電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的分析方法的研究電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法綜述

1、.：.；電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的分析方法的研討電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法綜述 摘 要：隨著電網(wǎng)規(guī)模擴展，電網(wǎng)動態(tài)特性更加復(fù)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)定分析的研討具有重要意義。本文對目前電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法的現(xiàn)有研討文獻進展了調(diào)研和綜述，指出了現(xiàn)有方法的優(yōu)點和缺陷，同時提出了今后暫態(tài)穩(wěn)定分析法的開展方向。關(guān)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)運轉(zhuǎn)，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(yuǎn)間隔 、交直流并聯(lián)輸電方向快速開展。電網(wǎng)規(guī)模的擴展帶來宏大經(jīng)濟效益的同時，也出現(xiàn)了新的技術(shù)問題，如：長間隔 弱聯(lián)絡(luò)線并列

2、運轉(zhuǎn)，構(gòu)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(fù)雜多變。另外，電力市場競爭機制的引入，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)動態(tài)特性更加不可預(yù)測。同時，電網(wǎng)互聯(lián)后，受擾動的影響而涉及的范圍會更廣，更易引發(fā)大停電事故。研討闡明，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)定緊急控制戰(zhàn)略多基于料想事故集而制定的。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)大停電事故的重要緣由之一。因此，加強研討大電網(wǎng)平安穩(wěn)定性分析具有非常重要的意義。1.暫態(tài)穩(wěn)定分析方法評述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)忽然蒙受大擾動后，能從原來的運轉(zhuǎn)形狀不失同步地過渡到新的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀的才干。目前暫態(tài)穩(wěn)定分析的根本方法主要有如下幾類方

3、法：1.1時域法時域法是將電力系統(tǒng)各元件模型根據(jù)元件拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)成全系統(tǒng)模型，這是一組聯(lián)立的微分方程組和代數(shù)方程組，然后以穩(wěn)態(tài)工況或潮流解為初值，求擾動下的數(shù)值解，即逐漸求得系統(tǒng)形狀量和代數(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)定運轉(zhuǎn)。時域法具有廣泛模型的順應(yīng)性，但是由于需數(shù)值求解，計算速度慢；閥值的選取是經(jīng)過工程實踐閱歷得到的，缺乏實際根據(jù)；也不能給出穩(wěn)定裕度。1.2.暫態(tài)能量函數(shù)法暫態(tài)能量函數(shù)法的實際根底是李亞普洛夫穩(wěn)定性定理，因此也稱為擬李亞普洛夫直接法(簡稱直接法)。該方法是經(jīng)過比較擾動終了時暫態(tài)能量函數(shù)值與系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的暫態(tài)能量值來判

4、別系統(tǒng)穩(wěn)定性的。由于暫態(tài)能量函數(shù)法中不計算實踐系統(tǒng)缺點后的發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線，所以臨界能量Vcr都不是從臨界軌跡獲得的。由于臨界能量Vcr確實定方法不同,構(gòu)成了不同的直接暫態(tài)穩(wěn)定分析方法,國內(nèi)外研討的比較多的暫態(tài)能量函數(shù)法主要有相關(guān)不穩(wěn)定平衡點法 (RUEP)、勢能界面法(PEBS)、基于穩(wěn)定域邊境的主導(dǎo)UEP(BCU)法等。各種方法在計算Vcr時的近似都會帶來誤差。(1)在RUEP法中，主導(dǎo)失穩(wěn)方式的準(zhǔn)確判別是有困難的。而且，實踐多機系統(tǒng)的運動軌跡并不經(jīng)過RUEP點，所以用RUEP點的勢能作為Vcr,也有一定的誤差。(2)在PEBS法中，以為繼續(xù)缺點軌跡(替代臨界軌跡 )與勢能界面相交的一點

5、就近似地等于UEP，以該點的勢能作為該缺點位置的臨界能量。而這種近似是有條件的，因此會帶來誤差。(3)在BCU法中，是用經(jīng)過主導(dǎo)UEP的恒值能量面 (替代穩(wěn)定流形 )去近似出口點的。而且，與RUEP法類似，以偏向功率方程為零確定的主導(dǎo)UEP點的勢能作為Vcr是有誤差的?？傊?，直接法無需數(shù)值求解功角搖擺曲線，計算速度快，能給出穩(wěn)定裕度。但是普通模型較簡單，分析結(jié)果偏保守或樂觀，且只能判別首擺穩(wěn)定性。1.3. 混合法暫態(tài)能量函數(shù)法只思索了簡單模型的系統(tǒng)，對于復(fù)雜大系統(tǒng)的穩(wěn)定評價無能為力，同時由于假設(shè)機械功率不變，只能對首擺穩(wěn)定做出合理的評價。而這些缺陷正是時域仿真法的優(yōu)勢所在。因此，人們又研討了結(jié)

6、合時域仿真技術(shù)與直接法的一種方法，即混合法。在混合法中實施數(shù)值仿真至缺點去除時間以外好像通常的時域仿真，在仿真過程中運用PEBS上的近似出口點得到一種近似的能量裕度而無需計算UEP，因此該法能提供穩(wěn)定裕度，從而又彌補了時域法的缺乏，混合法得到了較快的開展。由于該法是兩種方法的結(jié)合，具有二者的優(yōu)缺陷。其工程運用主要有二個方面的問題：一個是計算速度。由于引入了時域仿真計算，必需提高整個系統(tǒng)的計算速度。一個是穩(wěn)定裕度的準(zhǔn)確性?；旌戏ㄖ薪Y(jié)合了直接法中穩(wěn)定裕度的計算，直接法本身的一些近似和假設(shè)影響了穩(wěn)定裕度計算的精度。1.4. 擴展等面積 (EEAC) 法等面積法那么從實際上較為完美地處理了單機無窮大系

7、統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評價問題，因此人們投入了大量的研討將其運用于多機系統(tǒng)中，其中以我國薛禹勝院士提出的EEAC法最為著名。EEAC法的根本思想是：在給定缺點擾動下系統(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展動態(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那么評價系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。EEAC包括SEEAC、DEEAC和IEEAC三種方式。與直接法相比，EEAC法可實現(xiàn)多擺穩(wěn)定性判別，但是它評價的正確性依賴于同調(diào)群的正確識別。1.5人工智能法時域仿真法、直接法、混合法、EEAC法都是基于電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和實際的暫穩(wěn)評價方法，計算精度和速度難以協(xié)調(diào)。而人

8、工智能方法可進展非模型的電力系統(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)那么等優(yōu)點，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。目前，人工智能方法主要有：方式識別、模糊實際、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機法。有文獻針對傳統(tǒng)方法難以處理輸入特征選擇的問題，提出了一種利用多信息交融技術(shù)的支持相量機暫態(tài)穩(wěn)定評價方法。但是人工智能法在實踐運用中的困難是：難以獲取大量的、準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)樣本，而實踐電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式、擾動類型、擾動地點復(fù)雜多變，借助于模擬仿真得到的樣本數(shù)據(jù)能夠與電力系統(tǒng)實踐運轉(zhuǎn)情況不符合；缺乏在線自動學(xué)習(xí)的有效算法，難以從大量數(shù)據(jù)中提取有效信息。1.6軌跡分析法軌跡分析法雛形是由A.A.

9、Fouad等人在上世紀(jì)80年代提出根據(jù)數(shù)值仿真暫穩(wěn)計算程序計算的結(jié)果來確定發(fā)電機的穩(wěn)定目的和失穩(wěn)目的的方法。它的根本思想是由時域法計算出的軌跡信息計算相應(yīng)的能量，利用能量分析的方法來定量描畫發(fā)電機的穩(wěn)定情況。但該法所構(gòu)造的穩(wěn)定目的過于粗糙，且缺乏實際分析。因以后來成熟的軌跡分析法是在時域法仿真得到的軌跡信息的根底上，深化分析這些軌跡信息背后的機理，然后提出相應(yīng)的穩(wěn)定性判據(jù)和穩(wěn)定裕度。文獻18利用數(shù)值仿真程序所提供的各發(fā)電機在暫態(tài)過程中的軌跡信息，計算各發(fā)電機的單機能量函數(shù)，分析了缺點后軌跡運轉(zhuǎn)時能量變化的特點，定義了發(fā)電機的穩(wěn)定測度函數(shù)，并證明了穩(wěn)定測度函數(shù)的性質(zhì)，進而對每臺發(fā)電機定義一個穩(wěn)定

10、目的和不穩(wěn)定目的，它們定量地反映了發(fā)電機的穩(wěn)定程度和不穩(wěn)定程度。軌跡分析法的顯著優(yōu)點是無需求取臨界能量值，但是由于結(jié)合了時域法，因此運用于復(fù)雜大系統(tǒng)時存在計算速度和計算精度相矛盾的問題。2.結(jié)論與展望綜上所述，傳統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法雖然為電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制做出很大的奉獻，然而隨著互聯(lián)電網(wǎng)的動態(tài)特性更加復(fù)雜多變，分析和控制難度加劇，這些傳統(tǒng)方法大多已不順應(yīng)電網(wǎng)開展的需求，迫切需求針對互聯(lián)電網(wǎng)現(xiàn)狀的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法。目前，PMU(同步相量丈量單元)丈量技術(shù)的出現(xiàn)為暫態(tài)穩(wěn)定分析的研討提供了新的契機。由多個PMU安裝經(jīng)過通訊設(shè)備互聯(lián)就組成了WAMS(廣域丈量系統(tǒng))，如今已陸續(xù)在我國電網(wǎng)中裝設(shè)

11、，未來幾年有望在我國電網(wǎng)中得到普及。WAMS可提供實時動態(tài)軌跡信息，筆者以為，WAMS實測信息假設(shè)能和軌跡分析法相結(jié)合，將具有實踐運用前景。更正:2006年09期作者董金鑫應(yīng)為董金新，特此更正。 1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性可分為靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。(1)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復(fù)到起始運轉(zhuǎn)形狀的才干。(2)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)遭到大干擾后，各發(fā)電機堅持同步運轉(zhuǎn)并過渡到新的或恢得到原來穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀的才干，通常指第一或第二擺不失步。(3)電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)遭到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。遠(yuǎn)間隔 輸電線路的輸電才

12、干受這3種穩(wěn)定才干的限制，有一個極限。它既不能等于或超越靜態(tài)穩(wěn)定極限，也不能超越暫態(tài)穩(wěn)定極限和動態(tài)穩(wěn)定極限。在我國，由于網(wǎng)架構(gòu)造薄弱，暫態(tài)穩(wěn)定問題較突出，因此線路保送才干相對國外來說要小一些。2提高系統(tǒng)穩(wěn)定的根本措施提高系統(tǒng)穩(wěn)定的措施可以分為兩大類：一類是加強網(wǎng)架構(gòu)造；另一類是提高系統(tǒng)穩(wěn)定的控制和采用維護安裝。(1)加強電網(wǎng)網(wǎng)架，提高系統(tǒng)穩(wěn)定。線路保送功率才干與線路兩端電壓之積成正比，而與線路阻抗成反比。減少線路電抗和維持電壓，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。添加輸電線回路數(shù)、采用緊湊型線路都可減少線路阻抗，前者造價較高。在線路上裝設(shè)串聯(lián)電容是一種有效的減少線路阻抗的方法，比添加線路回路數(shù)要經(jīng)濟。串連電容的

13、容抗占線路電抗的百分?jǐn)?shù)稱為補償度，普通在50左右，過高將容易引起次同步振蕩。在長線路中間裝設(shè)靜止無功補償安裝SVC，能有效地堅持線路中間電壓程度相當(dāng)于長線路變成兩段短線路，并快速調(diào)整系統(tǒng)無功，是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段。(2)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和維護安裝。提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制可包括兩個方面：失去穩(wěn)定前，采取措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；失去穩(wěn)定后，采取措施重新恢復(fù)新的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。下面引見幾種主要的穩(wěn)定控制措施。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及控制。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)必不可少的重要設(shè)備，同時，在缺點形狀能快速調(diào)理發(fā)電機機端電壓，促進電壓、電磁功率擺動的快速平息。因此，充分發(fā)揚其改善系統(tǒng)穩(wěn)定的潛力是提高系統(tǒng)

14、穩(wěn)定性最經(jīng)濟的措施，國外得到普遍注重。常規(guī)勵磁系統(tǒng)采用PID調(diào)理并附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS，既可提高靜態(tài)穩(wěn)定又可阻尼低頻振蕩，提高動態(tài)穩(wěn)定性。目前國外較多的是采用快速高頂值可控硅勵磁系統(tǒng)，配以高放大倍數(shù)調(diào)理器和PSS安裝，這樣可同時提高靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)3種穩(wěn)定性。電氣制動及其控制安裝。在系統(tǒng)發(fā)生缺點瞬間，送端發(fā)電機輸出電磁功率下降，而原動機功率不變，產(chǎn)生過剩功率，使發(fā)電機與系統(tǒng)間的功角加大，如不采取措施，發(fā)電機將失步。在短路瞬間投入與發(fā)電機并聯(lián)的制動電阻，吸收剩余功率即電氣制動，是一種有效的提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施?？礻P(guān)汽門及其控制。在系統(tǒng)發(fā)生缺點時，另一項減少功率不平衡的措施是快關(guān)汽門，以減少發(fā)電機輸入功率。用控制汽輪機的中間閥門實現(xiàn)快關(guān)汽門可有效提高暫態(tài)穩(wěn)定性。但是，它的實現(xiàn)要處理比較復(fù)雜的技術(shù)問題，能否采用快關(guān)措施要進展研討和比較。此外還有在送端切機，同時在受端切負(fù)荷來提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以保證絕大多數(shù)用戶的延續(xù)供電。繼電