電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析文獻綜述

1、文獻綜述摘要：隨著電網(wǎng)規(guī)模擴大，電網(wǎng)動態(tài)特性更加復雜多變，發(fā)生由暫態(tài)失穩(wěn)而引發(fā)的大停電事 故更加頻繁，因此加強對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的研究具有重要意義。本文對目前電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定分析方法的現(xiàn)有研究文獻進行了調研和綜述。關鍵詞：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定分析引言：隨著三峽電站的投產(chǎn)運行，全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送工程的實施，使得我國電網(wǎng)正朝著大 電網(wǎng)、超高壓、遠距離、交直流并聯(lián)輸電方向快速發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)模的擴大帶來巨大經(jīng)濟效益 的同時，也出現(xiàn)了新的技術問題，如：長距離弱聯(lián)絡線并列運行，形成輸電瓶頸，降低了系 統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，動態(tài)特性更加復雜多變。另外，電力市場競爭機制的引入，使得系統(tǒng)運行動 態(tài)特性更加不可預測。

2、同時，電網(wǎng)互聯(lián)后，受擾動的影響而波及的范圍會更廣，更易引發(fā)大 停電事故。研究表明，諸多大停電事故是由于暫態(tài)失穩(wěn)而引發(fā)的。而目前的暫態(tài)穩(wěn)定緊急控 制策略多基于預想事故集而制定的。缺乏有效的在線穩(wěn)定分析軟件是錯失緊急控制時機，從 而引發(fā)大停電事故的重要原因之一。因此，加強研究大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性分析具有十分重要的 意義。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義對于某一特定的穩(wěn)定運行狀態(tài)，以及對于某一特定的擾動，如果在擾動后系統(tǒng)可以達到一個 可以接受的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則對此初始狀態(tài)及此擾動面言，稱之為暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，一方面它必須時刻保證必要的電能質量及數(shù)量;另一方面 它又處于不斷的擾動之中，擾動發(fā)

3、生的時間、地點、類型、嚴重性均有隨機性，擾動發(fā)生后 的系統(tǒng)動態(tài)過程中一旦發(fā)生穩(wěn)定性問題，系統(tǒng)可能在幾秒內(nèi)發(fā)生嚴重后果，造成極大的經(jīng)濟 損失和社會影響。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的主要日的是檢查系統(tǒng)在大的擾動下（如故障、切機、切負荷、重合閘操 作等情況），各發(fā)電機組間能否保持同步運行，如果能同步運行，并具有可接受的頻率和電 壓水平，則稱此電力系統(tǒng)在這一大擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、運行等工 作中都要進行大量的暫態(tài)分析。通過暫態(tài)分析還可以考察和研究各種穩(wěn)定措施的效果以及穩(wěn) 定控制的性能，因此通過仿真來驗證所求結果是否正確，即電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時是否是穩(wěn) 定的其有重要意義。電力線系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，

4、往往會導致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系 統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全運行的必要條件。判定電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性主要是在大擾動下檢查系 統(tǒng)中各發(fā)電機組間能否保持同步運行水平，并具有可以接受的電壓和頻率水平。對這項工作 已深入多年，井在離線計算中有成熟的算法取得了良好的成果。然面，隨著電力市場化和區(qū) 域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā)復雜多變且接近其極限水平，同時，近年來國內(nèi)外時 有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟上的巨大損失， 這些都提示著我們提高對電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。只有更快速更準確地對系統(tǒng)處于的穩(wěn)定水 平進行判斷，找到穩(wěn)定性遭到威脅的環(huán)節(jié)才能進而有效

5、地采取措施改善系統(tǒng)運行狀態(tài)。為此， 進一步深入研究改進原有暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，開拓新的創(chuàng)造性的方法，解決其在實際 系統(tǒng)中的應用的難題，仍然是我們面對的重要課題。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著社會的進步和科技的發(fā)展，近年來世界各地也出現(xiàn)了一些大的電力系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常 其有范圍廣、強非線性的特點。隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā) 復雜多變且接近其極限水平，在運行中，由于某種破壞性的原因，有時會引起電力系統(tǒng)崩潰 的問題，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。這都給我國的電網(wǎng)的運行帶來了很多啟示。美國的電網(wǎng)是錯綜復雜的，以前曾經(jīng)認為電網(wǎng)越復雜

6、就越安全，可是美加大停電告訴我們事 實并非如此。實際上，美國電網(wǎng)的每段輸電線比較短，這就導致了有很多節(jié)點；另外，美國 是個資本主義國家，電網(wǎng)在運行的時候考慮的更多的是經(jīng)濟因素，所以在美國電網(wǎng)中存在有 比較破舊的設備。諸多因素導致了美加大停電，其實這也不是偶然現(xiàn)象了，在此之前美國已 經(jīng)出現(xiàn)過兩次規(guī)模較大的停電了。印度電網(wǎng)，印度同中國一樣都是大的發(fā)展中國家。印度的裝機容量和電壓水平發(fā)展的也很迅 速，但和我國還有較大的差距。印度發(fā)電量世界排名第五，僅次于美國，中國，日本和俄羅 斯，但印度的電力供應嚴重不足。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 有史以來影響人口最多的電力系統(tǒng)事故，超過

7、6.7億人口受到了停電的影響。從事故前印度 北方電網(wǎng)嚴重超載運行情況來看，線路跳閘前，電網(wǎng)已嚴重超過其穩(wěn)定限額運行，從面異致 大面積停電。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定matlab仿真在國內(nèi)外已經(jīng)很成熟，但是，無論我們怎么考慮暫態(tài)穩(wěn)定性 都不為過。因為從全球來看，大面積停電并不罕見。所以電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定依然是個重要 的課題。對于我國電網(wǎng)來一說，其覆蓋面積大，結構薄弱，負荷密度極不均勻，面電源有往往遠離負 荷中心。由于長期以來輸電線路總長度年增長率比總裝機容量增長率小得多，故進一步惡化 了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來顯著地經(jīng)濟效益，但是長期以來，“分省平衡”的策略成為我國 電力發(fā)展的重要弊端，

8、嚴重地制約著我國電力資源的優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)的進程明顯滯后。 同時，電網(wǎng)的互聯(lián)使得電力系統(tǒng)的規(guī)模變大，從面引起事故的可能性也越大。如果電網(wǎng)不夠 強壯，自動安全裝置不夠健全管理不得當，都有可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，導致大面積停電，甚 至全網(wǎng)崩潰。以廠網(wǎng)分開為主要內(nèi)容的電力體制改革實施后，我國電網(wǎng)建設的步伐明顯加快，并且根據(jù)我 國電網(wǎng)的特點和發(fā)展趨勢，制定了 “西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，大 力推進跨區(qū)輸電、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，其目標就是為了促進電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。 截至到2006年，以三峽工程為核心，以華中電網(wǎng)為依托，向東南西北四個方向輻射聯(lián)網(wǎng)的 輸電線路已基本建成。以北、中、南三

9、大西電東送通道為主體南北網(wǎng)間多點互聯(lián)、縱向通道 聯(lián)系較為緊密的全國電網(wǎng)互聯(lián)的格局已基本形成預計到2010年，西電東送的規(guī)模將達到 5500萬KW； 2020年將再增加到1億KW以上。目前我國發(fā)電機裝機容量達10.6億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達4.8億千瓦時，居世界第 一，即便如此，我國的發(fā)電量還是不足的。近日，浙江三門核電站的建造也取得了重大進展。 由于我國電網(wǎng)的網(wǎng)架相對薄弱、負荷與發(fā)電中心地理位置較遠聯(lián)絡線負載較重，局部故障的 發(fā)生可能引發(fā)整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題。因此，如何保證這樣一個超大規(guī)模電力系統(tǒng)的安全、 穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，成為擺在我們面前的一個巨大的難題。若能夠實現(xiàn)對全國電力系統(tǒng)運行狀

10、 態(tài)的實時甚至是超實時仿真，就能為在線預決策和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制打下堅實的基礎，對電 力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行無疑是一個巨大的保證，其有深遠的現(xiàn)實意義。由于機電暫態(tài)仿真 的計算量非常大，依據(jù)現(xiàn)有的條件，要對全國聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)過程進行實時仿真目 前還無法實現(xiàn)。面隨著并行處理技術的不斷發(fā)展，尤其是可擴展、高性價比的PC集群系統(tǒng) 的出現(xiàn)，使這個日標實現(xiàn)的可能性越來越大。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容和方法3.1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容電力系統(tǒng)暫態(tài)（電磁和機電暫態(tài)）分析，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性及提高措施的研究掌握MATLAH的仿真工具simulink及power system工具箱運用MATLAB電力系

11、統(tǒng)仿真程序psb構建模型利用搭建的模型對電力系統(tǒng)暫態(tài)及提高穩(wěn)定性的措施進行仿真研究3.2研究方法研究暫態(tài)穩(wěn)定的方法有許多種，下面簡單介紹其中幾種。時域仿真判定法時域法是將電力系統(tǒng)各元件模型根據(jù)元件拓撲關系形成全系統(tǒng)模型，這是一組聯(lián)立的微分方 程織和代數(shù)方程組，然后以穩(wěn)態(tài)情況或潮流解為初值，求擾動下的數(shù)值解，即逐步求得系統(tǒng) 狀態(tài)量和代數(shù)量隨時間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機功角值大于某一特定閥值來判別系統(tǒng)能否 在大擾動后維持暫態(tài)穩(wěn)定運行。能量函數(shù)判定法暫態(tài)能量函數(shù)法的理論基礎是李亞普洛夫穩(wěn)定性定理，因此也稱為擬李亞普洛夫直接法（簡 稱直接法）。該方法是通過比較擾動結束時暫態(tài)能量函數(shù)值與系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的

12、暫態(tài)能量值 來判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的。（3）擴展等面積（EEAC）判定法等面積法則從理論上較為完美地解決了單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評估問題，因此人們投入 了大量的研究將其應用于多機系統(tǒng)中，其中以我國薛禹勝院士提出的擴展等面積法最為著名。 擴展等面積法的基本思想是:在給定故障擾動下系統(tǒng)的機組分為臨界機組和非臨界機組兩群， 基于軌跡聚合和保穩(wěn)變換，分別對這兩群機組用等值機進行動態(tài)等效，進而又等值為單機無 窮大系統(tǒng)，從而可利用等面積法則評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。人工智能判定法人工智能方法可進行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計算速度快、容易生成決策 用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點，因此與傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法構成了良

13、好的互補。目前，人工智能方 法主要有:模式識別、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機法。3.3提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法由于大擾動后，發(fā)電機機械功率和電磁功率的差額，即加速功率是導致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的 主要原因。因此，提高暫態(tài)穩(wěn)定，應從減小發(fā)電機轉軸上的不平衡功率、減小轉子相對加速 以及減少轉子相對動能變化量等方面著手。根據(jù)這種原則，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施主 要有:自動重合聞裝置:重合閘成功就可以增加減速面積，從面提高暫態(tài)穩(wěn)定。2）快速切除故障：減輕電氣設備因短路電流產(chǎn)生的熱效應等不良影響，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，有增大了減速面積，對于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。應

14、該指出的是， 切除故障時間是繼電保護裝置動作時間和開關接到跳閘脈沖到觸頭分開后電弧熄滅為止的 時間總和。3）變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地：電壓器中性點經(jīng)小電阻接地只對接地短路起作用。原因是短路時零序電流通過接地電阻時消 耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機來負擔，因面使發(fā)電機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。4）發(fā)電機采用電氣制動：在系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，有控制地在發(fā)電機端投入電阻負荷，則可以增加發(fā)電機的電磁功率， 產(chǎn)生制動作用從而提高暫態(tài)穩(wěn)定?？偨Y：隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，復雜的電力控制系統(tǒng)在技術和安全對電網(wǎng)的要求越來 越高，其可能遇到的多種情況正在考驗著電力運行的可持續(xù)性和

15、穩(wěn)定性，期間自動化技術的 進步正在彌補這這種巨大落差，更好地對電網(wǎng)系統(tǒng)各種故障的檢測和分析成為了當前熱門的 研究課題，更具有非常實用的現(xiàn)實意義。利用MATLAB強大的計算功能和編程技術，提高仿 真計算的靈活性和效率，為仿真電力系統(tǒng)，分析電力系統(tǒng)提供了一種新的手段。參考文獻1張曉春，郭小進，鄒登海，等.基于MATLAB語言的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真J.湖北電力， 2000,03:9-10-14.2李玉梅，馬偉明，張波濤.PSB基于SIMULINK的一種新型電力系統(tǒng)仿真工具J.電工技術雜 志,2001,08:5-7.3謝小榮，唐義良，崔文進.MATLAB在電力系統(tǒng)仿真中的應用J.電力技術2000,09

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