电力系统小干扰稳定性分析

电力系统小干扰稳定性分析

作者：李彩霞，韩毅

来源：《内蒙古科技与经济》 2015年第13期

李彩霞1，韩毅2

(1呼和浩特金桥热电厂；2呼和浩特热电厂，内蒙古呼和浩特O10010)

摘要：阐释了电力系统小干扰稳定性的定义，并对电力系统小干扰稳定性分析中常用的几

种分析方法做了介绍。

关键词：电力系统；稳定性；干扰；保持

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1007 6921(2015)13 0101 01

电力系统在某一运行方式下，受到某种因素的干扰后，能迅速恢复到受干扰前的运行状态，或者恢复到另一种稳定的运行方式的能力称之为电力系统的小干扰稳定性。前提是干扰的强度

非常小，干扰前后的运行方式不会有太大的改变。至于干扰源可以暂不考虑，因为电力系统时

刻都在受到本身或外在的微小干扰。因此，提高电力系统的小干扰稳定性是电力系统正常运行

的基本条件之一。

1 电力系统的小干扰稳定和低频振荡

小干扰失稳通常表现为两种形式：在系统受到干扰源干扰后，各发电机在同步的状态下

功角拉开一直到失步；在系统受到干扰源干扰后，各机组之间的功角振幅偏离同步后不断增大

产生振荡后一直到失步。前一种失步叫做非周期失步后一种叫做振荡失步。

产生的原因分别是：系统中的同步转矩不够；系统中的阻尼不够。

低频振荡的表现形式主要有2种：区间振荡：是指在大的电力系统中当一部分机组与另一

部分机组的频率不一致时导致对另一部分机组的振荡，而其振荡的频率范围大致在0.1Hz-

0.7Hz之间；局部振荡：是指在相邻的几个发电机组之间由于某干扰源的干扰互相之间产生振荡，对系统的影响较小，其振荡的频率范围大致在0.7Hz-2.57Hz之间。其中，第一种的危害比较大，会通过联络线引起全系统的振荡。

2电力系统小干扰稳定性分析方法

电力系统是否能够稳定运行的重要因素之一是抗干扰能力，系统在遭遇小干扰后所产生的

振荡在逐步递减，并且系统功角的偏移也在合理的范围之内则系统是稳定的；反之系统的振荡

逐步增大直至失步与系统解列，则系统是不稳定的。系统在运行过程当中会受到很多因素干扰，其中，绝大部分是小干扰。这就要求系统有很强的抗干扰能力，这种能力是保证电力系统稳定

运行最基本和最重要的指标之一。

2.1线性化分析方法

通过分析发生振荡后系统内阻尼值的动态变化来研究增强系统的稳定性。在分析的过程中

发现，当系统中阻尼值为负时振幅是增加的；当阻尼值为正时振幅是下降的。所以，研究小干

扰稳定性的关键是研究系统阻尼的性质，在研究的过程中根据局部振荡和区间振荡的不同需要

建模来具体分析在不同的情况下阻尼的线性变化。在分析的过程中对于建模的精确计算是把握

分析的关键。在建模时应在系统中保证有足够的阻尼控制器，并应选择在系统最佳的地点安装

控制器。近年来，随着电力系统的高速发展，各种电压等级的电力网络也越来越多。系统越复

杂建模所需的计算量就越大，目前，先进的计算机技术能够满足系统庞大计算量的要求，但同

时由于计算量太大又满足不了系统所要求的快速性，这就要在精度和速度方面寻求一个平衡点。为了尽量精准的模拟系统的运行状态同时又要减小计算机的计算量，所以在建模时要在保证模

拟的真实性基础上尽量简化模型。

小干扰稳定性分析所用的模型根据研究方向的不同有多种模型，主要的有以下几种；同步

发电机数学模型、励磁系统数学模型、系统线性化模型、电力系统负荷数学模型、高压直流或

交流输电系统数学模型等。在众多的模型中，一般采用系统线性化模型进行描述。在描述的同

时又有许多的分析方法，包括电气转矩法、频域法、时域仿真法，以及特征值分析法等。特征

值分析法是最常用的一种分析法，其优点在于能深刻刻画模式，还是确定控制器最佳安装地点

的主要工具。

2.2特征值分析法

李雅普诺夫第一定律是小干扰稳定特征值分析法的基础，它是以电力系统为模型，将状态

空间以线性模式展现出来，通过代数方程式简化为相对简单的方式进行计算。特征值分析法的

优点很多，它能够比较准确地反映出在振荡模式下系统的频率和阻尼以及频率衰减的线性曲线，能够使人们非常准确的了解系统在振荡时的情况从而找到减少系统振荡的解决方案。同时，通

过小干扰稳定特征值分析法还能够掌握系统中各控制器的参数从而能够及时的进行调整。小干

扰稳定特征值分析法又分为全部特征值分析法和部分特征值分析法。当研究需要分析整个电力

系统的稳定情况时就要用到全部特征值分析法，其优点是在计算的过程中的数值非常稳定，非

常适用于各种中小型电力系统的计算，缺点是对于大型的电力系统的稳定性分析时计算会非常

费时，而且在使用矩阵计算时有时会出现园维数太高使计算结果不准确的现象。在20世纪80

年代开始出现了部分特征值分析法，它是利用在分析模型过程中用于计算的矩阵稀疏性来对部

分进行计算从而了解整个系统的稳定性的情况。优点是对于大型电力系统稳定性分析比较适用，计算量也减少了很多，而且通过计算能够复制很多振荡模式，缺点是一次只能计算一个模式，

并且对初始值的要求也比较高。

2.3关于系统稳定性的其他分析法

频域分析法是在研究系统稳定性的具体问题时，在已建立数模的基础上根据系统的输人和

输出量的变化代人线性数模来研究系统小干扰稳定性。这种方法的优点是对于系统规模的大小

均可以适用，特别适合于规模较大系统的计算，缺点是与特征值分析法比较所概括的信息量不足，所反映出的各种变量之间关系有一定的局限性。

数值仿真分析法是在建模的基础上利用矩阵方程计算出影响小干扰稳定性的系统静态特性

和动态特性。其优点是在分析的过程中比较全面的考虑了影响小干扰稳定性的园素及影响小干

扰稳定性各个园素之间的关系，缺点是计算量太大，对于在线计算不太适合。

3结束语

在进行小干扰稳定性分析的过程中要根据不同的现场情况、电力系统容量的大小以及环境

的差异等园素选择具体采取何种分析法进行分析，从而能够最大程度的反映出影响电力系统小

干扰稳定性的原园并做出相应的对策。