【正文】 穩(wěn)定狀態(tài)，是電力系統(tǒng)安全評(píng)定的主要內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故統(tǒng)計(jì)表明，暫態(tài)穩(wěn)定破壞的事故率居于首位，從而暫態(tài)穩(wěn)定分析組成動(dòng)態(tài)安全評(píng)定的主體。由于長(zhǎng)期以來(lái)輸電線路總長(zhǎng)度年增長(zhǎng)率只是總裝機(jī)容量年增長(zhǎng)率的40%左右，其累積效應(yīng)進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。人區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)在經(jīng)濟(jì)性和安全穩(wěn)定性之間的最佳協(xié)調(diào)問(wèn)題對(duì)有關(guān)算法的需求迫在眉睫。開(kāi)發(fā)有量化和在線能力的TSA和VSA工具，以及相應(yīng)的控制決策支持工具就顯得非常迫切。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題己成為最重要的問(wèn)題，越來(lái)越突出。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)分析組成動(dòng)態(tài)安全評(píng)定的主體，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析有著重要的實(shí)際意義。隨著電力市場(chǎng)化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平,在運(yùn)行中，由于某種破壞性的原因，有時(shí)會(huì)引起電力系統(tǒng)崩潰的問(wèn)題，如發(fā)生在2003年8月14日的美加大停電，2012年7月30日的印度電網(wǎng)大停電。我們知道，美國(guó)的電網(wǎng)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，以前曾經(jīng)認(rèn)為電網(wǎng)越復(fù)雜就越安全，可是美加大停電告訴我們事實(shí)并非如此。諸多因素導(dǎo)致了美加大停電，其實(shí)這也不是偶然現(xiàn)象了，在此之前美國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)兩次規(guī)模較大的停電了。印度的裝機(jī)容量和電壓水平發(fā)展的也很迅速，但和我國(guó)還有較大的差距。2012年7月印度兩天之內(nèi)連續(xù)發(fā)生大面積停電事故，是有史以來(lái)影響人口最多的電力系統(tǒng)事故。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定MATLAB仿真在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)很成熟，但是，無(wú)論我們?cè)趺纯紤]暫態(tài)穩(wěn)定性都不為過(guò)。所以電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定依然是個(gè)重要的課題。同時(shí)，電網(wǎng)的互聯(lián)使得電力系統(tǒng)的規(guī)模變大，從而引起事故的可能性也越大。 以廠網(wǎng)分開(kāi)為主要內(nèi)容的電力體制改革實(shí)施后，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的步伐明顯加快，并且根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，制定了“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)跨區(qū)輸電、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，其目標(biāo)就是為了促進(jìn)電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。以北、中、南三大西電東送通道為主體南北網(wǎng)間多點(diǎn)互聯(lián)、縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)的格局已基本形成預(yù)計(jì)到2010年，西電東送的規(guī)模將達(dá)到5500萬(wàn)kW；2020年將再增加到1億kW以上。“十一五”末期，配合三峽地下電站開(kāi)發(fā)，建設(shè)向華北送電的支流輸電工程，南北之間將形成以三峽為支撐的主干通道。近日，浙江三門(mén)核電站的建造也取得了重大進(jìn)展。如此大規(guī)模的全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的形成將大大有利于電力資源在全國(guó)范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。因此，如何保證這樣一個(gè)超大規(guī)模電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，成為擺在我們面前的一個(gè)巨大的難題。由于機(jī)電暫態(tài)仿真的計(jì)算量非常大，依據(jù)現(xiàn)有的條件，要對(duì)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。2 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的特點(diǎn)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題是指電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)之后各發(fā)電機(jī)是否能繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問(wèn)題。但是，由于原動(dòng)機(jī)調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后才能改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的功率。在不平衡轉(zhuǎn)矩作用下，發(fā)電機(jī)開(kāi)始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位置發(fā)生變化（機(jī)械運(yùn)動(dòng)）。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)電磁暫態(tài)過(guò)程和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間機(jī)械運(yùn)動(dòng)暫態(tài)過(guò)程交織在一起的復(fù)雜過(guò)程。通常，暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算的目的在于確定系統(tǒng)在給定的大擾動(dòng)下發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行。據(jù)此，我們找出暫態(tài)過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)其主要影響的因素，在分析計(jì)算中加以考慮，而對(duì)于影響不大的因素，則予以忽略或作近似考慮。然而，一方面由于定子非周期分量電流衰減時(shí)間常數(shù)很小，通常只有百分之幾秒，另一方面，定子非周期分量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間是靜止不動(dòng)的，它與轉(zhuǎn)子繞組直流（包括自由電流）所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以同步頻率作周期變化，其平均值很小，由于轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性較大，因而對(duì)轉(zhuǎn)子整體相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響很小。同時(shí)，這一假定也意味著忽略電力網(wǎng)絡(luò)中各元件的電磁暫態(tài)過(guò)程。負(fù)序電流在氣隙中產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。加之轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性較大，所以，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度的影響也不大。此時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，僅由正序分量確定。故障時(shí)確定正序分量的等值電路與正常運(yùn)行時(shí)的等值電路不同之處，僅在于故障處接入由故障類型確定的故障附加阻抗.應(yīng)該指出，由于與負(fù)序及零序參數(shù)有關(guān)，故障時(shí)正序電流、電壓及功率，除與正序參數(shù)有關(guān)外，也與負(fù)序及零序有關(guān)。（3）忽略暫態(tài)過(guò)程中發(fā)電機(jī)的附加損耗這些附加損耗對(duì)轉(zhuǎn)子的加速運(yùn)動(dòng)有一定的制動(dòng)作用，但其數(shù)值不大，忽略它們使計(jì)算結(jié)果略偏保守。 大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在正常運(yùn)行情況下，若原動(dòng)機(jī)輸入功率為（在圖21中用一橫線表示）,發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)位點(diǎn)，與此對(duì)應(yīng)的功角為。由于轉(zhuǎn)子具有慣性，功角不能突變，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率（即工作點(diǎn)）應(yīng)由上對(duì)應(yīng)于的點(diǎn)確定，設(shè)其值為。圖21轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)及面積定則 在加速性的過(guò)剩功率作用下，發(fā)電機(jī)獲得加速，使其相對(duì)速度0，于是功角開(kāi)始增大。在變動(dòng)過(guò)程中，隨著的增大，發(fā)電機(jī)的電磁功率也增大，過(guò)剩功率則減小，但過(guò)剩功率仍是加速性的，所以，不斷增大（見(jiàn)圖21）。此時(shí)，發(fā)電機(jī)的電磁功率大于原動(dòng)機(jī)的功率，過(guò)剩功率0，變成減速性的了。發(fā)電機(jī)則一直受到減速作用而不斷減速。雖然此時(shí)發(fā)電機(jī)恢復(fù)了同步，但由于功率平衡尚未恢復(fù)，所以不能在點(diǎn)確立同步運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)。以后的過(guò)程，如果不計(jì)能量損失，工作點(diǎn)將沿曲線在點(diǎn)和點(diǎn)之間來(lái)回變動(dòng)，與此相對(duì)應(yīng)，功角將在和之間變動(dòng)（見(jiàn)圖21虛線）。也就是說(shuō)，系統(tǒng)在上述大擾動(dòng)下保持了暫態(tài)穩(wěn)定性。從前面的分析可知，在功角由變到的過(guò)程中，原動(dòng)機(jī)輸入的能量大于發(fā)電機(jī)輸出的能量，多余的能量將使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的能量而存在于轉(zhuǎn)子中；而當(dāng)功角由變到時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入的能量小于發(fā)電機(jī)輸出的能量，不足部分由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低而釋放的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁能來(lái)補(bǔ)充。在不計(jì)能量損失時(shí)，加速期間過(guò)剩轉(zhuǎn)矩所作的功，將全部轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能。這塊面積稱為加速面積。也就是說(shuō)，動(dòng)能增量為負(fù)值，這意味著轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能減小了，即轉(zhuǎn)速下降了，減速過(guò)程中動(dòng)能增量所對(duì)應(yīng)的面積稱為減速面積，就是減速面積。應(yīng)用這個(gè)條件，并將，以及和的表達(dá)式代入，便可求得。同理，根據(jù)等面積定則，可以確定搖擺的最小角度，即 （26）由圖21可以看到，在給定的計(jì)算條件下，當(dāng)切除角一定時(shí)，有一個(gè)最大可能的減速面積。因?yàn)樵谶@種情況下，當(dāng)功角增至臨界角時(shí)，轉(zhuǎn)子在加速過(guò)曾中所增加的動(dòng)能未完全耗盡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速仍高于同步速度，功角繼續(xù)增大而越過(guò)點(diǎn)，過(guò)剩功率變成加速性的了，使發(fā)電機(jī)繼續(xù)加速而失去同步。 極限切除角當(dāng)最大可能的減速面積小于加速面積時(shí)，如果減小切除角，由圖22可知，這既減小了加速面積，又增大了最大可能減速面積。如果在某一切除角時(shí)，最大可能的減速面積與加速面積大小相等，則系統(tǒng)將處于穩(wěn)定的極限情況，大于這個(gè)角度切除故障，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。 圖22極限切除角的確定由圖22可得 （27）求出公式（27）的積分并經(jīng)整理后可得 （28）式中所有的角度都是用弧度表示的。為此，可通過(guò)求解故障時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程來(lái)確定功角隨時(shí)間變化的特性，如圖23 所示。比較與由面積定則確定的極限切除角，若,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則不穩(wěn)定。3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究方法 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法主要有三類，即：時(shí)域仿真法（也稱為逐步積分法）、直接法、人工智能法。目前，在電力系統(tǒng)中取得實(shí)際應(yīng)用的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法主要有兩類，即時(shí)域仿真法和直接法。（1）時(shí)域仿真判定法時(shí)域仿真法是利用某種數(shù)值解法，以系統(tǒng)的潮流解為計(jì)算初值，對(duì)電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，然后根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)分析在指定擾動(dòng)下的系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。它是求解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題的主要方法。為了彌補(bǔ)以上的缺點(diǎn)，現(xiàn)今正在研究一種超快速的時(shí)域仿真法，即借助于新的計(jì)算硬件包括并行處理機(jī)的方法。這種方法的限制是不易給出穩(wěn)定的定量信息和對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析信息。從50年代到70年代末研究者們致力于數(shù)學(xué)上構(gòu)造一種能反映電力系統(tǒng)暫態(tài)特征的嚴(yán)格的利亞普諾夫函數(shù)。因此當(dāng)忽略轉(zhuǎn)移電導(dǎo)時(shí)，會(huì)帶來(lái)很大誤差。70年代末到80年代初，Athay和Kakimo等人的工作為直接法的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新局面。隨后，直接法的研究進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展階段，產(chǎn)生了很多新方法。經(jīng)典模型有Lyapunuov函數(shù)和能量函數(shù)法兩種，能量函數(shù)法又可分為全局能量函數(shù)法（RUEP法、PEBS法、BCU法、加速度法等），局部能量函數(shù)法（單機(jī)能量函數(shù)法IMEF，擴(kuò)展等面積法EEAC、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展等面積法DEEAC，時(shí)間尺度解耦法TSD等）。作者在研究失穩(wěn)模式后指出，對(duì)于一個(gè)給定的擾動(dòng)，可以把多機(jī)系統(tǒng)分解為臨界機(jī)群和剩余機(jī)群兩部分，然后按部分角度中心概念變換為一個(gè)等值的兩機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步又可以將這個(gè)等值的兩機(jī)系統(tǒng)變換為一個(gè)等值的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，從而可以使用等面積定則來(lái)求取臨界切除時(shí)間。這個(gè)假設(shè)的實(shí)質(zhì)是認(rèn)為機(jī)組的失穩(wěn)只與兩群之間的群際能量有關(guān)，而與各群之間的群內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能無(wú)關(guān)。EEAC法對(duì)于兩群失穩(wěn)模式較明顯的情況能夠得到非常精確的結(jié)果，而且由于避免了數(shù)值積分，因此計(jì)算速度很快，但對(duì)于兩群模式不明顯的情形，則往往會(huì)引起較大的誤差。2）加速度法 　加速度法基于這樣一個(gè)假設(shè)：在故障初期加速度與慣性常數(shù)之比最大的機(jī)組最容易失去穩(wěn)定，從這個(gè)假設(shè)出發(fā)，可求出近似的UEP： （31）然后以近似的UEP處的能量作為臨界能量： （32）在故障期間，還可以通過(guò)對(duì)臨界機(jī)組的辨識(shí)對(duì)進(jìn)行必要的修正。隨著故障的發(fā)展及故障切除后，到底哪些機(jī)組最終變成臨界機(jī)組群，加速度法不能確定。（3）人工智能判定法人工智能方法可進(jìn)行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計(jì)算速度快、容易生成決策用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法構(gòu)成了良好的互補(bǔ)?，F(xiàn)將幾種常用的人工智能方法簡(jiǎn)要介紹如下：1） 模式識(shí)別法通過(guò)離線計(jì)算各種運(yùn)行方式在預(yù)想事故下的暫態(tài)穩(wěn)定性從而獲取知識(shí)樣本，并通過(guò)對(duì)樣本的“學(xué)習(xí)”，選取有用的知識(shí)，直接建立適應(yīng)于在線應(yīng)用的簡(jiǎn)單計(jì)算器模型，即分類器。分類器在使用過(guò)程中可不斷地被修改，使識(shí)別錯(cuò)誤率不斷減少。此外離線計(jì)算量很大，而且識(shí)別函數(shù)受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)專家系統(tǒng)，可以模擬人類專家思維和求解問(wèn)題的方法，以知識(shí)作為信息處理的對(duì)象，從而更好地解決問(wèn)題。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法目前提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型有50多種。有多個(gè)人工神經(jīng)元相互連接而成的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)通常分為單層和多層兩類。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于暫態(tài)穩(wěn)定分析時(shí)，一般作為穩(wěn)定與不穩(wěn)定模式的分類器或作為產(chǎn)生穩(wěn)定指標(biāo)的函數(shù)模擬器。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是不需建立數(shù)學(xué)模型，不需求解非線性方程，回憶速度快，可以模擬任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，因而其訓(xùn)練精度較高，而且可以進(jìn)行自學(xué)，因而能彌補(bǔ)專家系統(tǒng)的不足。 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法由于大擾動(dòng)后，發(fā)電機(jī)機(jī)械功率和電磁功率的差額，即加速功率是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。根據(jù)這種原則，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施從兩方面來(lái)考慮，增加發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率和減小原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。電力系統(tǒng)中架空輸電線路的短路故障，大多數(shù)是由閃絡(luò)放電造成的，再切斷線路，經(jīng)過(guò)一段電弧熄滅和空氣去游離的時(shí)間后，短路故障便完全消除了。若重新投入輸電線路是由開(kāi)關(guān)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行的，則稱之為自動(dòng)重合閘。圖31用等面積定則說(shuō)明了自動(dòng)重合閘對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。如果在瞬間將線路重合上去，恢復(fù)雙回路運(yùn)行，則可保持暫態(tài)穩(wěn)定。因此，采用重合閘措施，可顯著提高系統(tǒng)的供電可靠性和暫態(tài)穩(wěn)定性。2）快速切除故障：減輕電氣設(shè)備因短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響，而且加快切除故障可以減小切除角，這樣既減小了加速面積，又增大了減速面積，對(duì)于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。 圖32快速切除故障對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響應(yīng)該指出的是，減少故障切除時(shí)間對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的效果，與短路故障的類型有很大關(guān)系。變壓器中性點(diǎn)接地的情況，對(duì)發(fā)生接地短路時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定有著重大的影響。從物理概念上來(lái)說(shuō)，短路時(shí)零序電流通過(guò)接地電阻時(shí)消耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機(jī)來(lái)負(fù)擔(dān)，因而使發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率增加，從而減小了加速功率，提高暫態(tài)穩(wěn)定。電阻值過(guò)小，電阻上消耗的功率過(guò)小，作用不大；電阻過(guò)大，消耗功率太大，有可能使發(fā)電機(jī)在第二個(gè)搖擺周期失去穩(wěn)定。4） 發(fā)電機(jī)采用電氣制動(dòng)：電氣制動(dòng)就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端發(fā)電機(jī)上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機(jī)輸出的有功功率（增大電磁功率），減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的過(guò)剩功率，其接線圖如圖33。制動(dòng)電阻有兩種接入方式（如圖34），當(dāng)電阻串聯(lián)接入時(shí)，斷路器正常時(shí)是閉合的，投入制動(dòng)電阻時(shí)將斷路器斷開(kāi)；并聯(lián)接入時(shí)，開(kāi)關(guān)正常時(shí)是斷開(kāi)的，投入制動(dòng)電阻時(shí)將其閉合。是系統(tǒng)正常運(yùn)行是的功角特性曲線，是發(fā)生故障時(shí)有電氣制動(dòng)的功角曲線圖，是發(fā)生故障時(shí)無(wú)電氣制動(dòng)的功角曲線圖。由于，所以采用電氣制動(dòng)，減少了加速面積，提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。合適的制動(dòng)電阻和投切時(shí)間，則可顯著提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，否則，存在欠制動(dòng)和過(guò)制動(dòng)。欠制動(dòng)和過(guò)制動(dòng)都不能保