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(kuò)展，電網(wǎng)動(dòng)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(qiáng)對(duì)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(duì)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(xiàn)進(jìn)展了調(diào)研和綜述，指出了現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，同時(shí)提出了今后暫態(tài)穩(wěn)定分析法的開(kāi)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(yùn)轉(zhuǎn)，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)、西電東送工程的實(shí)施，使得我國(guó)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(kāi)展。電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)展帶來(lái)宏大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也出現(xiàn)了新的技術(shù)問(wèn)題，如：長(zhǎng)間隔 弱聯(lián)絡(luò)線并列

2、運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成輸電瓶頸，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，動(dòng)態(tài)特性更加復(fù)雜多變。另外，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入，使得系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)特性更加不可預(yù)測(cè)。同時(shí)，電網(wǎng)互聯(lián)后，受擾動(dòng)的影響而涉及的范圍會(huì)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(cuò)失緊急控制時(shí)機(jī)，從而引發(fā)大停電事故的重要緣由之一。因此，加強(qiáng)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(píng)述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)忽然蒙受大擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀不失同步地過(guò)渡到新的穩(wěn)定運(yùn)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(lèi)方

3、法：1.1時(shí)域法時(shí)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(dòng)下的數(shù)值解，即逐漸求得系統(tǒng)形狀量和代數(shù)量隨時(shí)間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機(jī)功角值大于某一特定閥值來(lái)判別系統(tǒng)能否在大擾動(dòng)后維持暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。時(shí)域法具有廣泛模型的順應(yīng)性，但是由于需數(shù)值求解，計(jì)算速度慢；閥值的選取是經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐閱歷得到的，缺乏實(shí)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(shí)際根底是李亞普洛夫穩(wěn)定性定理，因此也稱(chēng)為擬李亞普洛夫直接法(簡(jiǎn)稱(chēng)直接法)。該方法是經(jīng)過(guò)比較擾動(dòng)終了時(shí)暫態(tài)能量函數(shù)值與系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的暫態(tài)能量值來(lái)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(jì)算實(shí)踐系統(tǒng)缺點(diǎn)后的發(fā)電機(jī)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(shí)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(guó)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(diǎn)法 (RUEP)、勢(shì)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(jì)算Vcr時(shí)的近似都會(huì)帶來(lái)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(shí)踐多機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡并不經(jīng)過(guò)RUEP點(diǎn)，所以用RUEP點(diǎn)的勢(shì)能作為Vcr,也有一定的誤差。(2)在PEBS法中，以為繼續(xù)缺點(diǎn)軌跡(替代臨界軌跡 )與勢(shì)能界面相交的一點(diǎn)

5、就近似地等于UEP，以該點(diǎn)的勢(shì)能作為該缺點(diǎn)位置的臨界能量。而這種近似是有條件的，因此會(huì)帶來(lái)誤差。(3)在BCU法中，是用經(jīng)過(guò)主導(dǎo)UEP的恒值能量面 (替代穩(wěn)定流形 )去近似出口點(diǎn)的。而且，與RUEP法類(lèi)似，以偏向功率方程為零確定的主導(dǎo)UEP點(diǎn)的勢(shì)能作為Vcr是有誤差的。總之，直接法無(wú)需數(shù)值求解功角搖擺曲線，計(jì)算速度快，能給出穩(wěn)定裕度。但是普通模型較簡(jiǎn)單，分析結(jié)果偏保守或樂(lè)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(jiǎn)單模型的系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜大系統(tǒng)的穩(wěn)定評(píng)價(jià)無(wú)能為力，同時(shí)由于假設(shè)機(jī)械功率不變，只能對(duì)首擺穩(wěn)定做出合理的評(píng)價(jià)。而這些缺陷正是時(shí)域仿真法的優(yōu)勢(shì)所在。因此，人們又研討了結(jié)

6、合時(shí)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(shí)施數(shù)值仿真至缺點(diǎn)去除時(shí)間以外好像通常的時(shí)域仿真，在仿真過(guò)程中運(yùn)用PEBS上的近似出口點(diǎn)得到一種近似的能量裕度而無(wú)需計(jì)算UEP，因此該法能提供穩(wěn)定裕度，從而又彌補(bǔ)了時(shí)域法的缺乏，混合法得到了較快的開(kāi)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(yùn)用主要有二個(gè)方面的問(wèn)題：一個(gè)是計(jì)算速度。由于引入了時(shí)域仿真計(jì)算，必需提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算速度。一個(gè)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(jì)算，直接法本身的一些近似和假設(shè)影響了穩(wěn)定裕度計(jì)算的精度。1.4. 擴(kuò)展等面積 (EEAC) 法等面積法那么從實(shí)際上較為完美地處理了單機(jī)無(wú)窮大系

7、統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)價(jià)問(wèn)題，因此人們投入了大量的研討將其運(yùn)用于多機(jī)系統(tǒng)中，其中以我國(guó)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(diǎn)擾動(dòng)下系統(tǒng)的機(jī)組分為臨界機(jī)組和非臨界機(jī)組兩群，基于軌跡聚合和保穩(wěn)變換，分別對(duì)這兩群機(jī)組用等值機(jī)進(jìn)展動(dòng)態(tài)等效，進(jìn)而又等值為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，從而可利用等面積法那么評(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)多擺穩(wěn)定性判別，但是它評(píng)價(jià)的正確性依賴(lài)于同調(diào)群的正確識(shí)別。1.5人工智能法時(shí)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(shí)際的暫穩(wěn)評(píng)價(jià)方法，計(jì)算精度和速度難以協(xié)調(diào)。而人

8、工智能方法可進(jìn)展非模型的電力系統(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)那么等優(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)。目前，人工智能方法主要有：方式識(shí)別、模糊實(shí)際、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)法。有文獻(xiàn)針對(duì)傳統(tǒng)方法難以處理輸入特征選擇的問(wèn)題，提出了一種利用多信息交融技術(shù)的支持相量機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)價(jià)方法。但是人工智能法在實(shí)踐運(yùn)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(shí)踐電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式、擾動(dòng)類(lèi)型、擾動(dòng)地點(diǎn)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(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)情況不符合；缺乏在線自動(dòng)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(jì)算程序計(jì)算的結(jié)果來(lái)確定發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定目的和失穩(wěn)目的的方法。它的根本思想是由時(shí)域法計(jì)算出的軌跡信息計(jì)算相應(yīng)的能量，利用能量分析的方法來(lái)定量描畫(huà)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定情況。但該法所構(gòu)造的穩(wěn)定目的過(guò)于粗糙，且缺乏實(shí)際分析。因以后來(lái)成熟的軌跡分析法是在時(shí)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(jī)理，然后提出相應(yīng)的穩(wěn)定性判據(jù)和穩(wěn)定裕度。文獻(xiàn)18利用數(shù)值仿真程序所提供的各發(fā)電機(jī)在暫態(tài)過(guò)程中的軌跡信息，計(jì)算各發(fā)電機(jī)的單機(jī)能量函數(shù)，分析了缺點(diǎn)后軌跡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能量變化的特點(diǎn)，定義了發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定測(cè)度函數(shù)，并證明了穩(wěn)定測(cè)度函數(shù)的性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)每臺(tái)發(fā)電機(jī)定義一個(gè)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(jī)的穩(wěn)定程度和不穩(wěn)定程度。軌跡分析法的顯著優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需求取臨界能量值，但是由于結(jié)合了時(shí)域法，因此運(yùn)用于復(fù)雜大系統(tǒng)時(shí)存在計(jì)算速度和計(jì)算精度相矛盾的問(wèn)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(xiàn)，然而隨著互聯(lián)電網(wǎng)的動(dòng)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(kāi)展的需求，迫切需求針對(duì)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(jī)。由多個(gè)PMU安裝經(jīng)過(guò)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(guó)電網(wǎng)中裝設(shè)

11、，未來(lái)幾年有望在我國(guó)電網(wǎng)中得到普及。WAMS可提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)軌跡信息，筆者以為，WAMS實(shí)測(cè)信息假設(shè)能和軌跡分析法相結(jié)合，將具有實(shí)踐運(yùn)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(dòng)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(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)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(jī)堅(jiān)持同步運(yùn)轉(zhuǎn)并過(guò)渡到新的或恢得到原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)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(gè)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限。在我國(guó)，由于網(wǎng)架構(gòu)造薄弱，暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題較突出，因此線路保送才干相對(duì)國(guó)外來(lái)說(shuō)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(lèi)：一類(lèi)是加強(qiáng)網(wǎng)架構(gòu)造；另一類(lèi)是提高系統(tǒng)穩(wěn)定的控制和采用維護(hù)安裝。(1)加強(qiáng)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(jià)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(jì)。串連電容的

13、容抗占線路電抗的百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為補(bǔ)償度，普通在50左右，過(guò)高將容易引起次同步振蕩。在長(zhǎng)線路中間裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償安裝SVC，能有效地堅(jiān)持線路中間電壓程度相當(dāng)于長(zhǎng)線路變成兩段短線路，并快速調(diào)整系統(tǒng)無(wú)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(hù)安裝。提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制可包括兩個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)。下面引見(jiàn)幾種主要的穩(wěn)定控制措施。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及控制。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的重要設(shè)備，同時(shí)，在缺點(diǎn)形狀能快速調(diào)理發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，促進(jìn)電壓、電磁功率擺動(dòng)的快速平息。因此，充分發(fā)揚(yáng)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(jì)的措施，國(guó)外得到普遍注重。常規(guī)勵(lì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。目前國(guó)外較多的是采用快速高頂值可控硅勵(lì)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(shí)提高靜態(tài)、暫態(tài)和動(dòng)態(tài)3種穩(wěn)定性。電氣制動(dòng)及其控制安裝。在系統(tǒng)發(fā)生缺點(diǎn)瞬間，送端發(fā)電機(jī)輸出電磁功率下降，而原動(dòng)機(jī)功率不變，產(chǎn)生過(guò)剩功率，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的功角加大，如不采取措施，發(fā)電機(jī)將失步。在短路瞬間投入與發(fā)電機(jī)并聯(lián)的制動(dòng)電阻，吸收剩余功率即電氣制動(dòng)，是一種有效的提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施?？礻P(guān)汽門(mén)及其控制。在系統(tǒng)發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，另一項(xiàng)減少功率不平衡的措施是快關(guān)汽門(mén)，以減少發(fā)電機(jī)輸入功率。用控制汽輪機(jī)的中間閥門(mén)實(shí)現(xiàn)快關(guān)汽門(mén)可有效提高暫態(tài)穩(wěn)定性。但是，它的實(shí)現(xiàn)要處理比較復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，能否采用快關(guān)措施要進(jìn)展研討和比較。此外還有在送端切機(jī)，同時(shí)在受端切負(fù)荷來(lái)提高整個(gè)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