电力系统稳态大作业

电力系统分析（稳态）

（作业）

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题目：电力系统安全稳定分析任课教师：

电力系统安全稳定分析

前言

传统的电力系统监视、评估和控制是基于Dy Liacco构想的。该构想是假设电力系统运行在两个约束集(负荷约束和运行约束)之下的，其中负荷约束是要求满足全部负荷的需要，而运行约束则可分为静态约束(如要求任一母线的电压、任一线路的潮流和任一台设备的功率在容许的范围内)和动态约束(如保证系统的小扰动稳定性和暂态稳定性)两类。电力系统的运行状态时刻在改变，根据运行条件的不同，可以将电力系统的运行状态分为正常运行状态、警戒状态、紧急状态、恢复状态、失稳状态等。其中正常状态又可以分为安全的和不安全的。当在任一扰动都不会把系统引入紧急运行状态，则系统是安全的。否则，系统是不安全的。依照上述构想系统运行中安全性总是第一位的，只有在系统是安全的情况下才考虑经济调度。因此，从电力系统安全运行的控制方面将，电力系统的控制是比较杂和重要的，通常以系统的频率控制、电压控制、安全控制、负荷控制为重点，下面对这几个方面的控制加以简单的介绍。

一电力系统频率控制

频率稳定与控制是电力系统安全稳定运行的重要因素，它反映了电力系统中有功功率供需平衡的基本状态。频率异常将会给发电机和系统的安全运行以及用户带来极为严重的后果。因此，电力系统频率一方面作为衡量电能质量的指标，需加以动态监测咀作为实施安全稳定控制的重要状态反馈量；另一方面必须对系统频率进行有效控制。

系统频率的变化是由于负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。由于机械惯性的作用，原动机输入功率变化较缓慢，负荷的变化使系统频率产生波动。假如分离的区域没有参与速度调节的旋转各用，则有三种因素会导致分离区域的系统频率下降：①过负荷的量(即发电出力的缺额)；②作用于区域负荷的负荷阻尼系数；③代表区域内所有发电机总转动惯量的惯性常数。要确定频率控制，首先要明确频率特性是指有功功率一频率静态特性，它反映了稳态运行状况下有功功率和频率变化之间的关系。它包括负荷、同步发电机组和电力系统的频率特性。电力系统功率平衡是一个供需功率随时平衡的动态过程。当系统频率波动时，同步发电机的调速器控制作用和负荷的频率调节效应是同时进行的。

调整发电功率进行频率调整，即频率的三次调整控制。而电力系统频率控制与有功功率控制密切相关，其实质就是当系统机组输入功率与负荷功率失去平衡而使频率偏离额定值时，控制系统必须调节机组的出力，以保证电力系统频率的偏移在允许范围之内。为了实现频率控制，系统中需要有足够的备用容量来应对计划外负荷的变动，而且还须具有一定的调整速度以适应负荷的变化。

现代电力系统频率控制的研究主要有两方面的任务：①分析和研究系统中各种因素对系统频率的影响，如发电机出力、其本身的特性及相应的调速装置、负荷波动和旋转各用容量等，从而可以准确地寻找有效进行调频的切入点。②建立频率控制模型，即在某一特定的系统条件下，选择恰当的发电机和负荷模型(在互联系统中还应考虑多系统互联的模型)，并采用最优算法确定模型参数，在维持系统频率在给定水平的同时，考虑机组负荷的经济分配和保持电钟的准确性。我国电力系统的额定频率，为50Hz，电力系统正常频率允许偏差为±0.2Hz(该标准适用于电力系统，但不适用于电气设备中的频率允许偏差)，系统容量较小时可放宽到±0.5Hz。

AGC常有来调节系统的频率，它是指根据系统频率、输电线负荷变化或它们之间关系的变化，对某一规定地区内发电机有功功率进行调节，以维持计划预定

的系统频率或其他地区商定的交换功率在一定限制之内。它是以控制调整发电机组输出功率来适应负荷波动的反馈控制，利用计算机来实现控制功能，是一个小型的计算机闭环控制系统。AGC的基本目的包括LFC和经济调度控制，前者通过凋整特定发电机的输出，使其频率恢复到指定的正常值并保证控制区域之间的功率交换为给定值；后者考虑全网购电费用的微增率和网损修正等条件对调频机组进行最佳负荷分配，使总的发电成本最低。这就使得这种控制方法能够较好地结合电力市场环境的要求，在频率控制质量和经济性之间找到很好的交叉点。

二电力系统安全控制

电力系统安全运行涉及静态安全性和暂态稳定性。现阶段电力系统是根据扰动量的大小，来进行划分。当电力系统在运行中时刻受到小的扰动时，系统将会偏离运行平衡点，如果这种偏离很小，小扰动消失后，系统又重新恢复平衡，则称系统是静态稳定的；如果偏离不断扩大，不能重新恢复原来的平衡状态则系统不能保持静态稳定。而当在大扰动作用下，如果系统运行状态的偏离是有限的，且在大扰动结束后又达到了新的平衡，则称系统是暂态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复平衡，则称系统失去了暂态稳定。下面介绍提高两者安全性的措施。

1、提高电力系统静态稳定性的措施

从静态稳定的分析可以看出，提高电力系统的静态稳定性，应着力于提高电力系统功率极限。

1)提高发电机电势。提高发电机电势是提高电力系统的功率极限最有效的措施．它主要依靠采用自动励磁调节器并改善其性能来实现。在现代电力系统中，几乎所有的发电机都装有自动励磁调节装置。自动励磁调节器明显地提高了功率极限。当发电机装有比例式励磁调节器时，在静态隐定分析中发电机所呈现的电抗由大到小，并近似维持暂态电势为常数。当有磁力式励磁调节器时，相当于把发电机电抗减小到接近于零，即近似当做发电机端电压维持恒定，这就大大地提高了发电机的功率极限，对提高静态稳定性极为有利。自动励磁调节器在整个发电机投资中所占的比重很小，所以，在各种提高隐定性的措施中，总是优先考虑使用或改善自动励磁调节装置。

2)减少系统的总电抗。从简单电力系统的功率极限表达式可以看出，输电系统的功率极限与系统总电抗成反比，系统电抗越小，功率极限就越大，系统稳定性也就越高。输电系统的总电抗由发电机、变压器和输电线路的电抗组成。发电机和变压器的电抗与它们的结构尺寸有关．一般在发电机和变压器设计时，已考虑在投资和材料相同的条件限制，力求使它们的电抗减小—些。当发电机和变压器设汁时。已考虑在投资和材料相同的条件下，力求使他们的电抗减小—些。当发电机和变压器装有自动励磁调节器时，发电机的实际电抗已由大减小。因此，从发电机结构方面去减小电抗的作用有限。对于变压器而占，其短路阻抗直接影响到制造成本和运行性能。也不宜改变。自耦变压器具有损耗小、体积小、价格便宜的优点外，它的电抗也较小，对提高稳定性有利，故在超高压电力系统中得