《論述電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析》5300字（論文）

IV第1章緒論1.1研究背景自從人類踏入電力時(shí)代以來(lái)，一百多年來(lái)，人們與電的關(guān)系越來(lái)越密切，而電能的消耗也越來(lái)越大。近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技的飛速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)是全球第二大經(jīng)濟(jì)體，電力需求日益增加，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電壓的穩(wěn)定性問(wèn)題就顯得尤為突出。目前，電網(wǎng)正朝著大機(jī)組、大電網(wǎng)、特高壓、長(zhǎng)距離、跨地區(qū)輸送等方向發(fā)展，既有利于提高電力的利用率和經(jīng)濟(jì)效益，又可以降低電網(wǎng)的備用容量，但也很容易導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓崩潰。而新增加的電力系統(tǒng)，負(fù)荷的不可預(yù)測(cè)性，以及各種突發(fā)事件所帶來(lái)的不確定性，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況迅速變化，更有可能引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓崩潰。但現(xiàn)在的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，如果某個(gè)地方的電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很可能造成大面積停電，世界各地都會(huì)出現(xiàn)大面積停電，以下是最近20年來(lái)世界各地大規(guī)模停電的情況：“8.14”美加大停電：美國(guó)和加拿大都出現(xiàn)了一次大規(guī)模的電力中斷，導(dǎo)致了五千萬(wàn)人的傷亡，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。事故原因主要是由于電力系統(tǒng)的靜態(tài)安全分析工具和狀態(tài)估算工具不到位，致使調(diào)度員無(wú)法監(jiān)控系統(tǒng)，再加上線路超負(fù)荷、接地等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)解列、重要負(fù)荷點(diǎn)電壓崩潰，從而引發(fā)大規(guī)模停電。巴西“2.4”大斷電：巴西于2011年2月4號(hào)大范圍的斷電。這場(chǎng)災(zāi)難波及到美國(guó)東北八大洲，受災(zāi)人口達(dá)4千萬(wàn)。事故的起因是由于一次失誤，造成多條母線、出線中斷，東北電網(wǎng)與北部電網(wǎng)、東南電網(wǎng)分開(kāi)，隨后東北電網(wǎng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的電力失調(diào)，造成了大規(guī)模停電。1.2研究意義現(xiàn)在的電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，影響的范圍很大，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以電網(wǎng)的穩(wěn)定性非常重要。電網(wǎng)不穩(wěn)定，造成大停電的原因很多，其中電壓不穩(wěn)定起到了很大的作用，大部分事故都是由電壓不穩(wěn)定引起的，也有可能是電壓不穩(wěn)定。在電網(wǎng)突然擾動(dòng)、負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)、線路容量不足等方面，都會(huì)導(dǎo)致電壓崩潰。因此，研究電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性對(duì)于人類的生存具有重要的意義。而在日常的電網(wǎng)運(yùn)行中，要對(duì)目前的電網(wǎng)電壓穩(wěn)定狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必須要有一個(gè)清晰的指標(biāo)，這樣才能使電網(wǎng)的工作人員能夠通過(guò)這些指標(biāo)判斷出電網(wǎng)的穩(wěn)定狀況，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。第2章電壓系統(tǒng)穩(wěn)定分類當(dāng)電網(wǎng)受到某些干擾后，其工作狀況會(huì)逐漸發(fā)生變化，從穩(wěn)定過(guò)渡到失步。這個(gè)周期的長(zhǎng)度取決于系統(tǒng)本身的參數(shù)和狀態(tài)，還有外部因素的影響。我們將其劃分為三種不同的狀態(tài)：初始階段：在被干擾的那一剎那，大約一秒鐘。在這一秒鐘內(nèi)，有一部分的繼電器會(huì)啟動(dòng)，例如：切斷發(fā)電機(jī)，切斷線路，重新合閘。中間期：大約1秒后，干擾發(fā)生5秒鐘。在這個(gè)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的作用就體現(xiàn)出來(lái)了。最后一步：5秒后的干擾。在此期間，前兩個(gè)階段的行為對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程產(chǎn)生了一定的修正作用。另外，由于電壓和頻率的下降，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備也會(huì)對(duì)負(fù)載進(jìn)行一定程度的削減。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，各種電網(wǎng)的潛在穩(wěn)定性問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力和電能的需求也越來(lái)越大。1929年，瑞典ASESEvaluation公司（HVDC）開(kāi)始了這項(xiàng)技術(shù).該技術(shù)為其它國(guó)家的HVDC技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)已建成了大量的HVDC項(xiàng)目。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)的穩(wěn)定性也得到了極大的提升，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些新的問(wèn)題也被解決了，比如電壓穩(wěn)定和頻率波動(dòng)。2.1靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電網(wǎng)在一定的工作條件下，受小干擾后是否能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作。當(dāng)系統(tǒng)在小干擾下沒(méi)有出現(xiàn)周期性故障或無(wú)周期性故障時(shí)，系統(tǒng)仍在初始運(yùn)行或轉(zhuǎn)入接近的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，稱為靜態(tài)穩(wěn)定。相反，如果出現(xiàn)循環(huán)或無(wú)周期故障，使其不能返回初始操作點(diǎn)，或者不能到達(dá)接近的穩(wěn)定操作位置，則稱為系統(tǒng)的靜態(tài)不穩(wěn)定。它的本質(zhì)就是指在一定的操作條件下，當(dāng)受到一定的干擾時(shí)，系統(tǒng)能否繼續(xù)工作。小干擾是指在系統(tǒng)正常工作時(shí)，負(fù)載發(fā)生較小的波動(dòng)，或正常調(diào)整。由于干擾很小，所以不需要像瞬態(tài)穩(wěn)定一樣，在求出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡后進(jìn)行穩(wěn)定型，而是利用線性化的方法，把非線性的瞬時(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成線性問(wèn)題，再利用線性化的原理，通過(guò)線性系統(tǒng)的原理，從復(fù)平面上的特征根的位置來(lái)判定穩(wěn)定性。該方法叫做“小干擾”。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，也找到了幾種判別系統(tǒng)穩(wěn)定的實(shí)用準(zhǔn)則，這種準(zhǔn)則簡(jiǎn)單、直觀，特別適合于一般的電力系統(tǒng)，可以作為小干擾方法的補(bǔ)充。本文認(rèn)為，用小干擾法對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行了基本的研究，而實(shí)用判據(jù)法則是一種簡(jiǎn)單的判別條件，即在給定的假定情況下，確定電力系統(tǒng)的靜穩(wěn)。也可以說(shuō)，在沒(méi)有換路和干擾較少的條件下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是一個(gè)特殊的例子。也就是說(shuō)，可以用來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，也可以用暫穩(wěn)法來(lái)求解一些靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，但是因?yàn)樗容^簡(jiǎn)單，所以就沒(méi)有這個(gè)必要了。2.2暫態(tài)穩(wěn)定在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，同步運(yùn)行穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性都需要滿足。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)振蕩，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電壓、電壓出現(xiàn)劇烈的周期性變化，從而導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)法正常供電，從而導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)大面積斷電；頻率穩(wěn)定損失會(huì)導(dǎo)致頻率崩潰，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)斷電；一旦電壓不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的電壓崩潰，從而導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域的電力供應(yīng)中斷。我國(guó)對(duì)維持暫態(tài)穩(wěn)定性的需求分為三個(gè)層面：第一層面。對(duì)于一些比較輕微且普遍的故障，如多回220kV線路中有一次出現(xiàn)了單相永久性失效，并在重合后進(jìn)行永跳，既要保證系統(tǒng)在干擾后的穩(wěn)定性，也要保證對(duì)使用者的持續(xù)供電。第二級(jí)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳時(shí)，如單回路的線路出現(xiàn)故障時(shí)，需要在干擾后保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是允許局部負(fù)載的損耗。第三級(jí)。針對(duì)三相短路的嚴(yán)重故障，仍然強(qiáng)調(diào)在干擾后維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是可以采用多種可能的方法。第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)定性3.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介PSS是一種勵(lì)磁輔助設(shè)備，具有抑制電網(wǎng)不穩(wěn)定的作用。PSS通常裝在勵(lì)磁穩(wěn)壓器中，在工作時(shí)，系統(tǒng)通常為負(fù)值，因此它會(huì)引入一個(gè)比軸速更快的信號(hào)，從而產(chǎn)生一個(gè)正向的減振力矩，抵消了前面的負(fù)值。通過(guò)這種方式，可以有效地消除原有的負(fù)阻尼扭矩對(duì)電網(wǎng)的不利影響，從而增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。而且，電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置所輸入的各種數(shù)字信號(hào)，都與這種振動(dòng)有關(guān)，比如發(fā)電機(jī)的頻率、轉(zhuǎn)速、有功等，再通過(guò)放大，產(chǎn)生新的信號(hào)，再送到勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng)。圖3.1PSS結(jié)構(gòu)示意圖由圖3.1可知，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上是一種關(guān)于有功功率、匝數(shù)或頻率的反饋環(huán)節(jié)，它與原勵(lì)磁系統(tǒng)一起構(gòu)成了雙閉環(huán)系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)與電壓相關(guān)；而由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)則與、或相關(guān)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器把直流隔開(kāi)的環(huán)節(jié)能夠使在接近無(wú)窮大時(shí)讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出為零，而在進(jìn)行其它中間過(guò)程時(shí)，該環(huán)節(jié)能夠讓這些數(shù)字信號(hào)順利通過(guò)，就可以讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在所需要的時(shí)段發(fā)揮它的作用。而在超前——滯后環(huán)節(jié)當(dāng)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以補(bǔ)償原系統(tǒng)所致的相位滯后。在處于放大環(huán)節(jié)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器所帶的放大元件也可以確保擁有足夠多的幅值。限幅環(huán)節(jié)可確保突發(fā)大擾動(dòng)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出不會(huì)對(duì)電機(jī)端電壓造成影響。圖3.2PSS信號(hào)作用相量圖3.2電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理不同的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器它的組成它的器件可能會(huì)有不同，為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的主要功能，使它能正常的提供正阻尼力矩，所以PSS還是擁有它需要去滿足的設(shè)計(jì)要求：該裝置必須具有相頻特性，能夠準(zhǔn)確有效地對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行相位延遲的補(bǔ)償。PSS可以作為一種獨(dú)立的外部設(shè)備，不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的工作產(chǎn)生任何的影響。在PSS運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)不會(huì)受到太大的影響。PSS的工作噪聲應(yīng)該盡量降低。包括信號(hào)探測(cè)、隨機(jī)干擾等，其分貝不得超出正常工作范圍10%，并有相應(yīng)的繼電保護(hù)，以確保PSS在不同操作條件下的失效。當(dāng)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定裝置用于原動(dòng)機(jī)的快速調(diào)節(jié)時(shí)，必須具備預(yù)防“反調(diào)”的措施。3.3PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)類型的信號(hào)參數(shù)在經(jīng)過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器后將會(huì)被送往電壓調(diào)節(jié)器，它和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在此時(shí)應(yīng)處于相位滯后的狀態(tài)。而這些被處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)能夠補(bǔ)償相位，所以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的網(wǎng)絡(luò)必須擁有超前補(bǔ)償?shù)墓δ?。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來(lái)消除時(shí)滯以后的補(bǔ)償效應(yīng)。因此，我們可以得到電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)表示如下：:且我們可以得到如下以速度作為輔助信號(hào)參量的網(wǎng)絡(luò)圖：圖5.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)圖以為示例求出電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)方程：其中、是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)變量。、為超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，。是復(fù)位時(shí)間常數(shù)。為放大倍數(shù)。計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上就是求出、、以及的運(yùn)算過(guò)程。這些參量的求解一般都會(huì)使用根軌跡法或者是頻率相應(yīng)法。由于暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶讓功角特性計(jì)算變得非常的復(fù)雜，所以我們?cè)谟?jì)算時(shí)通常會(huì)簡(jiǎn)化一些地方：以直軸暫態(tài)電抗后的電動(dòng)勢(shì)代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；以向量與的夾角代替，。第4章電力系統(tǒng)失穩(wěn)的特征和后果4.1電力失穩(wěn)特征電力不穩(wěn)定性是指在發(fā)電機(jī)內(nèi)的電流量和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等引起的小幅度的振動(dòng)，這種振動(dòng)的頻率一般在1赫茲。電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，主要是因?yàn)橄到y(tǒng)在受到干擾后，由于其內(nèi)部缺少阻尼，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子之間發(fā)生擺動(dòng)，從而導(dǎo)致了電力不穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機(jī)連接到一起時(shí)，同步發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)是緊密相連的，因?yàn)樗膬?nèi)部結(jié)構(gòu)具有很好的阻尼性，從而降低了不穩(wěn)定的可能性，但隨著電網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，再加上環(huán)境和資金的限制，它的工作頻率也會(huì)越來(lái)越低。國(guó)外學(xué)者最先提出了電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置。它的核心原理是，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)可以智能地調(diào)整控制電壓，以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差等信號(hào)參量中的其中之一作為信號(hào)傳遞的基礎(chǔ)，使同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速偏差同軸的附加力矩，產(chǎn)生的阻尼能夠補(bǔ)償因電力失穩(wěn)而減少的部分，由此改良了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的目的是增加同步發(fā)電機(jī)的阻尼來(lái)增強(qiáng)電力輸送的穩(wěn)定性。它抽取角速度，功率或頻率等參量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大、復(fù)位、和超前滯后等環(huán)節(jié)的處理后，作為勵(lì)磁系統(tǒng)的一部分輸入。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器優(yōu)秀的模型設(shè)計(jì)，它的基礎(chǔ)模塊簡(jiǎn)單、針對(duì)性強(qiáng)且擁有經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)，能夠普遍應(yīng)用于各大電力系統(tǒng)。因?yàn)樗鼡碛薪档妥枘岬男Ч?，不僅可以抑制電力失穩(wěn)，還能夠改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。4.2電力失穩(wěn)后果三相負(fù)載失衡時(shí)，變壓器必然會(huì)出現(xiàn)零序電流，而由于零序電流的存在，使鐵心內(nèi)的零序磁通形成零序磁通，從而形成一個(gè)線圈，形成變壓器的罐壁或其它金屬部件。但是，在設(shè)計(jì)時(shí)，由于不把這些金屬元件作為導(dǎo)磁元件，會(huì)造成磁滯和電流損失，從而使其產(chǎn)生熱量，從而造成變壓器局部的金屬零件溫度異常上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成變壓器的操作事故。高壓線路通過(guò)流的故障在很大程度上是由電流引起的。由于三相負(fù)載失衡，導(dǎo)致高壓某一相會(huì)出現(xiàn)較大的電壓，造成高壓線路短路短路，造成大規(guī)模停電，同時(shí)，變電站開(kāi)關(guān)裝置頻繁跳閘，縮短其使用壽命。低壓電網(wǎng)的高損耗會(huì)使電力公司的經(jīng)濟(jì)效益下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電力公司的運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)虧損。由于變壓器燒損、線路燒斷、開(kāi)關(guān)設(shè)備燒損，不僅增加了供電公司的電力成本，而且由于停電檢修和更換購(gòu)貨，導(dǎo)致停電時(shí)間較長(zhǎng)，電力供應(yīng)減少，不僅會(huì)降低供電公司的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)影響供電公司的信譽(yù)，降低服務(wù)品質(zhì)。三相負(fù)載失衡、一相或兩相畸變，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致線路上的壓降增加，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量下降，從而影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。變壓器燒毀，線路燒斷，開(kāi)關(guān)設(shè)備燒毀，對(duì)使用者的用電產(chǎn)生很大的影響。短路還會(huì)導(dǎo)致大量的低壓設(shè)備被燒毀?？偨Y(jié)本次課題以電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題為研究角度，對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的背景和研究的意義進(jìn)行了討論，同時(shí)討論了電力穩(wěn)定問(wèn)題的和電力穩(wěn)定現(xiàn)狀。電力穩(wěn)定是一種有效判斷電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定狀態(tài)的有力判據(jù)，可以為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的理論依據(jù)和量化指標(biāo)。同時(shí)利用連續(xù)潮流計(jì)算的特點(diǎn)，求取出電力系統(tǒng)崩潰點(diǎn)，再對(duì)電力系統(tǒng)后果前后的變化進(jìn)行分析。

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