩陣，即公式 () ????????????????????????????nnnXXfffffXfdXXdA