电力系统稳定与控制

电力系统稳定与控制

廖欢悦电自101201010401164

电力系统的功能是将能量从一种自然存在的形式转换为电的形式，并将它输送到各个用户。电能的优点是输送和控制相对容易，效率和可靠性高。为了可靠供电，一个大规模电力系统必须保持完整并能承受各种干扰。因此系统的设计和运行应使系统能承受更多可能的故障而不损失负荷（连接到故障元件的负荷除外），能在最不利的可能故障情况些不知产生不可靠的广泛的连锁反应式的停电。

由此，电力系统控制所要实现的目的：

1.运行成本的控制：系统应该以最为经济的方式供电；

2.系统安全稳定运行的控制：系统能够根据不断变化的负荷变化及发电资源变

化情况调整功率分配情况；

3.供电质量的控制：必须满足包括频率、电压以及供电可靠性在内的一系列基

本要求；

一．电力系统的稳定性设计与基本准则

首先，一个正确设计和运行的电力系统：

1.系统必须能适应不断变化的负荷有功和无功功率需求。与其他形式的能量不同，电能不能方便地以足够数量储存。因而，必须保持适当的有功和无功的旋转备用。

2.系统应以最低成本供电并具有最小的生态影响

3.考虑到如下因素，系统供电质量必须满足一定的最低标准：

a）频率的不变性

b）电压的不变性

c）可靠性水平

对于一个大的互联电力系统，以最低成本保证其稳定性运行的设计是一个非常复杂的问题。通过解决这一问题能得到的经济效益是巨大的。从控制理论的观点来看，电力系统具有非常高阶的多变量过程，运行于不断变化的环境。由于系统的高维数和复杂性，对系统作简化假定并采用恰当详细详细的系统描述来分析特定的问题是非常重要的。

二、电力系统安全性及三道防线可靠性－安全性－稳定性

电力系统可靠性：是在所有可能的运行方式、故障下，供给所有用电点符合质量标准和所需数量的电力的能力。是保证供电的综合特性（安全性和充裕性）。可靠性是通过设备投入、合理结构及全面质量管理保证的。

电力系统安全性：是指电力系统在运行中承受故障扰动的能力。通过两个特征表征（1）电力系统能承受住故障扰动引起的暂态过程并过渡到一个可接受的运行工况，不发生稳定破坏、系统崩溃或连锁反应；（2）在新的运行工况下，各种运行条件得到满足，设备不过负荷、母线电压、系统频率在允许范围内。

电力系统充裕性：是指电力系统在静态条件下，并且系统元件负载不超出定额、电压与

频率在允许范围内，考虑元件计划和非计划停运情况下，供给用户要求的总的电力和电量的能力。

电力系统稳定性：是电力系统受到事故扰动（例如功率或阻抗变化）后保持稳定运行的能力。包括功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性。

正常运行状态下，通过调度手段让电力系统保持必要的安全稳定裕度以抵御可能遭遇的干扰。要实现预防性控制，首先应掌握当前电力系统运行状态的实时数据和必要的信息，并及时分析电网在发生各种可能故障时的稳定状况，如存在问题，则应提示调度人员立即调整运行方式，例如重新分配电厂有功、无功出力，限制某些用电负荷，改变联络线的送电潮流等，以改善系统的稳定状况。

目前电网运行方式主要靠调度运行方式人员预先安排，一般只能兼顾几种极端运行方式，且往往以牺牲经济性来确保安全性。调度员按照预先的安排和运行经验监视和调整电网的运行状态，但他并不清楚当前实际电网的安全裕度，也就无法通过预防性控制来增强电网抗扰动的能力。因此，实现电力系统在线安全稳定分析和决策，得出当前电网的稳定状况、存在问题、以及相应的处理措施，明确地提示给调度员或将新的控制策略下发给有关厂站的稳控装置，即实现预防性控制，这对电网的调度运行来说是很迫切很有意义的。

三、电力系统的稳定问题导论

电力系统可以概括的定义为这样一种电力系统的特性，即它能够运行于正常条件下的平衡状态，在遭受干扰后能够恢复到可以容许的平衡状态。在稳定性评价中，所关心的问

题是电力系统遭受暂态扰动后的行为。系统还必须有能力在多种严重的扰动下保持运行。系统对扰动的响应设计大量设备，此外，用来保护单个元件的装置对系统变量变化的响应也影响系统特性。然而，在任何给定条件下，只有有限数量设备的相应是至关重要的。因此，通常作出很多假定来简化问题并集中于那些影响某些特定稳定问题的因素。

由此，我们先将稳定性问题简单的分类讨论:

电力系统稳定性分为电压稳定、频率稳定和功角稳定（静态稳定、动态稳定、暂态稳定）三大类。

（一）功角稳定

功角稳定指系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。

正常情况下，系统中各发电机以相同速度旋转，机间相对转子角度维持恒定，即处于同步运行状态，从而保证系统中任何节点的电压幅值和频率以及任何线路的传输功率为恒定值。

如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。

稳定的实质就是恢复能力，表现在多机系统的功角问题上就是当某台电机的功率平衡关系被破坏后，电机转子的运动将使得其转角位置逐渐超前于其它电机，根据功角特性关系，系统负荷将从转子角滞后的电机转移到转子角超前的电机使得其转速下降，和其它

电机之间的转角差缩小。

如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。

如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。

1.静态稳定

静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰，如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态，则系统在该运行方式下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的。

静态稳定研究的是系统对微小干扰的适应能力，或者说考虑的是系统在运行点处维持同步运行的能力，系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的运行方式有关，与小干扰的大小及具体发生地点无关。

通常可以采用在运行点处线性化后的系统模型进行特征根分析来判别系统的静态稳定性。

2.暂态稳定

电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后能够