电力系统稳定性概念及分析方法

1、电力系统稳定性概念及分析方法目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1电力系统稳定问题分类2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2功角稳定问题3 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 频率稳定问题5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1频率稳定与频率崩溃5 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3.2频率稳定的判定和分析6

2、HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.3频率控制的措施6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 电压稳定问题.7 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 4.1电压稳定与电压崩溃7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.2电压稳定分析的理论依据8 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 电压稳定分析方法9 HYPERLINK l bookmark60 o Curr

3、ent Document 电压稳定控制措施 11 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5系统设备热稳定及线路过负荷问题12 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 6 电力系统暂态稳定分析方法13 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 6.1暂态稳定分析与动态安全评估13 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 6.2时域仿真法14 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document

4、 6.3暂态能量函数法14 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 6.4混合法15 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 6.5扩展等面积法15 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 6.6人工智能法16随着电力系统的建立与发展，交流输电系统中稳定运行逐步成为影响系统安 全运行的主要问题，因而也是电力系统运行管理特别是调度管理人员必须熟悉与 重视的问题。稳定性是对动态系统的基本要求，动态系统是其行为要用微分方程描述的系 统。动态系统稳定问题的研究由来已久

5、，有200多年的历史，其中大部分理论问 题已很完整，但电力系统稳定问题具有某些特殊性：电力系统是一个高阶的动力系统，动态过程复杂，进行全状态量的分析很困 难，在进行实用分析时，要根据过渡过程的特点和分析的目的，加以简化；电力系统的运行特性具有强烈的非线性特性，在大扰动情况下，一般会出现 巨大能量的转换，与弱电的动态系统有很大不同；电力系统是一个高维多参数的复杂系统，系统的各项参数既相互独立又相互 关联，系统稳定性是系统的总体行为。功角稳定、电压稳定和频率稳定等稳 定问题只是在稳定破坏过程的各阶段表现出特点不同的几种稳定行为，它们 都是相互关联、相互转化的。1电力系统稳定问题分类在进行电力系统功

6、角稳定性研究时，从工程概念出发，根据稳定破坏的模式、 原因、分析方法、预防及处理措施的不同，将功角稳定分成几种类型。经过数十 年的发展，目前习惯分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定。静态稳定(Static Stability)电力系统静态稳定是指电力系统运行于初始平衡点，受到微小扰动，扰动消 失后，系统能否以一定的精确度回到初始运行状态的性能。由于扰动微小，所以 电力系统数学模型可线性化。分析系统静态稳定行为时，可利用已发展完善的线性控制理论，进行解析和 定性的分析。由于电力系统正常运行时不可避免地受到各种微小扰动的作用，所 以电力系统静态稳定性表明电力系统在给定运行点运行时，基本稳定条件是电力

7、系统在该点的固有稳定性。根据静态稳定的定义，静态稳定不涉及到巨大的能量转移，故静态稳定控制 手段也不涉及到大能量控制。暂态稳定(Transient Stability)电力系统暂态稳定是电力系统运行于初始平衡点受到大扰动，扰动消失后， 最终能否以一定的精确度回到初始状态下的性能。如能，则在该运行点对此大扰 动系统是暂态稳定的。电力系统在大扰动下，自然要出现频率、电压和功角变化的暂态过程。但暂 态稳定并不是研究暂态过程，暂态过程是电力系统动态特性的分析内容，暂态稳 定是研究暂态过程的结局。线性系统受大扰动后，同样出现暂态过程，但扰动的 大小并不影响结局的稳定性。而非线性系统扰动的大小和作用过程就

8、会影响结局 的稳定性。由于暂态稳定面对的是非线性系统，分析方法只能采用数值计算法，建立给 定系统的仿真模型，在给定的扰动下，计算其动态过程，也可找出一个代表扰动 后能量变化的函数，计算其收敛性，目前用得最多的仍是等面积法则(Equal Area Criterion)o动态稳定(Dynamic Stability)目前的动态稳定与历史上所用的该名词不同，目前的动态稳定是指同步发电 机采用负反馈自动励磁调节器后发生的一种自发振荡失稳模式而提出的，过去将 其包含在静态稳定范围内，它是一种小扰动下的稳定模式。2功角稳定问题功角(Power Angle)是系统任意并联的2台发电机(或等值发电机)之间的

9、相对角度。功角稳定是指系统受扰动后各发电机是否维持同步，或转子之间是否 维持同摆的问题。当系统功角稳定破坏时，系统大范围内众多运行参量如电流、电压、功率和 能量都要发生剧烈变化，出现严重后果。所以功角稳定被认为是电力系统最重要 的稳定模式，也是研究得最早的稳定模式。功角与电压、频率一样，是并联运行交流系统的运行参数之一。功角稳定与 其他稳定模式一样，都是用来表征电力系统稳定行为的。但功角稳定是表征同步 机并联同步运行的稳定性，而同步运行是交流系统安全运行的最重要条件，同步 运行是最弱的一种运行状态。功角稳定破坏后，系统交流发电机间失去同步，将 引起各同步机的励磁电势相对相位紊乱，同步机间的电流

10、、节点电压及系统潮流 分布混乱，最终会在自动装置作用下，系统瓦解。所以，自交流系统建立后，功 角稳定问题即被提出，得到了重视，并开展了系统性的研究。对功角稳定性的分析可分为小扰动下的功角稳定与大扰动下的功角稳定两 种。按照处于系统稳定不同阶段分为功角的静态稳定分析、暂态稳定分析及动态 稳定分析三类。系统故障后的紧急控制所考虑的主要是大扰动下的功角暂态稳定 稳定问题。大扰动后发生的功角暂态是一个较长时间的过程，故提高暂态稳定的自动装 置要在过程的各个阶段起作用。根据各阶段的特点，暂态过程可分成3个阶段： 第一摆（First Swing）：第一摆是指大扰动后，功角第一次摆到180以前的阶段。如在该

11、阶段中，能 保持结局是稳定的，则发电机实际上不发生失步现象。在第一摆中就能维持电力 系统稳定是最理想的。过去曾以在第一摆中能否达到稳定作为判断系统是否暂态 稳定的依据。所以，很多自动装置都希望能在第一摆中发挥作用。提高第一摆暂态稳定性最基本的自动装置是快速继电保护，要求在故障发生 后，0.1s前切除故障，以及性能优良的自动重合闸和快速强行励磁等，这些自动 装置动作后不会对系统运行产生不良副作用。除此之外，还有一类自动装置如电 气制动、紧急切机（关汽门）/切负荷等，这类自动装置可提高第一摆的暂态稳定 性，但动作后会对系统造成副作用。所以必须有相应的动作判据，以免系统发生 不必要的扰动，否则宁愿推

12、迟其动作。第一摆暂态过程较易分析计算，如在扰动发生后，在各种自动装置作用下， 摆开的最大角5 max小于临界角5 C,则系统暂态是稳定的。第一摆时间一般小于1s。（2）中期阶段：如在第一摆中5max5.，则5将持续增大，发电机间进入暂态失步状态。但 如在该阶段仍能采取措施，系统仍能恢复暂态稳定。中期阶段持续时间在510s，在此期间内，原动机调速器能发生作用，同时， 前述的紧急切机（快关汽门）/切负荷装置可可靠地投入工作。（3）后期阶段经中期阶段仍不能达到稳定，则认为暂态稳定过程进入后期，此时电力系统 实际上已进入稳态失步状态。进入后期状态后，虽然前述有些自动装置仍能起作 用，但要达到暂态稳定的

13、目的仍需采用另外的措施，包括启动快速备用机组等。最后阶段的结束虽无严格的定义，但从系统运行实际允许的条件出发，如不 能达到全系统稳定运行状态，就必须自动解列，以期系统仍能保持分片运行。对于功角暂态稳定计算的方法主要是以面积法则（EAC）及扩展等面积法则 （EEAC）的判据法等，但依旧存在计算周期长、过程复杂等问题。3 频率稳定问题3.1 频率稳定与频率崩溃系统各发电机能维持同步运行，但各发电机的转速却同步地改变，不断地升 高或降低。在此情况下，系统虽能保持功角稳定，但不能继续安全运行，因为失 去了频率稳定性。功角稳定与频率稳定虽都与发电机转子运动有关，但原因与后果都不相同。 功角稳定决定于发电

14、机之间有功功率分配，而频率稳定决定于全系统有功功率是 否平衡。电力系统功角稳定仅表明各发电机转子相对运动的稳定性。如系统各发电机 受扰动的作用，扰动消失后，最终各发电机仍能维持同步运转，则系统功角是稳 定的。电力系统频率稳定，则表明同步机转子绝对运动的稳定性，即各发电机不 但维持同步，而且它们共同的转速维持在给定范围内，不会不断升高或不断降低。 由于发电机工作在同步状态，发电机转速变化表现为频率变化，故这种稳定性称 为频率稳定性。电力系统只有保持功角稳定和频率稳定，同步发电机的转子运动 才是稳定的。电力系统频率稳定性可定义：电力系统工作在初始频率下，受扰动作用，扰 动消失后，经过足够长的时间，

15、能以一定的精确度回到初始频率状态，则系统频 率是稳定的，否则就是不稳定的。由于系统频率特性的非线性，系统频率稳定性与扰动大小、扰动性质有关。 上述定义的稳定性称为静态频率稳定性，在扰动过程中，系统频率特性并未发生 变化。系统静态频率稳定性表明系统在某一运行点的频率稳定性。若扰动足够大，使系统频率特性发生变化，系统能否在新的频率状态下稳定 运行，称其为暂态频率稳定性。大扰动是系统运行方式的变化，如改变系统并联 运行的发电机台数，改变负荷状态等。系统频率崩溃一般是暂态频率稳定性破坏后的一种现象。它是指系统在大扰 动作用下，系统频率不断上升或下降，直至不能允许的值。系统频率稳定性破坏 表现在频率值失

16、去稳定，发电机仍能维持同步运行。与功角稳定破坏不同，一般 不会引起系统电压、电流和功率流动的急剧改变，是一个缓慢变化的动态过程。3.2频率稳定的判定和分析电力系统频率稳定性是系统原动机发出的机械功率与系统负荷功率（包括电 有功损耗功率）平衡的问题。如不能平衡，则动力系统出现功率过剩，有可能出现 频率稳定破坏的问题。设系统原动机的总机械功率输出为。，系统总负荷功率（包括各种损耗）为 匕，则过剩功率为：P =匕-P（21）式中，Pl为发电机的电磁功率输出，匕为机械功率，当匕不能全部转换为电磁 功率时，就出现过剩机械功率AP，该AP就将作用在转子运动上，加速或制动转 子的运动，定量关系由下式决定。A

17、P = T蚁=T堂j dt J dt（2-2）式中，为发电机转速；f为系统频率，Tj为惯性常数，t为时间。所以系统出现过剩功率是引发频率变化的起因，但判断频率稳定性要看频率变化的结局。根据（2-2变化的结局。根据（2-2）式，在t时，频率变化为Af =APdt0 Tj判断（2-3）判断（2-3）式的收敛性，（2-3）即可判断结局的频率稳定性。3.3频率控制的措施当系统内突然大面积切除或投入负荷、大机组突然退出运行或者重要功率联 络线断开时，由于出现电源和负荷间有功功率的严重不平衡，就会引起系统频率 的大副急剧上升或下降，威胁到电力系统的安全运行。此时，系统调度人员必须 密切监视系统频率变化并及

18、时进行相应的调度和控制，其主要手段有： （1）基于继电保护设备的故障线路/负荷切除当电气设备由于某种原因发生故障时，首先是其自身的继电保护装置动作， 将故障设备或线路切除，包括事故远切/联切系统等，此时发生故障的负荷或线 路就从系统中被隔离开来，等待重合闸动作或者故障的修复。(2)低频/低压减载系统由于事故后功率不平衡的而出现频率及电压的波动，当频率/电压低于 或高于某一设定值时，或频率/电压变化率df/dt及dV/dt达到某一设定值时启动 减负荷装置，以实现严重功率缺额时快速切除。 自动发电控制(AGC)及旋转备用投入AGC及旋转备用的投入可以作为紧急负荷控制的先期手段，同样以调节功 率平衡

19、为目的，但是在事故状态下调节能力有限，而其他紧急负荷控制手段的采 用都必须考虑到AGC与旋转备用或其他备用投入后系统的新的暂态稳定状态而 后决定负荷控制调节的量。紧急耗能设备/蓄能设备投入当系统出现丢失大量负荷的事故，而发电机端尚未来得及进行出力调整时， 系统功率出现严重不平衡，此时投入紧急耗能设备将电能转化成热能或物理能消 耗掉，或者投入蓄能设备。目前较成熟的可用于紧急负荷控制的蓄能手段包括蓄 冷/蓄热锅炉或空调、飞轮蓄能、超导蓄能等，而传统的抽水蓄能由于响应时间过 长而暂时不做考虑。4 电压稳定问题4.1 电压稳定与电压崩溃所谓电压稳定就是电力系统在各种干扰因素的作用下，能稳妥地保持向负荷

20、 提供安全可靠电力所必需的合理电压水平，而且能以适当的方式加以控制。而所 谓电压崩溃，是指由于电压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压下降过 程。由于系统电压分布与系统无功功率潮流分布密切关联。所以系统电压稳定问 题也与系统无功功率分布的特性有关。如系统总体不缺无功功率，则电压稳定一 般是局部问题，在此情况下，某些节点出现电压崩溃，其他节点仍能保持电压稳 定。电压稳定包括静态稳定和动态稳定两个方面。普遍认为电压失稳与负荷特性 有密切关系。电力系统中静态电压稳定水平主要由无功功率平衡条件决定，潮流 方程在静态电压稳定研究中得到了广泛使用，这些静态判据在本质上都是以电力 系统的极限输送能力作为

21、静态电压稳定的临界点。当负荷大幅度上涨后，系统的无功补偿能力严重不足，调度在全网电压下降 过程中未能果断切除部分负荷；变压器带负荷自动调压分接头的副作用，当系统 无功功率供应不足时，如果继续保持负荷侧的电压水平，势必造成上一级电网电 压下降，严重时会拖垮高压电网电压，发展为电压崩溃。电压失稳具有不同的形式。第一种是静态电压稳定问题：负荷的缓慢增加导 致负荷端母线电压缓慢地下降，在到达电力系统承受负荷增加能力的临界值或接 近临界值时，任何使系统状态越出临界值的扰动，如负荷的继续增加、系统故障 或系统运行的正常操作都将使负荷母线电压发生不可逆转的突然下降，而在电压 突然下降之前的整个过程中，发电机

22、转子角度和母线电压相角并未发生十分明显 的变化。这种特点的电压稳定的丧失是不易被运行人员觉察的。第二种是动态电 压稳定问题：当电力系统发生故障后，为保证其功角暂态稳定及维持系统频率， 除了进行网络操作外，也可能进行了自动切机切负荷等操作，由于系统结构变得 脆弱或全系统电源支持负荷的能力变得脆弱，缓慢的负荷恢复过程也可能导致电 压失稳。由于电力系统在失去电压稳定前已处于动态过程中，发电机及其控制器、 负荷的动态行为都会对电压失稳产生影响。第三种是暂态电压稳定问题：在电力 系统发生故障或其他类型的大扰动后，伴随系统处理事故的过程中发电机之间的 相对摇摆，某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降，而此

23、时发电机之间的相 对摇摆可能并未超出使电力系统功角失稳的程度。电压稳定分析的理论依据研究复杂电网电压稳定问题必须从研究一个供电点的电压稳定性问题开始， 电网中某一供电节点的母线电压稳定临界值u带一般可表示为：1U2. = Z (P 2 + Q 2)2(2-4)式中,Z 联接到该节点的系统等价阻抗； eq(P 2+ Q 2)2连接到该节点的负荷的视在功率。利用式(2-4)来研究电网中某一节点的母线电压稳定性问题，就颇为方便 了。例如：电网中某一节点的供电电压临界值，既是联接到该节电的负荷视在 功率的函数，又是联接到该节点的系统等价阻抗的函数。电网中不同节点有不同 的供电电压临界值，因而需要逐点校

24、核。当节点的负荷固定不变，即(P2 + Q2)2 不变时，该节点的稳定供电电压的临界值ucrit只决定于外部系统结构所形成的到 该节点的短路阻抗Z，而与同步机组的运行方式无关。只要在N1或N2事件 eq后的母线电压值U大于按事件后的Zeq计算求得的u洒值，即可认为该节点不会 出现电压崩溃。当母线电压为U值，该节点的供电电压稳定性裕度M可表述为：M = eri X 100%Ucrit(2-5)由此，可以检查出在特定的事故方式下，哪个节点的裕度最小，需要在哪个 节点采取特定措施，如增加无功功率补偿等。在电网中一个节点增加无功功率补 偿，不但可以提高该节点的供电电压稳定裕度，还可以提高相邻节点的电压

25、，从 而提高相邻节点的供电电压稳定性裕度。电压稳定分析方法灵敏度分析方法灵敏度分析方法在电压稳定研究中应用越来越广泛，其突出的特点是物理概 念明确，计算简单。灵敏度分析方法属于静态电压稳定研究的范畴，它以潮流计算为基础，从定 性物理概念出发，利用系统中某些量的变化关系，即它们之间的微分关系来研究 系统的电压稳定性。在潮流计算的基础上，只需少量的额外计算，便能得到所需 的灵敏值。灵敏值仍然存在以下问题：缺乏统一的灵敏度分析理论作基础，各文献都按 自己的方法进行灵敏度分析，无统一的标准；在计算灵敏度指标时，没有考虑负 荷动态的影响，没有计及发电机无功越限、有功经济调度的影响；灵敏度指标是 一个状态

26、指标，它只能反映系统某一运行状态的特性，而不能计及系统的非线性 特性，不能准确反映系统与临界点的距离。潮流多解法潮流多解法是以一对相关邻近潮流解之间的距离来判断电压稳定性。潮流方 程解的个数随负荷水平的加重而成对减少，当系统的负荷增加到临近静稳极限时， 潮流方程只存在2个解，潮流雅可比矩阵也接近奇异，这2个解关于临界点对 称。这一结论为计算电力系统的极限运行状态提供了一条途径，间接地克服了潮 流方程的雅可比矩阵在临界点奇异而带来的收敛问题。在重负荷情况下，如果某种干扰使系统由高电压解转移至低电压解，则将发 生电压崩溃，但在接近临界点时常规潮流仍存在收敛困难问题。因此这2个对应 电压解的求取需要

27、采取一定措施，给出严格的初值范围。多解的研究为近似计算 系统的极限运行状态提供了一种简便方法，多解的个数及多解之间的距离反映了 系统接近极限运行状态的程度。除运行解以外的所有其他潮流方程组的解都对应 于电压崩溃状态，电压稳定与电压崩溃的交叉点就是静态潮流方程的鞍结分歧点。 随着负荷的加重，潮流方程组到最后只存在一对解。研究这对邻近解的物理特性 会发现：高低电压解对应的雅可比矩阵行列式值符号、某些量对节点注入量改变 和电压无功控制的灵敏度符号与网络储存能量对频率变化的灵敏度符号等正好 相反，由此得出低电压解不稳定的结论。在负荷情况下，如果某种干扰使系统由 高电压解转移到低电压解，则将发生电压崩溃

28、。常用电压不稳定接近指标 VIPI(Voltage Instability Proximity Index)来表征其运行状态离电压稳定边界曲面的 距离。最大功率法最大功率法基于一个朴素的物理观点，当负荷需求超出电网极限传输功率时， 系统就会出现像电压崩溃这样的异常运行现象。最大功率法的基本原则是将电网 极限传输功率作为电压崩溃的临界点，从物理角度讲是系统中各节点到达最大功 率曲线族上的一点。电压崩溃裕度是系统中总的负荷允许增加的程度。常用的最 大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据、无功功率判据以及所有负荷节点 的复功率之和最大判据。当负荷需求超过电力系统传输能力的极限时，系统就会 出现异常

29、，包括可能出现电压失稳，因此将输送功率的极限作为静态电压稳定临 界点。如果负荷从当前的运行点不同的方向增加，就会有不同的电压稳定临界点， 有不同的电压稳定裕度，但在这些方向中总会有一个方向的电压稳定裕度最小。 计算出这个方向和电压稳定临界点，就能为防止电压失稳提出有效的对策。我们 把这个方向定义为最接近电压稳定极限的方向，这个电压稳定临界点定义为最接 近电压稳定临界点。无功电压法CIGRE对电压崩溃十分重视，其工作组在1987年提出电网应按照防止电压 崩溃的准则进行规划设计，并提出了防止电压崩溃的无功电压法。无功电压法 是将电网中的某节点或母线作为研究对象，通过一系列潮流计算，确定其无功 电压

30、特性曲线，并根据无功储备准则或电压储备准则，来确定所需的无功功率。该方法的优点是物理概念明确，缺点主要是潮流方程在电压崩溃点处不易收 敛。分歧分析方法在计及电力系统的全部非线性特征特别是在临界点附近发生振荡时，系统参 数变化使系统振荡模式从左向右越过虚轴时，系统不一定马上呈现增幅性振荡， 取而代之的有可能是稳定的非线性振荡；另一方面，在虚轴的左侧，系统的稳定 状态也不一定像线性化特征分析那样，呈现减幅性振荡，而有可能是以不稳定的 非线性振荡呈现出来。这种特殊的稳定状态的分析是传统的动态稳定分析方法所 难以完成的，而采用分歧理论对这类特殊稳定性进行分析是十分有效的。分歧理论是进行电力系统稳定分析

31、的一种新的理论，它能研究传统的电力系 统稳定分析方法所未涉及的一类新问题利用分歧理论来研究这些新问题，将拓宽 电力系统稳定分析的领域，并为该领域提供新的内容和新的途径。分歧分析方法 已广泛地用于电压稳定问题的分析。电压稳定控制措施防止电压崩溃的电压控制措施主要包括：依照无功分层分区就地平衡的原则，安装足够容量的无功补偿设备，这是防止电压崩溃，做好电压调整的基础；在正常运行中要备有一定的可以瞬间自动调出的无功功率储备容量，如新型 无功发生器ASVG，特别在受端系统此点尤为重要；在供电系统采用有载调压变压器时，必须配备足够的无功电源；不进行远距离、大容量的无功功率输送；超高压线路的充电功率不宜作补

32、偿容量使用，以防止跳闸后造成电压大幅波 动；高电压、远距离、大容量送电系统，在中途成短路容量较小的受电端，设置 静补、调相机等作电压支撑；在必要地区要安装按电压自动减负荷装置，并做好事故拉闸顺序表；建立电压安全监视系统，它应具备向调度员提供电网中有关地区的电压稳定裕 度、电压稳定易于破坏的薄弱地区、应采取的措施无功电压调整，切负荷等)等 功能。其中，基于无功功率调整的电压控制措施及低压切负荷措施是主要采用的控 制手段。5 系统设备热稳定及线路过负荷问题输电线路是输电系统的主要部分之一，保护电力系统同步稳定性的最根本前 提是在任何情况下，包括在故障后的电网结构下，保证线路的传输能力总是大于 系统

33、通过它传输的最大功率。若在失去线路后无条件地保持电源的完整，将会由 于失去线路后的大负荷转移，使得与它并联的其他线路严重过负荷和受端电压的 严重下降而失去稳定。当线路容量不能满足负荷要求，即发生潮流越界时，输电 系统就会发生过负荷现象。由于电力系统网架较弱，一旦并行线跳去一回时，潮 流发生转移，很容易在重负荷输电线上发生低频振荡或功率振荡等问题。此外， 在高峰负荷时输电线路通过的负荷电流增大，致使导线温度升高，弧垂增大。实 践证明，当导线负荷电流接近其长期允许电流值时，导线温度可达70C左右。 当导线过载时，弧垂增加率与电流增加率几乎成线性关系。由于弧垂增大，减少 了导线对地和其他“交叉跨越设

34、施的距离”直接影响线路的安全运行。由以上分析 可知，当线路过负荷运行时，输电线路的故障率增大，甚至引起相关故障，导致 电力输送中断。2003年8月14日的美加大停电事故就是主干输电线路因长时间 过载引起连锁线路跳闸最终导致系统崩溃的典型案例。线路的过负荷值与铭牌或规程规定的允许通过电流的限值、允许时间、环境 温度等有关，在不同的环境温度下，线路过流的大小与允许时间各不相同，当超 过允许电流及允许时间后，过流线路很可能损坏，从而导致更大的系统事故。因 此在允许的过负荷时间内，控制过负荷的措施可以是减送端机组的出力或减负荷， 使过负荷电流降到安全值以下，如果过流情况仍未恢复，则必须切除送端的发电

35、机组或切除更大用户负荷。6 电力系统暂态稳定分析方法6.1暂态稳定分析与动态安全评估随着电网事故的发生，电力系统能否经受住随后发生的暂态和过渡到一种新 的稳态条件，以及在这种新的稳态条件下所有电力系统元件是否运行在规定的极 限参数内容，是电力系统暂态稳定分析的主要内容。用暂态稳定计算和分析方法 去评价系统能否经受住这种过渡过程属于动态安全评估DSA(Dynamic Security Analysis)的范畴。动态安全评估分为两个概念，即暂态稳定分析TSA(Transient Stability Analysis) 频率稳定分析 FSA(Frequency Stability Analysis)

36、和电压稳定 分析VSA(Voltage Stability Analysis)o对于检验新的稳态条件是否可以接受属于 静态安全评价SSA(Static Security Analysis)的范畴，当评价表明某些偶然事故 的出现导致电力系统进入紧急状态，则必须采取紧急预防和控制措施。静态安全 评价是对稳态网络基于快速潮流计算的结果，而动态安全评价的主要内容是进行 暂态稳定性分析。经筛选后的预想故障需要进行详细的暂态稳定评估，其主要目 的是：检查系统在给定扰动下，各发电机组间能否保持同步运行，即定性判别系 统暂态稳定性；给出该扰动对系统稳定运行的影响程度，即定量评估系统的稳定 水平。暂态稳定分析和

37、动态安全评估的方法主要分为以下几大类：直接法(包括时 域仿真法和暂态能量函数法及其混合方法)、扩展等面积法以及人工智能法等。6.2时域仿真法时域仿真法TDS (Time Domain Simulation)是对故障时及故障后系统方程 进行数值积分，求取非线性微分方程组的近似解，得到系统的受扰轨迹，并根据 机组间相对功角来判别系统的暂态稳定性，是目前电力系统暂态稳定分析最准确 可靠的方法。其主要优点是：系统模型足够精致。可适应各种组件模型及保护和控制装置模型，可适应各 种开断操作，可适应大规模电力系统。能够提供系统各种变量的时间响应。但计算量非常大，需要较长的计算时间。计算精度高，计算结果可靠，

38、能准确判别系统稳定性，目前国内外都有成熟 的商用软件支持，如电科院PSASP稳定计算程序，BPA开发的暂态稳定分 析软件等。但是，TDS法也有其缺点：只能定性判断系统是否稳定，不能给出系统的稳定裕度。计算速度慢，耗费机时多，对于大电网计算稳定极限和确定稳定控制措施时， 这一点尤其明显。这些缺点使得时域仿真法难以直接用于在线稳定分析。对TDS法的研究方向在于：探索在线应用的快速时域仿真计算方法，如高阶泰勒级数法。采用并行处理技术，将传统的串行时域仿真程序改造为并行仿真计算程序， 加快时域仿真计算速度；将暂态稳定程序同中期稳定、长期动态程序接口，对系统进行从扰动初始直 到12h的全过程动态时域仿真

39、，从而可深入研究系统的动态行为及系统各 种控制措施的性能及其在时间上的配合和协调。目前已取得进展的超快速的时域仿真法，借助于新的计算硬件包括并行处理 机的方法，在计算上要求并行计算发电机方程、控制器方程及网络方程，对中等 规模网络的仿真可达到准实时的效果。这种方法的限制是不易导出稳定程度的定 量信息和对系统关键参数的灵敏度分析。6.3 暂态能量函数法暂态能量函数法TEF(Transient Energy Function Method)法是李雅普诺夫直 接法的一个重要分支，已成为国内外电力系统中的一个重要研究领域。TEF法从 能量的观点来评估系统的暂态稳定性，将系统的临界能量匕与故障清除时刻七

40、 的暂态能量匕的差值AV 二匕-匕作为度量系统稳定/不稳定程度的指标，称为能 量裕度或稳定裕度，用以直接评价系统的暂态稳定性。这种方法的优点是：（1）能够提供系统稳定程度的定量信息；（2）能够提供系统稳定裕度对系统关键参数或运行条件变化的灵敏度分析；（3）对极限参数计算速度快，可快速扫描系统暂态过程；（4）利用稳定裕度可以确定紧急控制的作用。有关暂态能量函数法的研究已有多年历史，并有大量成果面世。为了确定系 统的临界能量或稳定域，TEF法有各种变形及改进的方法，包括势能界面法 （PEBS）、最接近不稳定平衡点（UEP）法、主导不稳定平衡点法（CUEP）、和 基于CUEP的稳定域边界法（BCU）

41、等。混合法混合法HM（Hybird Method）的基本思想是将时域仿真法与暂态能量函数法 相结合，充分利用时域仿真法模型适应能力强、计算精度高、结果可靠的优点和 暂态能量函数法能够给出系统暂态稳定/不稳定程度定量信息的优点，给出暂态 稳定分析可靠、准确、定量的分析结果。混合法的思想一经提出就引起了广大研 究者的兴趣。在混合法中实施逐步数值积分至故障清除时间以外，得到系统的故障轨线， 由相对功角判据可以定性判别系统暂态稳定性。同时，借助于TEF法沿持续故 障轨线计算出系统的稳定裕度，实现了暂态稳定的定量评估。扩展等面积法扩展等面积法EEAC将等面积定则扩展到多机系统。其基本思想是：对于一 个给定的故障，将系统中全部发电机自动分为互补的两群，并分别用一台等值机 代替，最后进一步等值成单机无穷大（OMIB）系统，在此基础上用等面积定