第1章 绪论
1.1本课题研究的依据和意义
随着电力系统规模的不断扩大，暂态稳定性问题日趋严重。电力系统一旦失去稳定，往往造成大范围、较长时间停电，给国民经济和人民生活造成巨大损失和严重危害，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解。长期以来，国内外的专家、学者对如何保证和提高电力系统的暂态稳定性进行了大量的研究工作，并且至今仍将其作为电力系统方面的一个重要研究课题。特别在我国，由于目前输电系统建设滞后于电源的建设，高低压电磁环网结构较多，且电网间联系薄弱，从而更易发生暂态稳定性破坏事故。
目前，由于我国经济发展较快，电力增加难以满足国民经济增长的需要，难以在短时间内通过网络建设、备用容量的增加以及新型装置的投入来解决系统的稳定运行问题，因此在电网实际运行中，如何运用各种控制调节手段提高系统的稳定运行水平就显得更为重要。
电力系统遭受大干扰是人们所不希望的，但事实上又是无法避免的。系统在遭受大干扰后失去稳定的后果往往非常严重，甚至是灾难性的。事实上电力系统遭受到的各种大干扰，诸如短路故障，大容量发电机、大的负荷、重要输电设备的投入或切除等都是以一定的概率随机地发生，因此系统的设计、运行方式的制定总是需要保证系统在合理选择的预想事故下能够保持稳定，而此系统的设计、运行方式的制定总是需要保证系统在合理选择的预想事故下能够保持稳定，而不能要求电力系统能承受所有干扰的冲击。判断电力系统在预想事故下能否稳定运行，需要进行暂态稳定分析。当系统不稳定时，还需要研究提高系统稳定的有效措施；当系统发生重大稳定破坏事故时，需要进行事故分析，找出系统的薄弱环节，并提出相应的对策。
暂态稳定计算，是电力系统最基本的计算之一。它的主要目的是确定电力系统在受到一定扰动(如输电系统故障、发电机切除、大负荷突变等)后，全系统维持同步运行的能力，求出系统状态变量(如发电机功角、母线电压、线路潮流等)对扰动的响应，并在此基础上分析影响电力系统动态稳定的各种因素，研究提高
电力系统稳定性的措施。
1.2 电力系统暂态稳定概述
电力系统中各台同步发电机在同步运行状态下，输出的电功率为定值，系统中各节点电压和各支路的潮流也是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。当电力系统在某一正常稳定运行状态下受到某种干扰后，如果能够经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态，这时我们就认为系统在该正常运行状态下是稳定的；反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳定运行状态，以至最后使各发电机间失去同步，则说明系统是不稳定的。一般是表示发电机组对系统或系统对系统间的同步运行稳定性 。 电力系统稳定性通常是按照干扰的大小和控制系统的控制方法来分类的。电力系统按照所承受的干扰大小可分为静态稳定和暂态稳定两大类 。电力系统的静态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力，对于简单电力系统，可以用 作为静态稳定的判据；电力系统的暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到或恢复到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二振荡周期不失步，一般用各发电机的转子相对角度随时间的变化曲线（摇摆曲线）的变化规律来判断系统的稳定性。
在正常的稳定运行情况下，电力系统中各发电机组输出的电磁转矩和原动机输入的机械转矩平衡，因此所有发电机转子速度保持恒定。但是电力系统一旦发生短路事故等大干扰时，便发生了电力振荡。这种振荡使发电机组间发生相对运动，相对角不断变化，从而影响发电机的输出功率特性、发电机端子电压的励磁系统控制特性、负荷电压频率等，并相互影响引起很复杂的振荡。控制系统对此采取了抑制措施，经过一个暂态机电过程恢复原来的稳定状态或达到新的稳定状态。如果控制措施不当，则可能扩大振荡，系统就不能稳定，从而引发发电机失步、失磁等异常现象。
电力系统稳定性与系统结构、运行方式、调节装置的参数和干扰的大小、地点及延续时间等有关。在一种干扰下时稳定的系统，在另一种更大的干扰下可能是不稳定的，所以说没有绝对稳定的系统。也就是说，一个系统的暂态稳定情况
和系统原来的运行方式以及干扰方式有关，同一个系统在某个运行方式和某种扰动下是暂态稳定的，但是在另一个运行方式和另一种扰动下它可能就是不稳定的。因此，在分析一个系统的暂态稳定性时，首先必须结合系统的实际情况定出系统的初始运行方式。
电力系统受到大扰动，经过一段时间后，或是逐步趋向稳态运行，或是趋向失去同步。这段时间的长短与系统本身的状态有关，有的持续约一秒钟(例如联系紧密的系统)，有的则要持续几秒钟甚至几分钟。也就是说，在某些情况下只要分析扰动后一秒钟左右的暂态过程就可以判断系统能否保持稳定，而在另一些情况则必须分析更长的时间。由于在扰动后的不同时间里系统各部分的反应不同，在分析暂态稳定时往往按下面三种不同的时间阶段分类:
(1)起始阶段 即故障后约一秒钟内的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸，切除发电机等。在这个时间段中发电机的调节系统起不到明显的作用。
(2)中间阶段 在起始阶段后，持续5秒钟左右的时间段。在此期间发电机的调节系统将发挥作用。
(3)后期阶段 在故障后几分钟时间内。这时热力设备(如锅炉等)中的过程将影响到电力系统的暂态过程，另外，系统中还将发生由于频率的下降而自动切除部分负荷等操作。
分析电力系统暂态稳定时要采用一些假设，这里介绍几个最基本的假设 (1)由于发电机组惯性较大，在所研究的短暂时间里各机组的电角速度相对于同步角速度(314ard/s)的偏离是不大的。所以，在分析系统的暂态稳定时假定在故障后的暂态过程中，网络中的频率仍为50Hz。
(2)忽略突然发生故障后网络中的非周期分量电流。一方面是由于它衰减较快，另一方面，非周期分量电流产生的磁场在空间不动，它和转子绕组电流产生的磁场相互作用将产生一同步频率交变、平均值接近于零的制动转矩。此转矩对发电机的机电暂态过程影响不大，可以略去不计。
(3)当故障为不对称故障时，发电机定子回路中将流过负序电流。负序电流产生的磁场和转子绕组电流的磁场形成的转矩，主要是以两倍同步频率交变的，平均值接近于零的制动转矩。它对电力系统的机电暂态过程也没有明显影响，也
可略去不计。如果有零序电流流过发电机，由于零序电流在转子空间的合成磁场为零，它不产生转矩，完全可以略去。
(4) 忽略负荷的动态影响。
此外，在简化计算中，还忽略暂态过程中发电机的附加损耗。
根据计算结果精度的不同要求，以及分析方法本身的限制，还将对各元件的数学模型采用不同程度的简化，有时甚至对一部分发电机或系统中的某些部分进行动态等值的简化处理。
根据以上几个假设，网络中的电流、电压只有频率为50Hz的分量，也就是说描述网络的方程仍用代数方程。
1.3电力系统暂态分析计算方法的比较与选择
目前，电力系统暂态稳定分析方法基本分为两种。第一种方法是数值积分方法，又称间接法，其基本思想是用数值积分方法求出描述受扰运动微分方程组的时间解，然后用各发电机转子之间相对角度的变化判断系统的稳定性。其优点是系统模型精致，计算结果准确，能提供系统中各种变量的时间响应；缺点是计算量非常大、耗时长，而在线应用感兴趣的时间仅在几秒内，而且不易导出稳定程度的定量信息以及对系统关键参数的灵敏度分析。数值解法是目前广泛应用的分析方法，已发展得比较成熟，并基本上能满足电力系统规划、设计和运行过程中所进行的离线暂态稳定分析对计算速度和精度的要求。另一种方法是直接法，它不需要求解微分方程组，而是通过构造一个类似于“能量”的标量函数，即李雅普诺夫函数，并通过检查该函数的时变性来确定非线性系统的稳定性质，因此它是一种定性的方法。其优点是能提供系统稳定程度的定量信息；提供系统稳定与对系统关键参数或运行条件变化的灵敏度分析；对极限参数计算速度快，可快速扫描系统暂态过程。缺点是模型能力差，计算结果具有保守性。而且构造李雅普诺夫函数比较困难，因此，目前电力系统暂态稳定分析的直接法仅限于比较简单的数学模型，或用暂态能量函数近似李雅普诺夫函数，因此其分析结果尚不能令人完全满意。
其中，数值解法又分为两类。一类是在电力系统稳定分析中广泛应用的隐式梯形积分法。梯形积分法具有良好的数值稳定性和对刚性微分方程组的适应性，
相关推荐：
loading