电力系统稳定性_百度百科
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电力系统稳定性
电力系统稳定性，是给定运行条件下的，在受到后，重新回复到运行的能力。系统稳定性的破坏，将造成大量用户，甚至导致整个系统的瓦解，后果极为严重。因此，保持电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠运行，具有非常重要的意义。
电力系统稳定性概述
电力系统正常运行的一个重要标志，乃是系统中的同步电机（主要是发电机）都处于同步运行状态。所谓同步运行状态是指所有并联运行的同步电机都有相同的电角速度。在这种情况下，表征运行状态的参数具有接近于不变的数值，通常称此情况为稳定运行状态。
随着电力系统的发展和壮大，往往会有这样一些情况：例如，水电厂或火电厂通过长距离交流输电线将大量的电力输送到中心系统，在输送功率大到一定的数值后，电力系统稍微有点小的扰动都有可能出现电流、电压、功率等运行参数剧烈变化和振荡的现象，这表明系统中的发电机之间失去了同步，电力系统不能保持稳定运行状态；又如，当电力系统中个别元件发生故障时，虽然自动保护装置已将故障元件切除，但是，电力系统受到这种大的扰动后，也有可能出现上述运行参数剧烈变化和振荡现象；此外，甚至运行人员的正常操作，如切除输电线路、发电机等，也有可能导致电力系统稳定运行状态的破坏。
通常，人们把电力系统在运行中受到微小的或大的扰动之后能否继续保持系统中同步电机（最主要的是同步发电机）间同步运行的问题，称为电力系统同步稳定性问题。电力系统同步运行的稳定性是根据受扰后系统并联运行的同步发电机转子之间的相对位移角（或发电机电动势之间的相角差）的变化规律来判断的，因此，这种性质的稳定性又称为功角稳定性。
电力系统中电源的配置与负荷的实际分布总是不一致的，当系统通过输电线路向电源配置不足的负荷中心地区大量传送功率时，随着传送功率的增加，受端系统的电压将会逐渐下降。在有些情况下，可能出现不可逆转的电压持续下降，或者电压长期滞留在完全运行所不能容忍的低水平上而不能恢复。这就是说电力系统发生了电压失稳，它将造成局部地区的供电中断，在严重的情况下还可能导致电力系统的功角稳定丧失。
电力系统稳定性的破坏，将造成大量用户供电中断，甚至导致整个系统的瓦解，后果极为严重。因此，保持电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠运行，具有非常重要的意义。[1]
电力系统稳定性国际权威机构电力系统稳定性的定义及分类
国际大电网会议（CIGRE）和国际电气与电子工程师学会电力工程分会（IEEE/PES）稳定定义联合工作组于2004年重新对电力系统稳定性进行了定义和分类，电力系统稳定性是指系统在给定的初始运行方式下，受到物理扰动后仍能够重新获得运行平衡点，且在该平衡点大部分系统状态变量都未越限，从而保持系统完整性的能力。
IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组根据电力系统失稳的物理特性，受扰动的大小及研究稳定问题必须考虑的设备、过程和时间框架，将电力系统稳定分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类，如图所示。
电力系统稳定性功角稳定
功角稳定是指互联系统中的同步发电机受到扰动后，保持同步运行的能力。功角失稳可能由同步转矩或阻尼转矩不足引起，其中，同步转矩不足引起非周期失稳，阻尼转矩不足将引起振荡失稳。
根据扰动的大小，将功角稳定分为小扰动功角稳定与大扰动功角稳定。
小扰动功角稳定是指系统遭受小扰动后保持同步运行的能力，它取决于系统的初始运行状态。由于扰动足够小，因此，在分析时，可在平衡点将描述系统的非线性方程线性化，在此基础上对稳定问题进行研究。小扰动功角稳定可表现为转子同步转矩不足引起的非周期失稳，以及阻尼转矩不足引起的转子增幅振荡失稳，小扰动失稳研究的时间范围通常是10~20s。
大扰动功角稳定又称暂态功角稳定，是指电力系统遭受线路短路、切机等大扰动时，保持同步运行的能力，它由系统的初始运行状态和受扰动的严重程度共同决定。由于扰动足够大，因此，必须用非线性微分方程来研究。大扰动功角稳定表现为非周期失稳和振荡失稳两种模式。非周期失稳大扰动功角稳定问题，研究的时间范围通常是受扰后3~5s，振荡失稳的研究时间范围通常是10~20s。
小扰动功角稳定与大扰动功角稳定均是一种短期现象。
电力系统稳定性电压稳定
电压稳定是指处于给定运行点的电力系统在经受扰动后，维持所有节点电压为可接受值的能力。它依赖于系统维持或恢复负荷需求和负荷供给之间平衡的能力。根据扰动的大小，IEEE/CIGRE将电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。这符合一般的非线性系统和线性系统的稳定性定义。
小扰动电压稳定是指系统受到小的扰动后，如负荷的缓慢增长等，维持电压的能力。
这类形式的稳定受某一给定时刻负荷特性、离散和连续控制影响。借助适当的假设，在给定运行点对系统动态方程进行线性化处理，从而可以用静态方法对小扰动电压稳定进行研究。从线性化计算可以得到有价值的灵敏度信息等。这些信息在确定影响系统稳定的主要因素时非常有用。
大扰动电压稳定是指系统受到大的扰动后，如系统故障、失去负荷、失去发电机等，维持电压的能力。这类形式的稳定取决于系统特性、负荷特性、离散和连续控制与保护及它们之间的相互作用。确定这种稳定形式需要在一个足够长的时间周期内，检验系统的动态行为，以便能够捕捉到诸如电动机、有载调压变压器、发电机励磁电流调节器等设备的运行及它们的相互作用。一般用包含合适模型的非线性时域仿真法来研究大扰动电压稳定问题。根据需要研究时间范围可从几秒到几十分钟。
电压稳定可能是短期的或长期的现象。短期电压稳定与快速响应的设备有关，必须考虑负荷的动态，及邻近负荷的短路故障，研究时间大约在几秒钟；长期电压稳定与慢动态设备有关，它通常由连锁的设备停运引起，与初始扰动程度无关，研究时间可以是几分钟或者更长的时间。
值得一提的是，IEEE/CIGRE对于正确区分功角稳定和电压问题给出了明确的解释，功角稳定和电压稳定的区别并不是基于有功/功角和无功/电压幅值的弱耦合关系。实际上，对于重载情况下的电力系统，有功/功角和无功/电压幅值之间具有很强的耦合关系，功角稳定和电压稳定都受到扰动前有功、无功潮流的影响。
电力系统稳定性频率稳定
频率稳定是指电力系统受到严重扰动后，发电和负荷需求出现大的不平衡，系统仍能保持稳定频率的能力。电力系统功率不平衡量是变化的，频率的变化是一个动态过程。频率稳定可以是短期的或长期的现象。[2]
电力系统稳定性我国电力系统稳定性的定义及分类
我国DL 755—2001《电力系统安全稳定导则》规定，电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。根据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统，将电力系统稳定分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类，如图所示。
电力系统稳定性功角稳定
根据受扰动的大小以及导致功角不稳定的主导因素不同，功角稳定分为静态稳定、小扰动动态稳定、暂态稳定和大扰动动态稳定。
静态稳定是指系统受到小扰动后不发生周期性失稳，自动恢复到初始运行状态的能力。它是由于同步力矩不足引起的，属于小扰动动态稳定的一种，主要用来定义系统正常运行和事故后运行方式下的静态稳定储备情况。
小扰动动态稳定是指系统受到小扰动后，不发生周期性振荡，保持较长过程稳定运行的能力。它是由阻尼力矩不足引起的，主要用于分析系统正常运行和事故后运行方式下的阻尼特性。
暂态稳定是指系统受到大扰动后，各同步机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。它通常指第一、二摇摆不失去稳定性，主要用于确定系统暂态稳定极限和稳定措施。
大扰动动态稳定是指系统受到大扰动后，在系统动态元件和自动装置的作用下，保持系统稳定性的能力。它主要用于分析系统暂态稳定后的动态稳定性。
电力系统稳定性电压稳定
电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。根据受扰动程度的大小分为静态电压稳定和大扰动电压稳定。
静态电压稳定是指系统受到小扰动后，系统电压能够保持或者恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。它主要用来定义系统正常运行和系统事故后运行方式下的电压静态稳定储备系数。
大扰动电压稳定是指电力系统受到大扰动后，系统不发生电压崩溃的能力，包括暂态电压稳定、动态电压稳定和中长期电压稳定。暂态电压稳定主要用于分析快速的电压稳定问题；中长期电压稳定主要用于分析在响应较慢的动态元件和控制装置作用下的电压稳定性。
电力系统稳定性频率稳定
频率稳定是指系统受到严重扰动后，出现较大的有功功率不平衡，系统频率仍能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率崩溃的能力。它主要用于分析系统的旋转备用容量和低频减载负荷配置的有效性与合理性，以及机网协调控制等问题。[2]
电力系统稳定性提高系统稳定的基本措施
提高系统稳定的措施可以分为两大类：一类是加强网架结构，另一类是提高系统稳定的控制和采用保护装置。　　(1)加强电网网架，提高系统稳定。线路输送功率能力与线路两端电压之积成正比，而与线路阻抗成反比。减少线路电抗和维持电压，可提高系统稳定性。增加输电线回路数、采用紧凑型线路都可减少线路阻抗，前者造价较高。在线路上装设串联电容是一种有效的减少线路阻抗的方法，比增加线路回路数要经济。串连电容的容抗占线路电抗的百分数称为补偿度，一般在50%左右，过高将容易引起次同步振荡。在长线路中间装设静止无功补偿装置（SVC），能有效地保持线路中间电压水平（相当于长线路变成两段短线路），并快速调整系统无功，是提高系统稳定性的重要手段之一。　　(2)电力系统稳定控制和保护装置。提高电力系统稳定性的控制可包括两个方面：①失去稳定前，采取措施提高系统的稳定性；②失去稳定后，采取措施重新恢复新的稳定运行。[3]
唐忠主编．普通高等教育“十二五”规划教材 现代电力工程与技术基础 下．北京：中国电力出版社，2013.09：51
赵兴勇，王秀丽著．分布式发电并网与电压稳定性．北京：中国电力出版社，2015.03：2-5
倪勇，张冬波主编．电工电子概论．北京：中国电力出版社，2009.06：67
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什么是电力系统的运行稳定性
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电力系统的运行稳定性就是电压和频率控制在规定范围内，运行方式和负荷潮流没有大的变化。
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电力系统电压稳定性
《电力系统电压稳定性》是电子工业出版社出版的图书。
电力系统电压稳定性基本信息
产品尺寸及重量: 25.8 x 18.2 x 1.2 399 g
电力系统电压稳定性内容简介
《高等学校教材系列·电力系统电压稳定性》是电力系统电压稳定性方面的权威著作之一。国际著名电力学者M.A.Pai教授亲笔作序，内容上推层出新，囊括了电压稳定性问题的几乎已有的各种控制及其他理论方法和手段。全书分两个部分共九章。第一部分共四章，处理电压不稳定性问题的现象和与此相关的电力系统各个部件，除了第一章是介绍外，其他三章分别讨论电力系统的传输问题、发电机的建模问题以及电压不稳定性的驱动源问题。第二部分共五章，处理电压不稳定性机制和各种分析方法的描述。第五章涉及非线性系统理论的数学背景。第六章讨论为电压稳定性分析的通用建模要求。第七章给出了基本的电压稳定性理论，按照三个紧密联系的概念：载荷能力限制、分岔和灵敏度。第八章集中讨论大的、突然的干扰，并且逐一描述失稳的可能机理。第九章给出了电压稳定性问题的规范和计算机方法的有代表性的实例。
电力系统电压稳定性作者简介
作者：(比利时)Thierry Van Cutsem 译者：王奔
电力系统电压稳定性目录
第I部分 设备与现象
第1章 简介
1.1 为什么不是另一本书
1.2 电压稳定性
1.3 电力系统稳定性的分类
1.4 本书的结构
第2章 传输系统方面
2.1 单负荷无穷大母线系统
2.2 最大可传输功率
2.2.1 无约束最大功率
2.2.2 在一个给定负荷功率因数下的最大功率
2.2.3 从电力潮流方程推演的最大功率
2.3 功率—压关系
2.4 发电机无功功率要求
2.5 对不稳定性机制的一个简单阐述
2.5.1 与负荷PV特性相对的网络
2.5.2 不稳定性现象
2.6 补偿的影响
2.6.1 线路串联补偿
2.6.2 并联补偿
2.6.3 静止无功补偿器
2.7 VQ曲线
2.8 可调节变压器分接头比例的影响
第3章 发电方面
3.1 同步发电机理论的回顾
3.1.1 基本的建模假设
3.1.2 派克方程
3.1.3 运动动态
3.1.4 仅考虑励磁的简化建模
3.1.5 相量表示法
3.1.6 同步参考轴
3.1.7 功率关系式
3.1.8 饱和的建模
3.1.9 涉及饱和的稳态关系
3.1.10 关于标幺值系统
3.2 频率和电压控制器
3.2.1 频率控制器概述
3.2.2 自动电压调节器
3.2.3 二次电压控制
3.3 影响电压稳定性的限制装置
3.3.1 过励磁限制器：描述
3.3.2 过励磁限制器：建模
3.3.3 电枢电流限制器
3.4 同步发电机的电压一无功特性
3.4.1 在自动电压调节器控制下的发电机
3.4.2 在励磁电流限制下的发电机
3.4.3 在电枢电流限制下的发电机
3.4.4 讨论
3.5 容量曲线
3.5.1 简化情况：非饱和隐极机
3.5.2 通常情况：详细建模
3.6 关于可传输功率的发电机限制影响
第4章 负荷方面
4.1 依赖于负荷的电压
4.1.1 负荷特性
4.2 负荷恢复动态
4.3 感应电动机
4.3.1 感应电动机的重要性
4.3.2 电动机建模
4.3.3 受机械转矩影响的电动机行为
4.3.4 单相感应电动机
4.4 有载分接头转换器
4.4.1 描述
4.4.2 有载分接头转换器的建模
4.4.3 通过有载分接头转换器实现的负荷恢复
4.4.4 多级电力系统的有载分接头转换器
4.5 恒温负荷恢复
4.6 一般的综合负荷模型
4.6.1 负荷综合
4.6.2 自恢复负荷的通用模型
4.7 高压直流联络线路
第II部分 稳定性机制和分析方法
第5章 数学基础
5.1 微分方程(定性理论)
5.1.1 解的存在性和唯一性
5.1.2 平衡及其稳定性
5.1.3 不变流形
5.1.4 极限环及其稳定性
5.1.5 吸引域
5.2.1 什么是分岔
5.2.2 鞍结点分岔
5.2.3 霍普夫分岔
5.3 微分一代数系统
5.3.1 平衡点与稳定性
5.3.2 研究代数方程奇异性
5.4 多时间标度
5.4.1 奇异摄动
5.4.2 慢流形
5.4.3 慢动态和快动态
5.4.4 例：分解的振荡器
5.4.5 在二时间标度系统中的奇异点
第6章 建模：系统观点
6.1 一般动态模型的概述
6.1.1 瞬时响应：网络
6.1.2 短期动态
6.1.3 长期动态
6.2 网络建模
6.2.1 向量形式的网络模型
6.2.2 双端口建模
6.2.3 复电流公式
6.2.4 实电流和虚电流公式
6.2.5 有功电流和无功电流公式
6.3 一个详细的例子
6.3.1 全面描述
6.3.2 主要的建模假设
6.3.3 网络建模
6.3.4 发电机建模
6.3.5 负荷建模
6.3.6 总结
6.4 时间标度分解透视
6.5 电压稳定性研究的平衡方程
6.5.1 短期动态平衡
6.5.2 长期动态平衡
6.5.3 将平衡方程约简到仅存网络方程
6.5.4 关于电力潮流方程的应用
6.6 详细的例子(续)：平衡公式
6.6.1 网络方程
6.6.2 发电机平衡方程
6.6.3 负荷平衡方程
6.7 数据处理问题
第7章 载荷能力、灵敏度和分岔分析
7.1 载荷能力限制
7.1.1 负荷特性的影响
7.1.2 载荷能力限制的特性
7.1.3 关于两母线系统的例证
7.2 灵敏度分析
7.2.1 灵敏度的推导
7.2.2 关于两母线系统的例证
7.3 分岔分析
7.3.1 建模需要考虑的事项
7.3.2 短期动态的鞍结点分岔
7.3.3 例子
7.3.4 长期动态的鞍结点分岔
7.3.5 例子
7.3.6 时间标度之间的相互作用
7.3.7 例子
7.4 特征向量和奇异向量特性
7.4.1 关于特征向量的应用
7.4.2 关于奇异值分解
7.5 载荷能力曲面或分岔曲面
7.5.1 参数空间
7.5.2 法向量和最近分岔点
7.5.3 对参数裕度的灵敏度
7.6 存在不连续性的载荷能力限制
7.6.1 不等式约束公式
7.6.2 对受限发电机的应用
7.6.3 关于灵敏度的影响
第8章 不稳定性机制及抑制措施
8.1 措施类型
8.2 不稳定性机制的分类
8.2.1 短期电压不稳定性
8.2.2 长期电压不稳定性
8.2.3 由长期动态诱导的短期不稳定性
8.3 短期电压不稳定性的例子
8.3.1 例1：短期1不稳定性
8.3.2 例2：短期2不稳定性
8.3.3 例3：短期3不稳定性
8.4 短期不稳定性的抑制措施
8.4.1 快速电容器投切
8.4.2 静止无功补偿器
8.4.3 高压直流调节
8.4.4 快速故障清除
8.4.5 快速甩负荷
8.5 长期电压不稳定性的情况研究
8.5.1 案例1：长期1不稳定性
8.5.2 案例2：短期一长期1发电机不稳定性
8.5.3 案例3：短期一长期1电动机不稳定性
8.6 抑制长期不稳定性的校正措施
8.6.1 措施的目的
8.6.2 长期平衡恢复：何地动作
8.6.3 长期平衡恢复：何时动作
8.6.4 校正措施：数量对时间的问题
第9章 电压安全评估的标准和方法
9.1 电压安全：定义和标准
9.1.1 运行状态
9.1.2 安全分析
9.1.3 安全裕度确定
9.1.4 静态方法的符号
9.2 意外事故估计
9.2.1 意外事故后的电力潮流
9.2.2 不可解情况的电力潮流方法
9.2.3 VQ曲线
9.2.4 多时间标度仿真方法
9.2.5 准稳态长期仿真
9.3 载荷能力限制计算
9.3.1 定义及问题的陈述
9.3.2 连续方法
9.3.3 最优化方法
9.3.4 结合灵敏度分析的时间仿真
9.3.5 基于多电力潮流解的方法
9.4 安全运行限制决策
9.4.1 定义及问题陈述
9.4.2 二分搜索
9.5 不稳定性诊断的特征分析法
9.5.1 特征向量分析
9.5.2 特征向量计算方法
9.6 源白实际系统的例子
9.6.1 魁北克水电系统的电压稳定性
9.6.2 系统建模
9.6.3 准稳态仿真的有效性
9.6.4 不稳定性机制和抑制措施的例子
9.6.5 安全运行限制决策
9.6.6 载荷能力限制决策
9.6.7 临界点识别
9.7 实时问题
9.7.1 意外事故选择
9.7.2 电压稳定性指标
9.7.3 自动学习方法
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电力系统暂态稳定性
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电力系统的暂态稳定性是指电力系统在运行过程中，受到一个大的扰动后经过一个暂态过程能否达到新的稳定运行状态或恢复到原来运行状态（平衡点）的能力。
大扰动包括短路故障以及切除输电线路等。
实用判据：可以用电力系统受到大扰动后功角随时间变化的特性作为暂态稳定的判据。
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