第一篇：電力系統穩定性（模版）

全國電力系統管理及其信息交換標委會電力通信技術工作組會議于2011年7月22日在南京召開，出席會議的領導有：標委會秘書長張官元，工作組組長常寧、副組長高蕓、上屆秘書長劉國定。來自國家電力調度中心、國網信通公司、山東電網、山西電網、華中電網、南方電網、綿陽靈通公司及國網電科院等單位的18位工作組成員及專家代表參加了本次會議。標委會秘書長張官元在會上就目前標準化的工作進程及發展方向做了重要指示，介紹了近幾年標準化工作取得的業績以及標準化工作在開展過程中存在的困難；工作組組長常寧就通信技術工作組的工作發表了重要講話，肯定了工作組的積極態度和工作成績，指出了目前標準化工作在規劃部署、標準質量、標準先行等方面的不足。強調標準化是一項嚴謹且崇高的工作，一定要做到權威、嚴肅、先進、適用、形成體系并能實際指導工作，同時對工作組成員的標準化工作表示了感謝；標委會前秘書長劉國定介紹了標委會的體系結構特點、標準化的動態以及工作動向，指出了我國的標準化工作正在逐步前進，走向國際化。標委會秘書張鈺總結了通信技術工作組的現行工作和任務。本次會議由通信技術工作組副組長高蕓和工作組秘書湯效軍分別主持，會議的主要議題如下：

1、“智能用電電力線寬帶通信標準”框架討論；

2、“電力光纖到戶組網典型設計”標準框架討論；

3、“電力光纖到戶施工及驗收規范”標準框架討論；

4、“電網視頻監控系統及接口 第2部分：測試方法”送審稿審查；

5、“電力工業以太網交換機技術規范”送審稿審查；

6、“電力線載波機接口”送審稿審查。會議期間，工作組成員及與會專家對6項標準逐一進行了討論，通過對框架標準的結構、格式、內容設置的討論以及對標準送審稿具體內容的審查，與會專家達成了一致意見。主要審查意見如下：1.關于“智能用電電力線寬帶通信標準”，請起草小組在標準命題、用電技術、以及寬帶接入等方面仔細考慮；2.關于“電力光纖到戶組網典型設計”標準，請起草小組在標準適用范圍、標準格式、標準結構等方面仔細考慮，建議改為技術導則，以原則性要求為主要內容；3.關于“電力光纖到戶施工及驗收規范”標準，建議起草小組將標準與前一標準統一進行考慮，標準可參考DL/T 5344,梳理試驗項目，將驗收項目與型式試驗項目分開，并在標準中增加相關的術語與定義，規范標準用語；4.關于“電網視頻監控系統及接口第2部分：測試方法”標準，請起草小組繼續完善送審稿內容，適當補充術語及定義以及專有名詞的解釋，對測試方法再進行梳理細化，并征求專家意見，形成報批稿；5.關于“電力線載波機接口”標準，請起草小組繼續完善送審稿，注意標準用語格式、確定術語定義的準確性，形成報批稿；6.關于“電力工業以太網交換機技術規范”標準，請起草小組繼續完善送審稿內容，在大氣壓力的描述、接口類型的考慮、VLAN數量的規定、術語解釋、風暴抑制功能等方面再仔細進行修繕，形成報批稿。

實用的電力系統遙視監控解決方 2011-08-01

計原則主要依據電力行業對電力遠程監控系統的需求，以及本產品在電力系統多次應用過程中實際經驗，電力遠程監控系統招標文件技術部分中所提出的整體建設目標、系統功能、技術性能指標等，在設計時著重參考《工業電視系統工程設計規范》、《MPEG4視音頻編解碼標準-視聽對象的編碼(6部分)》、《100BASE-TX快速以太網接口標準》、《廣電集團電力系統技術標準》等標準。解決方案以滿足實際應用為出發點，在視頻傳輸

第二篇：電力系統穩定性分析_小論文

電力系統穩定性分析及其控制策略

1.電力系統穩定性定義和分類

電力系統穩定性是指在給定的初始運行方式下，一個電力系統受到物理擾動后仍能夠重新獲得運行平衡點，且在該平衡點大部分系統狀態量都未越限，從而保持系統完整性的能力。

穩定性是對動態系統的基本要求。動態系統是其行為要用微分方程描述的系統。動態系統穩定問題的研究由來已久，有200多年的歷史，其中大部分理論問題已很完整，但電力系統穩定問題具有某些特殊性：

（1）電力系統是一個高階的動力系統，動態過程復雜，進行全狀態量的分析很困難，在進行實用分析時，要根據過渡過程的特點和分析的目的，加以簡化。

（2）電力系統的運行特性具有強烈的非線性特性。在大擾動情況下，一般會出現巨大能量的轉換，與弱電的動態系統有很大不同。

（3）多數電力系統工作人員，可能精通電力系統方面的專業知識，特別是電力系統“一次”方面的知識，即使從事“二次”方面工作的現場工作人員，處理的也大多是“繼電狀態” 工作方式的設備，所以對以動態控制理論制約的如此復雜的電力系統穩定問題就不一定熟悉，甚至會出現某些概念性的問題。

根據電力系統失穩的物理特性、受擾動的大小以及研究穩定問題必須考慮的設備、過程和時間框架，將電力系統穩定分為功角穩定、電壓穩定和頻率穩定3大類以及眾多子類。

1.1功角穩定

功角穩定是指互聯系統中的同步發電機受到擾動后保持同步運行的能力。功角失穩可能由同步轉矩或阻尼轉矩不足引起，同步轉矩不足會導致非周期性失穩，而阻尼轉矩不足會導致振蕩失穩。為便于分析和深入理解穩定問題，根據擾動的大小將功角穩定分為小干擾功角穩定和大干擾功角穩定。由于小干擾可以足夠小，因此，小干擾穩定分析時可在平衡點處將電力系統非線性微分方程線性化，在此基礎上對穩定問題進行研究；而大干擾穩定必須通過非線性微分方程進行研究。小干擾功角穩定是電力系統遭受小擾動后保持同步運行的能力，它由系統的初始運行狀態決定。小干擾功角穩定可表現為轉子同步轉矩不足引起的非周期失穩以及阻尼轉矩不足造成的轉子增幅振蕩失穩。振蕩失穩分本地模式振蕩和互聯模式振蕩2 種情形。小干擾功角穩定研究的時間框范圍通常是擾動之后 10~20s 時間。大干擾功角穩定又稱為暫態穩定，是電力系統遭受輸電線短路等大干擾時保持同步運行的能力，它由系統的初始運行狀態和受擾動的嚴重程度共同決定。同理，大干擾功角穩定也可表現為非周期失穩（第一擺失穩）和振蕩失穩 2 種形式。對于非周期失穩的大干擾功角穩定，研究的時間框架通常是擾動之后的 3～5s 時間；對于振蕩失穩的大干擾功角穩定，研究的時間框架需延長到擾動之后 10～20s 的時間。

1.2電壓穩定

電壓穩定性是指在給定的初始運行狀態下，電力系統遭受擾動后系統中所有母線維持穩定電壓的能力，它依賴于負荷需求與系統向負荷供電之間保持和恢復平衡的能力。根據擾動的大小，電壓穩定分為小干擾電壓穩定和大干擾電壓穩定2種。大干擾電壓穩定是指電力系統遭受大干擾如系統故障、失去發電機或線路之后，系統所有母線保持穩定電壓的能力。大擾動電壓穩定研究中必須考慮非線性響應，根據需要大干擾電壓穩定的研究時段可從幾秒到幾十分鐘。小干擾電壓穩定是指電力系統受到諸如負荷增加等小擾動后，系統所有母線維持穩定電壓的能力。小干擾電壓穩定可能是短期的或長期的。電壓穩定可以是一種短期或長期的現象。短期電壓穩定與快速響應的感應電動機負荷、電力電子控制負荷以及高壓直流輸電（HVDC）換流器等的動態有關，研究的時段大約在幾秒鐘。短期電壓穩定研究必須考慮動態負荷模型，臨近負荷的短路故障分析對短期電壓穩定研究很重要。長期電壓穩定與慢動態設備有關，如有載調壓變壓器、恒溫負荷和發電機勵磁電流限制等，長期電壓穩定研究的時段是幾分鐘或更長時間。長期電壓穩定問題通常是由連鎖的設備停運造成的，而與最初的擾動嚴重程度無關。正確區分電壓穩定和功角穩定：功角穩定和電壓穩定的區別并不是基于有功功率或功角、無功功率或電壓幅值之間的弱耦合關系。實際上，對于重負荷狀態下的電力系統，有功功率或功角和無功功率或電壓幅值之間具有很強的耦合關系，功角穩定和電壓穩定都受到擾動前有功和無功潮流的影響。2種穩定應該基于經受持續不平衡的一組特定相反作用力以及隨后發生不穩定時的主導系統變量加以區分。

1.3頻率穩定

頻率穩定是指電力系統受到嚴重擾動后，發電和負荷需求出現大的不平衡，系統仍能保持穩定頻率的能力。頻率穩定可以是一種短期或長期現象。

1.4其他穩定問題

電力系統還存在其他一些在原則上仍屬系統穩定的問題，如一些電磁振蕩或諧振，又如一些只在某些特定狀況下產生的問題。

（1）同步機自激。當同步機接入高壓空載線路或系統串補電容后發生短路，因容性電流流經同步機，引起自激。此時，同步機電壓不斷升高，這也是一種不穩定現象，但負載接入或短路切除后，即行消除。

（2）異步電動機的運行穩定性。異步電動機存在運行穩定性問題。它也是影響系統電壓穩定性的主要因素，但只要相對容量不大，異步電動機失穩不會影響系統節點電壓穩定性。在此情況下，仍屬系統元件運行穩定性問題。

（3）系統個別貯能元件之間的振蕩。例如電壓互感器與電網部分分布電容之間發生的諧振（鐵磁諧振），原則上也是穩定問題，但影響范圍很小，故不列入系統穩定問題。

2.功角穩定問題

2.1功角穩定的定義極其分類

功角與電壓、頻率一樣，是并聯運行交流系統的運行參數之一。功角穩定與其他穩定模式一樣，都是用來表征電力系統穩定行為的。但功角穩定是表征同步機并聯同步運行的穩定性，而同步運行是交流系統安全運行的最重要條件，同步運行是最弱的一種運行狀態。功角穩定破壞后，系統交流發電機間失去同步，將引起各同步機的勵磁電勢相對相位紊亂，同步機間的電流、節點電壓及系統潮流分布混亂，最終會在自動裝置作用下，系統瓦解。所以，自交流系統建立后，功角穩定問題首先被提出后得到重視，并開展了系統性的研究。

在進行電力系統功角穩定性研究時，從工程概念出發，根據穩定破壞的模式、原因、分析方法、預防及處理措施的不同，將功角穩定分成幾種類型。經過數十年的發展，目前習慣分為靜態穩定、暫態穩定和動態穩定。

靜態穩定。實際上，動態系統的穩定性是系統的動態特性。而“靜態”一詞純屬習慣稱呼。電力系統靜態穩定是指電力系統運行于初始平衡點，受到微小擾動，擾動消失后，系統能否以一定的精確度回到初始運行狀態的性能。由于擾動微小，所以電力系統數學模型可線性化。分析系統靜態穩定行為時，可利用已發展完善的線性控制理論，進行解析和定性的分析。由于電力系統正常運行時不可避免地受到各種微小擾動（騷動）的作用，所以電力系統靜態穩定性表明電力系統在給定運行點運行時，基本穩定條件是電力系統在該點的固有穩定性。根據靜態穩定的定義，靜態穩定不涉及到巨大的能量轉移，故靜態穩定控制手段也不涉及到大能量控制。

暫態穩定。電力系統暫態穩定是電力系統運行于初始平衡點受到大擾動，擾動消失后，最終能否以一定的精確度回到初始狀態下的性能。如能，則在該運行點對此大擾動，系統是暫態穩定的。暫態穩定一詞也屬習慣稱呼，這種穩定模式過去也曾稱為“動態穩定”。電力系統在大擾動下，會出現功角變化的暫態過程。但暫態穩定并不是研究暫態過程，它是電力系統動態特性的分析內容，暫態穩定是研究暫態過程的結局。線性系統受大擾動后，同樣出現暫態過程，但擾動的大小并不影響結局的穩定性。而非線性系統擾動的大小和作用過程就會影響結局的穩定性。由于暫態穩定面對的是非線性系統，分析方法只能采用數值計算法，建立給定系統的仿真模型，在給定的擾動下，計算其動態過程，也可找出一個代表擾動后能量變化的函數，計算其收斂性，目前用得最多的仍是面積法則。

動態穩定。目前的動態穩定與歷史上所用的該名詞不同，目前的動態穩定是指同步發電機采用負反饋自動勵磁調節器后發生的一種自發振蕩失穩模式而提出的，過去將其包含在靜態穩定范圍內。它是一種小擾動下的穩定模式。

2.2功角穩定分析的策略

同步機間的功角—功率特性PM?f(?)是分析電力系統功角穩定的基本特性，是一個非線性方程。此外，如為多機復雜系統，潮流分布方程也是非線性方程。所以，分析功角穩定時，電力系統是一個非線性系統。非線性動態系統的穩定性與擾動大小有關，在某一運行狀態（平衡點）下，系統是穩定的，當擾動大到一定程度時，就可能不穩定。所以分析功角穩定行為時，要計及擾動的大小。

小擾動是一個定性概念，是指擾動小到非線性的運行參量可線性化。在此情況下，電力系統功角穩定問題可用線性控制理論來分析。當運行參量線性化時，穩定性與擾動量無關。

相對于小擾動，在大擾動作用下，某些運行參量必須計及其非線性，不能線性化。在目前，非線性系統穩定問題只有通過數值計算或數字仿真來分析。在大擾動作用下，系統是 否穩定就與擾動 量有關。需指出，系統穩定是一個動態問題，穩定行為是指系統受擾動后的 “結局”，在不同大小的擾動作用下，系統出現的動態過程也不同。但這是動態“品質” 問題，穩定性分析只關心其結局。2.2.1 靜態穩定

靜態穩定表明，電力系統在某一運行點固有的穩定性是衡量電力系統牢固性的基本標準。在某一運行狀態下，電力系統靜態穩定性能好，則在同樣的大擾動條件下，暫態穩定性能亦必良好。由于靜態穩定性可用線性控制理論分析，提高靜態穩定性有一套成熟、有效的方法，所以提高電力系統靜態穩定性是提高電力系統功角穩定性的基本措施。

靜態穩定性分析可充分應用線性控制理論中的各種方法，這是最有利的條件。靜態穩定的研究，特別是對單機、對無限大系統的靜態穩定的研究，不但能定量計算、方便地計算靜態穩定極限、運行點靜態穩定貯備系數等，且能進行解析研究、分析其規律性，研究其失穩機制。但是，在實際電力系統中，靜態穩定計算和分析不一定都能以單機對無限大系統等值，在此情況下就出現困難。兩機（多機）系統靜態穩定分析方法雖早在40年代初已由日丹諾夫進行了較完整的闡述，但要取得結果，仍需進行數值計算。目前計算機仿真計算方法已普遍采用。實際系統的靜態穩定計算可利用動態程序，輸入小擾動量進行數值計算，取得定量結果。

提高系統的靜態穩定性的控制方法主要有：（1）基本方法是增大整步力矩。

（2）同步機自動勵磁調節器是提高系統靜態穩定性最經濟、最有效的措施

（3）使電源間轉移阻抗盡量小。

（4）保持電網樞紐點有較高的電壓水平，控制電網上的無功功率分布，保持輸電線上流過較大的無功功率（感性），包括同步電機裝設低勵限制器，保證發電機承擔一定的無功功率。2.2.2暫態穩定

由于電力系統功角特性等的非線性，在某一運行點，隨擾動增大而穩定性下降，因此，電力系統功角暫態穩定性低于 靜態穩定性。電力系統在運行中，如短路、大功率切換是不可避免的，所以對電力系統穩定性實際起主要作用的是暫態穩定。

功角暫態穩定分析面對的是非線性動態系統，所以原則上只有通過數值計算才能取得定量結果。由于計算機技術的發展，目前數值計算已有很多成熟有效的方法，并發展了一些實用的軟件。暫態穩定計算可分成2種方式，一是通過對系統動態仿真模型，計算大擾動后的各功角變化，而判斷是否穩定；二是判據法，即以面積法則（EAC）作為判斷數值的依據。擾動后，??p平面上的面積也就是能量函數，從原理上講這些方法都是成熟的。但用在電力系統暫態穩定計算上有兩大困難，一是系統龐大，發電機多，計算量大；二是計算費時，難于達到實時要求。前者是原因，后者是后果。特別為了達到穩定控制的目的，必須采用快速自動裝置，這些裝置的動作判據必須依靠系統實時動態過程的分析結果，因而要求計算有實時性。目前，為了達到快速計算的目的，除應用快速計算機外，可行的方法是簡化系統結構，較為有效的是利用擴大面積法則（EEAC），根據擾動后各發電機的動態行為，將系統轉化成為數較少的同擺的等值發電機，再利用面積法則判據進行計算。由于必須計及系統運行參數的非線性，所以對電力系統功角暫態穩定性的解析分析存在困難，暫態穩定計算仍是一個很費時的工作。

與提高小擾動下靜態穩定性的措施不同，暫態穩定基本上是減小擾動量，擾動量是擾動大小及擾動作用時間。由于在大擾動下發生的暫態穩定問題涉及到大能量的轉移，故提高暫態穩定的措施，都有控制大能量轉移的作用。暫態穩定是系統受大擾動作用的暫態過程的結局，而大擾動后發生的暫態是一個較長時間的過程，故提高暫態穩定的自動裝置要在過程的各個階段起作用。根據各階段的特點，暫態過程可分成3個階段。

（1）第一擺。第一擺是指大擾動后，功角第一次擺到180°以前的階段。如在該階段中，能保持結局是穩定的，則發電機實際上不發生失步現象。在第一擺中就能維持電力系統穩定是最理想的。過去曾以在第一擺中能否達到穩定作為判斷系統是否暫態穩定的依據。所以，很多自動裝置都希望能在第一擺中發揮作用。提高第一擺暫態穩定性最基本的自動裝置是快速繼電保護，要求在故障發生后，0.1 s前切除故障，以及性能優良的自動重合閘和同步機頂值倍數高的快速強行勵磁等，這些自動裝置動作后不會對系統運行產生不良副作用。除此之外，還有一類自動裝置如電氣制動、自動切機（關汽門）和快速自動減載等。這類自動裝置可提高第一擺的暫態穩定性，但動作后會對系統造成副作用。所以必須有相應的動作判據，以免系統發生不必要的擾動，否則寧愿推遲其動作。第一擺暫態過程較易分析計算，根據面積法則，如在擾動發生后，在各種自動裝置作用下，擺開的最大角 ?max小于臨界角 ?cr，則系統暫態是穩定的。第一擺時間一般小于1 s。

（2）中期階段。如在第一擺中 ?max>?cr，則?將持續增大，發電機間進入暫態失步狀態。但如在該階段仍能采取措施，系統仍能恢復到暫態穩定的結局。中期階段持續時間在 5 ～ 10 s，在此期間內，原動機調速器能發生作用，同時，前述的自動切機（關汽門）和自動減載裝置可可靠地投入工作。

（3）后期階段。經中期階段仍不能達到穩定，則認為暫態穩定過程進入后期，此時電力系統實際上已進入穩態失步狀態。進入后期狀態后，雖然前述有些自動裝置仍能起作用，但要達到暫態穩定的目的仍需采用另外的措施，包括啟動快速備用機組等。最后階段的結束雖無嚴格的定義，但從系統運行實際允許的條件出發，如不能達到全系統穩定運行狀態，就必須自動解列，以期系統仍能保持分塊運行。2.2.3動態穩定

電力系統包含多個貯能元件，所以失去穩定性的模式可以是“爬行”的，也可以是振蕩性的。在一般情況下，由于系統固有阻尼作用，失穩模式多為爬行的。但如果發電機采用反饋型自動電壓調節器（AVR），當?ug???0時，A V R 會引發負阻尼，調節器放大倍數 K u愈大，負阻尼作用愈強，當K u 大到一定程度時，就會抵消固有的正阻尼而產生振蕩，稱為振蕩失穩。出現這種狀態時，稱系統失去功角動態穩定。受到動態穩定條件的限制，AV R 的電壓放大倍數不能大，這就影響到 A V R 的調壓基本功能，包括調壓作用和提高靜態穩定極限的作用。由于當?不太大（如 4 0°～50°）時，?ug??就開始變負，所以動態失穩可能發生在小?角度下，故對系統安全運行影響很大。實際上，高階電力系統存在著幾種振蕩模式，如5階系統就可能存在2種振蕩模式，計及同步機轉子及勵磁繞組慣性而出現的振蕩模式，其振蕩頻率為低頻（零點幾到幾赫）。如計及勵磁機及 A V R 本身具有的慣性時，則可能出現第二種振蕩模式，振蕩頻率在十幾到二十幾赫，這種振蕩的振幅不大，不會引起系統失穩。動態穩定破壞，引發低頻振蕩，可能招致發電機軸系扭振，發展成大事故，故應十分重視動態穩定問題。

提高系統功角動態穩定性的方法：

（1）用頻率法，以系統開環頻率特性為模型，用Nyqust判據進行分析。

（2）電力系統穩定點（P.S.S）的設計思想。系統在小值振蕩作用下，出現附加反應力矩，其中與 ??成正比的部分為整步力矩? Ms ?? Ks· ??，它影響同步穩定性，即靜態穩定性。另一分量為阻尼力矩?MD ?? KD·??，它與轉速成正比。所以，為了消除振蕩失穩，只需引入適當的校正作用即可，困難在于校正器M 為輸出量，（電路）不可能以? 只有將輸出量作為附加校正輸送到 A V R 的電壓輸入回路，這 就出現相位校 正問題。60年代Concordia提出電力系統穩定

?為輸入點（P.S.S）的設 計思想，它作為AV R 的附加校正裝置，原則上以? 量，輸出是接入AV R 電壓輸入回路，P.S.S裝置中主要為移相校正回路，使在P.S.S作用下，發電機出現正值附加阻尼力矩，以抑制自發振蕩。P.S.S的物理概念明確，裝置結構簡單，但整定困難，如移相校正不正確，則不能產生所需的正值附加阻尼，甚致取得相反的效果。這是目前 P.S.S使用上最大的困難。

3.電壓穩定問題

3.1 電壓穩定的定義和現狀

系統工作在初始狀態，受到擾動作用，擾動消除后，系統各節點電壓能以一定精確度回到初始狀態，則系統電壓是穩定的；如某一節點或某些節點的電壓不能以一定精確度回到初始狀態，則系統電壓是不穩定的，或稱穩定性破壞。電力系統電壓穩定性破壞后，系統中某節點或某些節點的電壓就會不斷上升或下降到不能容許的值。這一后果稱為該節點或這些節點發生電壓崩潰現象。對某些節點電壓崩潰現象的發展如不采取措施，則將影響系統更多的節點。所以，系統電壓穩定性破壞類似一個“雪崩”過程。與系統頻率穩定性相比，一般而言，電壓穩定性是一個區域性問題。電壓穩定可以按照擾動大小和時間框架分別進行劃分。按擾動大小分，電壓穩定可以分為小擾動電月、穩定和大擾動電壓穩定，其中，小擾動指的是諸如負荷的緩慢增長之類的擾動。在早期研究中，電壓穩定被認為是一個靜態問題，從靜態觀點來研究電壓崩潰的機理，提出大量基于潮流方程或擴展潮流方程的分析方法。此后，電壓穩定的動態本質逐漸為人們所熟知，認識到負荷動態特性、發電機及其勵磁控制系統、無功補償器的特性、有載調壓變壓器等動態因素和電壓崩潰發展過程的密切相關，開始用動態觀點探討電壓崩潰的機理，提出基于微分一代數方程的研究方法，進而逐步意識到電壓崩潰機理的復雜性。據此可以將電壓穩定分析方法分為兩大類：基于潮流方程的靜態分析方法和基于微分方程的動態分析方法。20世紀八十年代中后期在電力系統中得以廣泛應用的分岔理論則部分溝通了靜態分析方法和動態分析方法，為靜態分析奠定了理論基礎，保證了靜態電壓穩定安全指標的合理性，確立了靜態方法求出的預防校正控制策略的有效性。雖然電壓穩定的研究取得了巨大成果，但和成熟的功角穩定相比，對電壓穩定的本質仍缺乏全面的認識，研究方法和理論還不夠完善和全面，兩者的關系還有待于電力工作者的大量深入細致的研究。

3.2 電壓穩定分析的策略

3.2.1電壓穩定分析的靜態分析方法

靜態分析方法大都基于電壓穩定機理的某種靜態認識，通常把網絡傳輸極限功率時的系統運行狀態當作靜態電壓穩定極限狀態，以系統穩態潮流方程或假設發電機后電勢恒定的擴展潮流方程進行電壓穩定分析。在電力運行部門急需系統電壓穩定指標和電壓崩潰防御策略的情況下，靜態分析因其簡單易行，得到了極大的發展，是目前電壓穩定研究工作中最具成果的方向之一。

靜態電壓穩定的研究內容主要為評估當前運行狀態下的電壓穩定指標、控制手段的效果、系統薄弱環節和危及系統安全的故障、擬定提高系統電壓穩定裕度的預防校正控制策略、求取在給定系統變化模式下的極限狀態以及當前點與最近電壓崩潰點的距離等。具體可歸為三個主要方面：電壓穩定安全指標的計算方法，電壓穩定的控制，電壓穩定的故障選擇和篩選方法。

（1）靈敏度法

靈敏度法是通過計算在某種擾動下系統變量對擾動的靈敏度來判別系統的穩定性。靈敏度分析的物理概念明確，求解方便，計一算量小，因此在電壓穩定分析的初期受到了很大的重視，對簡單系統的分析也較為理想。目前最常見的靈敏度判據有：dVL/dEG，dVL/dQL，dQG/dQL，d?Q/dVL等。其中VL，QL，EG，無功源節點的電壓和無功功率注入量，?Q為電網輸送給負QG分別為負荷節點、荷節點的無功功率與負荷無功需求之差。在簡單系統中，各類靈敏度判據是等價的，且能準確反映系統輸送功率的極限能力，但推廣到復雜系統以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準確反映系統的極限輸送能力。靈敏度方法己不再是靜態電壓穩定分析的主流方法。目前，靈敏度方法在確定系統薄弱環節、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應用價值。

（2）特征值分析法、模式分析法和奇異值分析法

特征值分析法、模式分析法和奇異值分析法都是通過分析潮流雅可比矩陣來揭示系統的某些特性。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統的穩定指標；模式分析法在假設某種功率增長方向的基礎上，利用最小特征值對應的特征向量，計算出各節點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應的奇異向量與特征值分析法對應的特征向量有相同的功能，在數值計算中前者只涉及實數運算，后者可能出現最小特征值為復數的情況，故前者更受研究人員的歡迎。考慮到電壓和無功的強相關性，這三種方法在分析時往往采用降階的雅可比矩陣。電力系統是一個高度非線性系統，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統電壓穩定程度作出全面、準確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應用價值。

（3）連續潮流法

連續潮流法是求取非線性方程組隨某一參數變化而生成的解曲線的方法，其關鍵在于引入合適的連續化參數以保證臨界點附近解的收斂性，此外，為加快計算速度，它還引入了預測、校正和步長控制等策略。目前，參數連續化方法主要有局部參數連續法、弧長連續法及同倫連續法。在電壓穩定研究中，連續潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線和QV曲線。由于能考慮一定的非性控制及不等式約束條件，且計算得到的功率裕度能較好地映系統的電壓穩定水平，連續潮流法已經成為靜態電壓穩定分析的經典方法。

（4）零特征根法

零特征根法是一種直接計算系統臨界點的方法。當系統處于臨界點時，其平衡點的雅可比矩陣奇異，即存在一個零特征根和對應的非零左、右特征向量，根據這一特性，可構造如下的擴展潮流方法直接求取臨界點

f(x?,?)0f(x?,?)0??fx?0

或

fxv?0l(v)?0

l(?)?0兩式中的第一個方程描述了潮流關系，第二、三個方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，第三個方程根據需要可采用模2范數等多種形式。零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。同時，零特征根法難以考慮不等式約束條件，而現有的幾種試圖考慮不等式約束的策略在實際系統下的效果都不佳，有待進一步研究。

（5）非線性規劃法

非線性規劃法是將臨界點計算轉化為求解最大負荷裕度的優化問題，采用非線性優化的方法來求解。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規劃問題要復雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具有更大的實用價值。目前，非線性規劃法己用一于電壓穩定裕度計算、電壓穩定預防校正控制策略、最優潮流、電力系統經濟調度等各種問題。

其他如潮流多解法、最近電壓崩潰法，也是靜態電壓穩定的分析方法，但由于其求解復雜或應用性不強等原因，已經不再廣泛使用，故不再贅述。從物理本質上來說，不管哪種靜態分析方法，都是把網絡傳輸極限功率時的運行狀態當作靜態電壓穩定的極限狀態，不同之處在于抓住極限運行狀態的不同特征作為臨界點的判據。事實上，電壓失穩的發生是網絡傳輸能力的有限和系統各元件的靜、動態特性相互作用的結果，靜態研究的成果需要接受動態機理的檢驗。3.2.2電壓穩定分析的動態分析方法

電壓穩定本質上是一個動態問題，只有在動態分析下，動態因素對電壓穩定的影響才一能體現，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態分析的結果。由于電壓穩定問題涉及到的時間框架很大，從幾秒到幾十分鐘，幾乎牽涉到電力系統全部的機電和機械動態元件，為分析方便起見，一般按時間框架將電壓穩定分為短期電壓穩定（幾秒以內）、長期電壓穩定（幾秒到幾十分鐘），或者按照擾動大小分為小擾動電壓穩定、大擾動電壓穩定。目前，適用于動態分析的方法主要有小擾動分析法、時域仿真法、能量函數法等，下面將予以簡單綜述。

（1）小擾動分析法

小擾動分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統受到小擾動時的情形。它的主要思路是將描述電力系統的微分一代數方程在當前運行點線性化，消去代數約束后形成系統矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統的穩定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統主要元件相關動態的模型。目前，小擾動分析己用于有載調壓變壓器（OLTC）、發電機及其勵磁控制系統和負荷模型等對電壓穩定影響的研究。關于OLTC對電壓穩定的影響，研究表明OLTC是否應該閉鎖或反調取決于其對提高網絡傳輸能力和負荷恢復使得網絡負擔加重兩方面作用的綜合效果。關于發電機及其勵磁控制系統對電壓穩定的影響，研究表明勵磁電流的上限將會使電壓崩潰域擴大、穩定域縮小。

（2）時域仿真法

時域仿真分析是研究電壓穩定的動態機理、過程以及檢驗其他電壓穩定分析力‘法正確性的最有力手段，適合于任何電力系統動態模型。目前，電壓穩定的時域仿真研究還存在一些難點，主要包括時間框架的處理、負荷模型的適用性以及結論的一般化問題。文獻采用了時間標度技術壓縮慢動態元件的時間常數，建立了中長期電幾穩定的仿真工具，文獻提出了吉爾（Gear）法和改進梯形法，使得慢動態和快動態過程能高效地起進行仿真研究，這兩者都較好地解決了時間框架的處理問題。文獻在仿真過程中結合了靈敏度法、模式分析法等靜態分析方法，使得仿真研究的結論相對更具有了一般性。負荷建模本身就是電壓穩定研究的難點之一，在仿真研究中采用不同的負荷模型會得到不同的結論，目前已提出了眾多模型，但仍有很大爭論，有待于進一步研究。

（3）能量函數法

能量函數法是直接估算動態系統穩定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數得到狀態空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統的穩定吸引域，并據此判斷系統在特定擾動下的穩定性。能量函數法在判斷暫態功角穩定方面已取得了相當多的成果，在研究電壓穩定方面仍處于起步階段。研究雖然從非線性動態微分方程導出了動態系統的能量函數，但由于忽略了負荷的動態過程，實際上只是為當前運行點提供了能量性的靜態電壓穩定裕度指標，而沒能用于電壓穩定性的直接判斷。總的來說，目前用能量函數來研究電壓穩定的學者還不多，取得的成果也不多，與實際應用仍有較大的差距，有待于進一步努力。

從本質上講，只有動態分析方法才是研究電壓穩定的根本方法，然而在現階段，動態分析方法還不成熟，很難用于指導實踐。靜態分析方法由于發展時間較長，目前己較成熟，且因其簡單易行，己得到廣泛利用。分岔理論溝通了兩種研究方法部分結果，也奠定了靜態分析方法的理論基礎。分岔理論研究的是非線性系統在參數變化時能否保持原有定性性態的問題，靜態電壓穩定則可視為系統在何種負荷水平下發生分岔的問題，靜態電壓穩定的研究才得到了長足的進步。非線性系統在參數變化下有多種分岔形式，在單參數情形下，只有鞍結分岔和霍普夫分岔為通有分岔，即在其他參數的小擾動下可以保持原有的性態。電力系統本身是一個多參數系統，但目前對多參數系統的研究還沒有簡單的方法，故一般將其轉化為單參數系統(如以負荷水平為參數等)。目前的研究中，一般將靜態電壓臨界點和鞍結分岔點等同，霍普夫分岔雖然在研究中提到，但實際中很少出現，所以對它的研究較少。將靜態潮流方程擴展為動態方程，將潮流方程視為描述動態方程平衡點的方程，經過簡單地推導，發現靜態分析下的電壓穩定臨界點和動態分析下的鞍結分岔點是一致的，從而研究靜態方程的鞍結分岔點就是研究動態方程的部分鞍結分岔點，這是靜態分析的一個理論基礎。

4.頻率穩定問題

4.1 頻率穩定的定義和現狀

電力系統的頻率穩定反映著系統的有功平衡情況。當一個擾動(有功缺額)發生以后，要盡可能迅速而準確地判斷其對系統帶來的影響，從而及時采取相應的措施來防止或盡量減少擾動帶來的危害。因此電力系統頻率穩定分析是一項十分重要的工作。此前已有一些相關研究，對于擾動后系統頻率的預測和切負荷量的估算主要有動態潮流法、頻率穩定分析的快速算法、基于廣域量測的頻率緊急控制預測算法。電力系統穩定性評價一般有兩類方法：一類是逐步積分法(SBS)，通過對微分方程的積分求解來判斷系統穩定性;另一類是直接法，它不需逐步積分，直接通過代數運算判斷系統穩定性。應用逐步積分法研究電力系統頻率穩定的核心思想是采取了系統的同一頻率假設，將潮流方程和頻率微分方程迭代求解。逐步積分法研究頻率穩定問題的優勢在于它能夠考慮復雜的數學模型，且計算精度高。但該方法計算速度慢，難以在線應用。

根據最近一次潮流計算的雅可比矩陣，提出頻率穩定分析的直接法。該方法不需進行逐步積分，直接計算出最近一次系統操作后的穩態頻率，從而判斷系統頻率穩定性。該方法作為電力系統暫態穩定分析直接法的補充，將電力系統動態安全分析從暫穩分析延伸到頻率穩定分析。

4.2電壓穩定分析的策略

4.2.1頻率穩定分析的逐步積分法

在頻率動態分析中最基本的一條假設是“系統同一頻率假設”，即忽略了系統中發電機轉子間的相對搖擺，認為系統沒有同步穩定問題。系統的同一頻率定義為其慣量中心的角速度?sys，有

n?sys??(Hi?i)i?1?Hi?1nni

系統頻率動態方程為：

J?sys(d?sysdt)??Pmi??Pei?Pacci?1i?1n

式中J為系統各發電機的轉動慣量之和;

i=1，2，3....n一發電機序號;Pmi Pei一第i臺發電機的機械功率和電磁功率;Pacc一系統總加速功率。

第i臺發電機的轉子運動方程為：

Ji?i(d?sysdt)?Pai?(JiJ)Pacc?FPiacc

式中，Ji,Fi—i臺發電機的轉動慣量及其所占系統總慣量的比例;Pai一第i臺發電機的加速功率。負荷采用靜態非線性負荷模型：

Pi?P0j?VQi?Q0j?qiV??pikpj

kqj

式中，P0j，Q0j一額定狀態下負荷j吸收的有功功率和無功功率;

?p，i?，qik，pkj一負荷j的頻率、電壓特性指數;4.2.2頻率穩定分析的動態潮流法

動態潮流法是分析頻率動態特性的一種時域仿真法。傳統的潮流計算方法采取事先設定各節點的節點類型方式，其所設定的節點類型主要包括PQ節點、PV節點和松弛(平衡)節點。在進行潮流計算時，系統所有的不平衡功率都由松馳節點進行平衡。當系統出現功率擾動之后，如采用傳統的潮流計算方法對擾動后的系統穩態潮流進行計算時，將存在如下問題：所有的擾動功率完全由進行潮流計算之前事先設定好的松馳節點進行平衡，而實際情況是各臺發電機都感應到該不平衡功率，并且參與該不平衡功率的調節;用傳統的潮流計算方法計算得到的平衡節點的出力與實際出力極限相比會有誤差，可能出現平衡節點的出力完全大于其出力極限。

動態潮流是分析系統出現不平衡功率時，頻率變化過程和潮流分布情況的一種方法，其核心是頻率分析和潮流計算。當出現發電機退出運行或負荷發生較大變化的情況時，系統功率將會不平衡，功率的不平衡將產生加速功率或減速功率。如果考慮準穩態過程，除了負荷按其頻率特性能平衡一部分功率差額外，系統的功率差額將主要由發電機調速系統的動作來達到新的平衡。這個過程一般并不是只由一臺所謂平衡機的動作實現的，而是多臺發電機協調動作的結果，同樣系統負荷也會根據其自身的調節特性去改變其消耗的功率。

系統頻率穩定性與系統功角穩定性都是轉子運動穩定性的基本要求。只有同時滿足頻率穩定和功角穩定的要求時，同步機轉子運動才能保證穩定。系統頻率穩定問題主要是原動機功率頻率特性問題，因為它不能任意更改。系統頻率穩定性能否保證，由系統原動機總功率輸出能否與系統總負荷功率平衡來決定。所以，要保證電力系統頻率穩定性，首先要有足夠的功率貯備，其次是有性能良好的按頻減負荷裝置。一般系統頻率穩定破壞都是由其他原因導致解列所引起的。

參考文獻

[1] 中華人民共和國電力行業標準，電力系統安全穩定導則，中國電力出版社2001 [2] 程浩忠。電力系統靜態電壓穩定性的研究，上海交通大學博士學位論文1998 [3] 郭瑞鵬。“電力系統電壓穩定性研究”，浙江大學博士學位論文1999 [4] 胡東。電力系統電壓穩定性研究，碩士學位論文2004 [5] 劉益青，陳超英，梁磊，劉利。電力系統電壓穩定性的動態分析方法綜述。電力系統及其自動化學報2003 [6] 王曉茹。大規模電力系統頻率動態分析。南方電網技術2010 [7] 張恒旭，莊侃沁，祝瑞金等。大受端電網頻率穩定性研究。華東電力2009 [8] 趙晉泉，張伯明。連續潮流及其在電力系統靜態穩定分析中的應用。電力系統自動化2005

第三篇：大學本科生電力系統電壓穩定性試題

大學本科生電力系統電壓穩定性試題

（附試題答案）

一、單項選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在相應的括號內，錯選、多選或未選均無分。

1、分析簡單電力系統并列運行的暫態穩定性采用的是（）。

A、小干擾法；

B、分段計算法；

C、對稱分量法。

2、不計短路回路電阻時，短路沖擊電流取得最大值的條件是（）。

短路前空載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

B、短路前帶有負載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

C、短路前空載，短路發生在電壓瞬時值最大時。

3、電力系統并列運行的暫態穩定性是指（）。

A、正常運行的電力系統受到小干擾作用后，恢復原運行狀態的能力；

B、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，保持同步運行的能力；

C、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，恢復原運行狀態的能力。

4、對于旋轉電力元件（如發電機、電動機等），其正序參數、負序參數和零序參數的特點是（）

A、正序參數、負序參數和零序參數均相同；

B、正序參數與負序參數相同，與零序參數不同；

C、正序參數、負序參數、零序參數各不相同。

5、繪制電力系統的三序單相等值電路時，對普通變壓器中性點所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點阻抗僅以出現在零序等值電路中；

B、中性點阻抗以3出現在零序等值電路中；

C、中性點阻抗以出現三序等值電路中。

6、單相接地短路時，故障處故障相短路電流與正序分量電流的關系是（A）。

A、故障相短路電流為正序分量電流的3倍；

B、故障相短路電流為正序分量電流的倍；

C、故障相電流等于正序分量電流。

7、對于接線變壓器，兩側正序分量電壓和負序分量電壓的相位關系為（C）

A、正序分量三角形側電壓與星形側相位相同，負序分量三角形側電壓與星形側相位也相同；

B、正序分量三角形側電壓較星形側落后，負序分量三角形側電壓較星形側超前

C、正序分量三角形側電壓較星形側超前，負序分量三角形側電壓較星形側落后。二、判斷題（下述說法是否正確，在你認為正確的題號后打“√”，錯誤的打“×”，每小題3分，共12分）

1、快速切除故障有利于改善簡單電力系統的暫態穩定性。（）

2、中性點不接地系統中發生兩相短路接地時流過故障相的電流與同一地點發生兩相短路時流過故障相的電流大小相等。（）

3、電力系統橫向故障指各種類型的短路故障（）

4、運算曲線的編制過程中已近似考慮了負荷對短路電流的影響，所以在應用運算曲線法計算短路電流時，可以不再考慮負荷的影響。（）

三、簡答題

（每題15分，共60分）

1、二次電壓控制的目的是什么？

2、為什么說感應電動機負荷是在電力系統電壓穩定性評估中的一個重要設備？

3、采取抑制長期不穩定性校正措施的目的是什么？

4、在穩定性研究中所采用的建模方法通常依賴的假設是什么？

大學本科電力系統電壓穩定性試題答案

選擇題

1.B

2.A

3.B4、C5、B6、A7、C

判斷題

1.√

2、×

3、√

4、√

簡答題

答：（1）確保主導點電壓在一個特定整定值上；（2）使每臺發電機的無功輸出正比于它的無功容量。

答：（1）它是在1s的時間框架內的一個快速恢復復合；（2）它是一個低功率因數負荷，具有很高的無功功率需求；（3）當電壓較低或機械負荷增加時，它趨于停轉。

3、答：（1）恢復長期平衡（足夠快，以至于這個平衡是吸引的；（2）避免短期動態的短期-長期不穩定性；（3）阻止系統惡化；

4答：（1）忽略變壓器電壓；（2）通常的速度變化相對于w。很小；（3）電樞電阻非常小；（4）忽略電磁飽和。

第四篇：大學本科生電力系統電壓穩定性試題

大學本科生電力系統電壓穩定性試題

（附試題答案）

一、單項選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在相應的括號內，錯選、多選或未選均無分。

1、分析簡單電力系統并列運行的暫態穩定性采用的是（）。

A、小干擾法；

B、分段計算法；

C、對稱分量法。

2、不計短路回路電阻時，短路沖擊電流取得最大值的條件是（）。

短路前空載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

B、短路前帶有負載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

C、短路前空載，短路發生在電壓瞬時值最大時。

3、電力系統并列運行的暫態穩定性是指（）。

A、正常運行的電力系統受到小干擾作用后，恢復原運行狀態的能力；

B、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，保持同步運行的能力；

C、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，恢復原運行狀態的能力。

4、對于旋轉電力元件（如發電機、電動機等），其正序參數、負序參數和零序參數的特點是（）

A、正序參數、負序參數和零序參數均相同；

B、正序參數與負序參數相同，與零序參數不同；

C、正序參數、負序參數、零序參數各不相同。

5、繪制電力系統的三序單相等值電路時，對普通變壓器中性點所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點阻抗僅以出現在零序等值電路中；

B、中性點阻抗以3出現在零序等值電路中；

C、中性點阻抗以出現三序等值電路中。

6、單相接地短路時，故障處故障相短路電流與正序分量電流的關系是（A）。

A、故障相短路電流為正序分量電流的3倍；

B、故障相短路電流為正序分量電流的倍；

C、故障相電流等于正序分量電流。

7、對于接線變壓器，兩側正序分量電壓和負序分量電壓的相位關系為（C）

A、正序分量三角形側電壓與星形側相位相同，負序分量三角形側電壓與星形側相位也相同；

B、正序分量三角形側電壓較星形側落后，負序分量三角形側電壓較星形側超前

C、正序分量三角形側電壓較星形側超前，負序分量三角形側電壓較星形側落后。二、判斷題（下述說法是否正確，在你認為正確的題號后打“√”，錯誤的打“×”，每小題3分，共12分）

1、快速切除故障有利于改善簡單電力系統的暫態穩定性。（）

2、中性點不接地系統中發生兩相短路接地時流過故障相的電流與同一地點發生兩相短路時流過故障相的電流大小相等。（）

3、電力系統橫向故障指各種類型的短路故障（）

4、運算曲線的編制過程中已近似考慮了負荷對短路電流的影響，所以在應用運算曲線法計算短路電流時，可以不再考慮負荷的影響。（）

三、簡答題

（每題15分，共60分）

1、二次電壓控制的目的是什么？

2、為什么說感應電動機負荷是在電力系統電壓穩定性評估中的一個重要設備？

3、采取抑制長期不穩定性校正措施的目的是什么？

4、在穩定性研究中所采用的建模方法通常依賴的假設是什么？

大學本科電力系統電壓穩定性試題答案

選擇題

1.B

2.A

3.B4、C5、B6、A7、C

判斷題

1.√

2、×

3、√

4、√

簡答題

答：（1）確保主導點電壓在一個特定整定值上；（2）使每臺發電機的無功輸出正比于它的無功容量。

答：（1）它是在1s的時間框架內的一個快速恢復復合；（2）它是一個低功率因數負荷，具有很高的無功功率需求；（3）當電壓較低或機械負荷增加時，它趨于停轉。

3、答：（1）恢復長期平衡（足夠快，以至于這個平衡是吸引的；（2）避免短期動態的短期-長期不穩定性；（3）阻止系統惡化；

4答：（1）忽略變壓器電壓；（2）通常的速度變化相對于w。很小；（3）電樞電阻非常小；（4）忽略電磁飽和。

第五篇：電力系統電壓穩定性--現代電力系統分析課程報告

電力系統電壓穩定性

現代電力系統分析課程結束后，我對于與本課程相關的電力系統電壓穩定性較感興趣，因而在本課程的報告中將圍繞這方面的內容作相應論述。本報告中主要論述電力系統電壓穩定性的研究背景，定義、分類，分析方法這幾方面的內容。

1.電壓穩定性的研究背景

自20世紀20年代開始電力工作者就已經認識到電力系統穩定問題的重要性，并將其作為系統安全運行的重要方面進行研究。近幾十年來，世界各地發生了多起由于電力系統失穩導致的電力系統大面積停電事故，這些事故造成了巨大的經濟損失和嚴重的社會影響，同時也反映出當前電力系統穩定性的研究不能滿足實際需要的嚴酷事實。電力系統電壓穩定性的研究在整個電力系統穩定性的研究中是發展較慢的一個分支。上世紀40年代，蘇聯學者馬爾柯維奇等人最早注意到電壓穩定問題，并提出了電壓穩定判據，但直到七十年代末至八十年代初，這個問題才開始作為一個專門的課題進行研究。其原因是當時世界上一些大的電網相繼發生了以電壓崩潰為特征的電網瓦解重大事故，包括1978年法國電網事故、1983年瑞典電網事故、1987年東京停電事故及1996年美國西部電網的大停電等。電力系統電壓穩定性涉及到發電、輸電以及配電在內的整個電力系統。在90年代以前，電壓穩定的研究主要集中在靜態電壓穩定方面，隨著對電壓失穩問題研究的深入，人們逐步認識到電壓穩定問題的實質是一個動態問題，它與電力系統穩態以及系統中各元件的動態特性等都有密切的關系。電壓控制、無功補償與管理、功角（同步）穩定、繼電保護和控制中心操作等都將對電力系統的電壓穩定性有直接的影響。

電力系統特別是現代電力系統的電壓穩定性是一個相當復雜的問題，迄今為止，電壓穩定性問題從概念到分析方法、從失穩機理解釋到相關模型建立還處于發展階段，各個研究者只是從不同的側面對電壓穩定的定義和分類、分析方法等進行了不同程度的研究。下面將對電力系統電壓穩定的定義、分類和分析方法作簡要闡述。2.電壓穩定性的定義和分類

電力系統穩定是一個統一的整體，其穩定性問題當然也應該是一個整體的概念，即從穩定性的觀點看，運行中的電力系統只有兩種狀態，穩定或不穩定，但依據系統的失穩特性、擾動大小和時間框架的不同，系統的失穩可能表現為多種不同的形式。為識別導致電力系統失穩的主要誘因，以便對特定的問題進行合理的簡化以及采用恰當的數學模型和計算分析方法，從而安排合理的運行方式和采取有效的控制策略，以提高系統的安全運行水平、規劃和優化電網結構，研究人員通常都將電力系統穩定細分為功角穩定、頻率穩定和電壓穩定等不同的類型。電力系統電壓穩定的定義及分類是電力系統穩定性研究中的基礎問題，清晰理解不同類型的穩定問題以及它們之間的相互關系對于電壓穩定性的研究以及電力系統安全規劃和運行非常必要。

電力系統的兩大國際組織：國際電氣與電子工程師學會電氣工程分會（Institute of Electrical and Electronic Engineers，Power Engineering Society，IEEE PES）和國際大電網會議（Conseil International des Grands RéseauxElectriques，CIGRE），曾分別給出過電力系統穩定性的定義，然而，隨著電力系統的發展及電網規模的擴大，電力系統失穩的性態更加復雜。暫態穩定曾是早期電力系統穩定的主要問題，隨著電網互聯的發展、新技術和新控制手段的不斷應用以及運行負荷水平越來越重，電壓失穩、頻率失穩和振蕩失穩成為電力系統失穩的更常見現象。IEEE PES和CIGRE以前給出的定義已不完全準確，其分類也難以完全包含現在所有實際發生的電力系統失穩現象。深入理解電力系統不同穩定類型的定義、區分不同類型穩定性之間的相互關系以及理清國內外定義的區別和聯系具有非常重要的意義。

2.1 電壓穩定性的定義

電壓穩定性的研究工作雖然己經持續了很多年，但對于電壓穩定的確切定義，目前在國際學術界還沒有一個統一的認識，下面就給出幾種有影響力的定義。

Charles Concordia將電壓穩定定義為：電力系統在合適的無功支持下維持負荷點電壓在規定范圍內的能力。它使得負荷導納增加時，負荷功率也增加，功率和電壓都是可控的。電壓不穩定表示為負荷導納增加時，負荷電壓降低很多以致負荷功率降低或至少不增。C.W Taylor將電壓失穩定義為：電壓穩定的喪失，導致電壓逐步衰減的過程。而電壓崩潰則為：故障或擾動后的節點電壓值已超出了可按受的范圍。

P.Kunder給出的電壓穩定性定義為：電力系統在正常運行或經受擾動后維持所有節點電壓為可接受值的能力。電壓失穩指：擾動引起的持續且不可控制的電壓下降過程。電壓崩潰則是指：伴隨著電壓失穩的一系列事件導致系統的部分電壓低到不可接受的過程。

CIGRETF38.02.10在1993年的報告中指出：電壓穩定性是整個電力系統穩定性的一個子集。一個電力系統在給定運行狀態下是小擾動電壓穩定的，只要任何小擾動之后，負荷附近的電壓等于或接近于擾動前的值。一個電力系統在給定運行下遭受一個擾動后是電壓穩定的，只要擾動后負荷附近的電壓達到擾動后的一個穩定的平衡點值。而電壓崩潰是由電壓不穩定（也可能是角度不穩定）導致系統的相當大一部分負荷點電壓很低的系統失穩過程。一個電力系統在給定的運行狀態下，遭受一個給定的擾動而經受電壓崩潰，只要擾動后負荷點附近的電壓低于可接受的限制值。

根據我國《電力系統安全穩定導則》（DL 755-2001）給出的定義，電壓穩定是指電力系統受到小的或大的擾動后，系統電壓能夠保持或恢復到允許的范圍內，不發生電壓崩潰的能力。

從以上幾種定義，可以發現一些共性的東西，電壓穩定性實際上是電力系統中的電能量在傳輸中保持平衡的一種反映，電壓穩定性在很大程度上體現了系統運行的可靠性，同時，在電力市場條件下，電壓穩定性也是表征電能這一商品質量好壞的一個主要指標之一，而且，電壓穩定性與電力系統的各個子系統的運行中狀態都有緊密的關系，電力系統的任何子系統出現故障都可能導致電壓穩定性的改變，換句話說，電壓穩定性是判斷整個電力系統是否正常、安全運行的一個重要指標。

2.2 電壓穩定性的分類

文獻中可以見到的與電壓穩定有關的術語主要有：靜態電壓穩定；暫態電壓穩定；動態電壓穩定；中長期電壓穩定等，對它們的含義和所包含的范圍，至今還沒有一個統一的定義。關于電壓穩定/失穩的分類，目前主要根據研究時間范疇、擾動大小和分析方法的不同對電壓穩定/失穩進行相關分類。根據研究的時間范疇，將電壓穩定分為暫態電壓穩定、中期電壓穩定和長期電壓穩定：暫態電壓穩定的時間范圍為0-105，主要研究感應電動機和HVDC的快速負荷恢復特性引起的電壓失穩，特別是短路后電動機由于加速引起的失穩或由于網絡弱聯系引起的異步機失步的電壓失穩問題。中期電壓穩定（又稱擾動后或暫態后電壓穩定）的時間范疇為1-5min，包括OLTC、電壓調節器及發電機最大電流限制的作用。長期電壓穩定的時間范疇為20-30min，其主要相關的因素為輸電線過負荷時間極限、負荷恢復特性的作用、各種控制措施（如：甩負荷）等。

根據擾動大小的不同，參照功角穩定分類，P.Kunder和C.W Taylor將電壓穩定分為小擾動電壓穩定和大擾動電壓穩定。小擾動電壓穩定性指小擾動（如負荷的緩慢變化、傳輸線參數發生小的變化）之后系統控制電壓的能力。小擾動電壓穩定性可以用靜態方法（在給定運行點系統動態方程線性化的方法）進行有效的研究。大擾動電壓穩定性關心的是大擾動（如系統故障、失去負荷、失去發電機等）之后系統控制電壓的能力。確定這種穩定形式需要檢驗一個充分長的時間周期內系統的動態行為，以便能捕捉到發電機磁場電流限制器等設備的相互作用。大擾動電壓穩定性可以用包含合適模型的非線性時域仿真來研究。

根據研究的方法不同，有些學者將電壓穩定向題分為三類，即靜態電壓失穩、動態電壓失穩和暫態電壓失穩。

靜態電壓失穩是指負荷的緩慢增加導致負荷端母線電壓緩慢地下降，在達到電力系統承受負荷增加能力的臨界值時導致的電壓失穩，在電壓突然下降之前的整個過程中發電機轉子角度及母線電壓相角并未發生明顯的變化。

動態電壓失穩是指系統發生故障后，為保證其功角暫態穩定及維持系統頻率，除進行了網絡操作外，也可能進行切機、切負荷等操作，由于系統結構變很脆弱或全系統（或局部）由于支持負荷的能力變弱，緩慢的負荷恢復過程導致的電壓失穩。

暫態電壓穩定問題是指電力系統發生故障或其他類型的大擾動后，伴隨系統處理事故的過程中發電機之間的相對搖擺，某些負荷母線電壓發生不可逆轉的突然下降的失穩過程，而此時系統發電機間的相對搖擺可能并未超出使電力系統角度失穩的程度。另外，還有學者給出了電壓穩定性的參考分類方法。他將電壓穩定問題分為如下四類：（1）動態穩定：系統用線性微分方程描述，計及元件動態及調節器的動態作用，判別系統在小擾動下的電壓穩定性。（2）靜態穩定：對動態系統作進一步簡化，即假定發電機在理想的調節下（如勵磁調節器的作用，用暫態電勢后的不變電勢表示），負荷用靜態電壓特性表示，從而使系統可以用代數方程描述時，判斷系統在平衡點處的電壓穩定性。研究系統靜態電壓穩定的主要作用是確定系統正常運行和事故后運行方式下的電壓靜穩定儲備情況。（3）暫態穩定：系統用非線性微分方程描述，計及元件的動態特性及調節器的動態作用，暫態穩定可以用來判別系統在大擾動下的電壓穩定性。（4）電壓崩潰：系統在遭受擾動（大干擾或小擾動）作用下，系統內無功功率平衡狀態遭到破壞，依靠調節器和控制器的作用，仍不能使的功率平衡得到恢復，從而導致局部或者整個系統中各節點電壓急劇下降的物理過程。

CIGRE 38研究委員會和IEEE電力系統動態行為委員會聯合組成的工作組在2004年5月完成了一份報告中對電力系統穩定性進行了重新定義和分類。根據電力系統失穩的物理特性、受擾動的大小以及研究穩定問題必須考慮的設備、過程和時間框架，這份研究報告將電力系統穩定分為功角穩定、電壓穩定和頻率穩定三大類以及眾多子類，所給出的電力系統穩定性分類框架如圖1所示。

圖1 電壓穩定性分類

2.3 對電壓穩定性定義和分類的評述

關于正確區分電壓穩定和功角穩定問題，IEEE/CIGRE 給出的電力系統穩定性定和分類報告給出了如下的解釋：功角穩定和電壓穩定的區別并不是基于有功功率/功角和無功功率/電壓幅值之間的弱耦合關系。事實上，對于重負荷狀態下的電力系統，有功功率/功角和無功功率/電壓幅值之間具有很強的耦合關系，功角穩定和電壓穩定都受到擾動前有功和無功潮流的影響。區分這兩種不同類別的穩定應當根據失穩發生時的系統主導變量類型來確定。

關于電力系統電壓穩定性定義的理解一般沒有太大的偏差。但對電壓穩定分類的理解在學術界卻存在較大的分歧，在北美的有關文獻中，動態電壓穩定的概念等同于小干擾電壓穩定，指存在自動控制的情況下（特別是發電機勵磁控制）的電壓穩定性，以此與經典的沒有勵磁控制的靜態穩定相區別；在歐洲的有關文獻中，動態電壓穩定常被用來指暫態電壓穩定。結合我國的實際情況，作者以為“暫態電壓穩定”在現有的文獻中具有大擾動和短期限的確切語義，因而應當可以繼續使用。在我國，電力行業標準DL 755-2001從數學計算方法和穩定預測的角度，將電壓穩定分為靜態電壓穩定和大干擾電壓穩定。對于大干擾電壓穩定，既可以是由于快速動態負荷、HVDC 等引起的快速短期電壓失穩，也可以是由慢動態設備如有載調壓、恒溫負荷和發電機勵磁電流限制等引起的長過程電壓失穩。因而，我國電力行業標準中關于大干擾電壓穩定的分類IEEE/CIGRE的大干擾電壓穩定分類是一致的。而我國電力行業標準中對于靜態電壓穩定的分類則與IEEE/CIGRE的小干擾電壓穩定分類存在一定的差異。其實，人們對電壓穩定分類認識的不統一，也從另一個側面反應了對電壓穩定性研究的不成熟性。

3.電壓穩定性的分析方法

電力系統電壓穩定性的分析方法概括起來可以分為以下幾類：靜態電壓穩定、動態電壓穩定及時域仿真。

3.1 靜態電壓穩定分析方法

3.1.1 靈敏度分析法

靈敏度分析法是以潮流方程為基礎，從定性物理概念出發，利用系統中某些變量間的關系，通過計算在某種擾動下系統變量對擾動量的靈敏度來判別系統的穩定性的一種分析方法。靈敏度方法將靈敏度系數定義為系統狀態變量對控制變量的導數，靈敏度系數變大時，系統趨向于不穩定；在靈敏度系數趨于無窮大時，系統將發生電壓崩潰。對于不同的研究對象，可采用不同的狀態變量，如需要監視電壓，則可以采用電壓靈敏度系數判據。在使用靈敏度法時，一般將控制變量取為負荷的變化量，通常將電壓崩潰點定義為負荷的極限點。在潮流計算的基礎上，靈敏度分析法只需少量的額外計算，便能得到所需要的靈敏度指標信息。由于該方法物理概念明確，計算方便，易于實現，因而在靜態電壓穩定分析中得到了廣泛的應用。靈敏度法常用來判斷系統的電壓穩定性、確定系統的薄弱母線及確定無功補償裝置的有效安裝位置等。3.1.2 潮流多解法

電力系統的潮流方程是一組二階非線性方程，因而可能存在多個潮流解，理論上講，對于一個N節點電力系統，系統的潮流方程組最多可能有 2n-1個解，并且這些解都是成對出現的。關于潮流多解數值計算的最初研究工作并不是始于電壓穩定問題，而是產生于應用李雅普諾夫直接法判斷功角暫態穩定性，直接法中一個重要的計算是確定與故障有關的臨界不穩定平衡點的電力系統勢能，因此除了正常條件下的潮流解外，還必須求出不穩定平衡點。通過電力系統潮流的多解性研究得出了許多有意義的結論，其中之一就是潮流方程解的個數隨負荷水平的增加而成對減少，當系統的負荷增加到臨近靜態穩定極限時，潮流方程只存在兩個解，這時潮流雅克比矩陣也接近于奇異，鄰近的兩個解關于奇異點對稱，其中一個為正常高電壓解，另一個為低電壓解。進一步的研究表明，這兩個潮流解對應的潮流雅克比矩陣行列式值的符號、電壓無功控制靈敏度的符號、網絡存儲能量對頻率變化靈敏度的符號正好相反，故而證明低電壓解是不穩定解。當系統所能傳送的功率到達極限時，這一對潮流解融合成一個解，此位置對應于PV曲線的鼻尖點，該處的潮流方程雅克比矩陣奇異，系統到達電壓穩定極限狀態。在重負荷情況下，如果某種干擾使系統由高電壓解轉移到低電壓解，則電壓失穩將會發生。該方法將潮流方程解的存在性與靜態電壓穩定性聯系起來，通過研究潮流方程解的情況來判斷系統的電壓穩定性。在一定的假設條件下，用潮流多解法也能近似計算出最近的電壓崩潰點。3.1.3 最大功率法

最大功率法將電力網絡向負荷母線輸送功率的極限運行狀態作為靜態電壓穩定的極限運行狀態，這種方法認為，當負荷的需求超過電力網絡的極限傳輸功率時，系統將失去電壓穩定。最大功率法常將節點有功功率最大值、無功功率最大值、或總負荷量最大值作為系統的穩定性判據。實際上，這類方法就是基于PV或QV曲線定義電壓穩定的方法，它們往往將電網中的某節點或母線作為研究對象，通過一系列潮流計算，確定其 PV 或 QV 特性曲線，并根據無功儲備準則或電壓儲備準則，確定所需的無功功率，其最大功率對應于曲線的頂點。最大功率法在本質上與其他許多靜態電壓穩定分析方法是一致的。不同的研究人員采用不同的方法來計算最大功率點。3.1.4 奇異值分解法

從物理概念上講，電壓穩定臨界點是指系統到達最大功率傳輸的點，而從數學概念上講，電壓穩定臨界點對應于系統潮流方程雅克比矩陣奇異的點。當系統的負荷接近其極限狀態時，潮流雅可比矩陣接近奇異，因此，可以用潮流方程雅克比矩陣的最小奇異值反映雅可比矩陣奇異的程度，用作電壓穩定性的衡量指標，反映當前工作狀態接近臨界狀態的程度，并研究靜態電壓穩定問題。隨著系統運行狀態的變化，電壓最易失穩模式可能隨之改變，因此，必須計算出一定數目的最小特征值及其特征向量。特征值分析法就是通過計算降階的潮流雅克比矩陣的少量最小特征值及特征向量來識別系統的電壓穩定情況，進行優化調控，從而增強系統的電壓穩定性的一種方法。特征值分析法、模式分析法以及奇異值分析法之間的關系比較密切，它們都是通過分析潮流方程雅克比矩陣，揭示某些系統特征、識別系統失穩模式，由于電壓和無功的強相關性，這些方法往往可以通過分析降階雅可比矩陣來突出重點。為了進一步發揮特征值分析法、奇異值分析法的作用，研究人員提出使用特征值和奇異值對系統變量的一、二階靈敏度的計算方法，這在電壓穩定裕度的近似計算、故障選擇等方面有較好的應用。3.1.5 崩潰點法

崩潰點法也稱為直接法，是一種較好的能直接計算電壓穩定臨界點的方法。該方法用非線性方程組描述電壓穩定臨界點的特性，并從數學上保證該方程組在臨界點處可解，通過解方程組得到電壓穩定極限值。使用崩潰點法的好處是可以得到與潮流方程雅克比矩陣零特征值對應的左右特征向量這一副產品。這些特征向量在識別電壓穩定的薄弱位置和確定有效的控制行為，以避免電壓崩潰是非常有用的。

上述幾種方法都是靜態電壓穩定分析中較多采用的方法，其共同點是基于潮流方程或經過修改的潮流方程，在當前運行點處線性化后進行分析計算，本質上都把電力網絡的潮流極限作為靜態電壓穩定的臨界點，所不同之處在于所采用的求取臨界點的方法以及使用極限運行狀態下的不同特征作為電壓崩潰的判據。

3.2 動態電壓穩定分析方法

3.2.1 小擾動分析法

小擾動分析是電力系統穩定性分析的一般性方法，同樣適用于電壓穩定分析。小擾動電壓穩定實際上是一種李雅普諾夫意義下的漸近穩定，它可以計及與電壓穩定問題有關的各元件的動態，其實質在于將所考慮的動態元件的微分方程在運行點處線性化，通過分析狀態方程特征矩陣的特征根來判斷系統的穩定性和各元件的作用。許多文獻在電壓穩定研究中考慮了發電機及勵磁系統、OLTC、無功補償設備及負荷的動態。

3.2.2 非線性動力系統的分岔理論分析法

高階電力系統的動態特性可以用與系統參數有關的非線性微分－代數方程組描述，如式（1）所示：

（1）

式中： f 代表系統，如發電機、勵磁器、負荷和控制系統的動態特性；g為系統的潮流方程；X為系統的狀態變量，如發電機電勢、轉子變量、勵磁調節器變量等；Y為除狀態變量以外的其他變量，如母線電壓的大小和角度；參數p為系統參（系統拓撲結構、電感、電容、變比等參數）和操作參數（如負荷功率、發電量等）。

對于每一組確定的系統參數值p，系統的平衡點X*是式（2）的解。

*ì?f(X,Y,p)=0（2）í*??g(X,Y,p)=0系統在該平衡點的穩定性由式（1）在平衡點的展開式決定。

(3)

對于系統的結構性穩定問題，有三種分岔點，分別是：（1）鞍結分岔SNB：在這個分岔點上，兩個平衡點重合然后消失，此時雅可比矩陣有一個零特征值。（2）Hopf分岔：在該分岔點上，雅可比矩陣的一對共軛復特征值穿過虛軸。（3）奇異誘導分岔SIB：在該分岔點上，gy奇異。3.2.3 使用本地測量數據的分析法

前面所討論的方法都是屬于全電網集中控制的方法，需要獲得系統中所有節點的數據。由于任何集中控制的方法都會遇到數據傳輸的可靠性問題，近年來，一些使用局部直接測量量進行電壓穩定分析的方法也得到了較多重視。可以利用單個節點的本地測量數據（母線電壓和負荷電流）進行電壓穩定性分析，它將與該節點相連的外部系統進行戴維南等效，由多次測量得到的本地數據通過曲線擬合求出外部戴維南等效電路，通過比較節點電壓與戴維南等效電源電壓的大小來判別電壓穩定性。在考慮恒功率負荷時，發生電壓崩潰的條件為節點電壓在戴維南等效電壓方向上的投影為電源等效電壓的一半；在采用ZIP負荷模型時，電壓失穩的條件為PV曲線與負荷曲線相切。

電壓穩定問題本質上是一個動態問題，系統中的發電機及其勵磁控制系統、OLTC、無功補償設備等元件和負荷的動態特性對電壓穩定都有重要影響。因而只有計及了這些因素的動態電壓穩定分析才能準確反映系統的電壓穩定狀況。采用小擾動分析法進行研究時，由于電壓穩定問題考慮的時間范圍很大，從幾秒鐘至幾十分鐘，幾乎涉及電力系統中所有機電和動力設備的動態，這給完全意義下的小擾動分析造成了困難。由于電力系統本質上是非線性動力系統，隨著非線性科學理論研究的進展，研究人員逐步把能分析非線性作用的新方法引入電壓穩定研究中，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論等，其中使用最多的是分岔理論。當前的研究一般局限于低維、簡單模型系統和周期性小擾動，并引入了很多假設。分岔理論在電壓穩定中的進一步應用有待更多研究人員的努力和非線性動力學理論的新突破。基于本地測量數據進行電壓穩定分析的方法，間接考慮了元件的動態特性，同時這些方法足夠簡單因而可以方便地實際應用。不過它們的使用范圍有限，只能用于單個節點或母線上，在實際應用中可作為集中控制方案的補充。

姓名：于炎娟 現代電力系統分析課程報告

學號：20***