电力系统暂态稳定性分析文献综述

文献综述摘要：随着电网规模扩大，电网动态特性更加复杂多变，发生由暂态失稳而引发的大停电事故更加频繁，因此加强对电力系统暂态稳定分析的研究具有重要意义。本文对目前电力系统暂态稳定分析方法的现有研究文献进行了调研和综述。关键词：电力系统暂态稳定稳定分析引言：随着三峡电站的投产运行，全国联网、西电东送工程的实施，使得我国电网正朝着大电网、超高压、远距离、交直流并联输电方向快速发展。电网规模的扩大带来巨大经济效益的同时，也出现了新的技术问题，如：长距离弱联络线并列运行，形成输电瓶颈，降低了系统的稳定裕度，动态特性更加复杂多变。另外，电力市场竞争机制的引入，使得系统运行动态特性更加不可预测。同时，电网互联后，受扰动的影响而波及的范围会更广，更易引发大停电事故。研究表明，诸多大停电事故是由于暂态失稳而引发的。而目前的暂态稳定紧急控制策略多基于预想事故集而制定的。缺乏有效的在线稳定分析软件是错失紧急控制时机，从而引发大停电事故的重要原因之一。因此，加强研究大电网安全稳定性分析具有十分重要的意义。1.电力系统暂态稳定及其意义对于某一特定的稳定运行状态，以及对于某一特定的扰动，如果在扰动后系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态，则对此初始状态及此扰动面言，称之为暂态稳定。电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必须时刻保证必要的电能质量及数量;另一方面它又处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重性均有随机性，扰动发生后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失和社会影响。电力系统暂态分析的主要日的是检查系统在大的扰动下(如故障、切机、切负荷、重合闸操作等情况)，各发电机组间能否保持同步运行，如果能同步运行，并具有可接受的频率和电压水平，则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态分析。通过暂态分析还可以考察和研究各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能，因此通过仿真来验证所求结果是否正确，即电力系统在某一状态时是否是稳定的其有重要意义。电力线系统稳定的破坏，往往会导致系统的解列和崩溃，造成大面积停电，所以保证电力系统稳定是电力系统安全运行的必要条件。判定电力系统暂态稳定性主要是在大扰动下检查系统中各发电机组间能否保持同步运行水平，并具有可以接受的电压和频率水平。对这项工作已深入多年，井在离线计算中有成熟的算法取得了良好的成果。然面，随着电力市场化和区域联网的不断推进，电网运行状态越发复杂多变且接近其极限水平，同时，近年来国内外时有发生由于系统暂态稳定性不足且对策迟缓引起的大停电事故，造成了经济上的巨大损失，这些都提示着我们提高对电网稳定性分析的重视。只有更快速更准确地对系统处于的稳定水平进行判断，找到稳定性遭到威胁的环节才能进而有效地采取措施改善系统运行状态。为此，进一步深入研究改进原有暂态稳定分析方法，开拓新的创造性的方法，解决其在实际系统中的应用的难题，仍然是我们面对的重要课题。2.国内外研究现状及发展趋势随着社会的进步和科技的发展，近年来世界各地也出现了一些大的电力系统，这些系统通常其有范围广、强非线性的特点。随着电力市场化和区域联网的不断推进，电网运行状态越发复杂多变且接近其极限水平，在运行中，由于某种破坏性的原因，有时会引起电力系统崩溃的问题，如发生在2003年8月14日的美加大停电，2012年7月30日的印度电网大停电。这都给我国的电网的运行带来了很多启示。美国的电网是错综复杂的，以前曾经认为电网越复杂就越安全，可是美加大停电告诉我们事实并非如此。实际上，美国电网的每段输电线比较短，这就导致了有很多节点；另外，美国是个资本主义国家，电网在运行的时候考虑的更多的是经济因素，所以在美国电网中存在有比较破旧的设备。诸多因素导致了美加大停电，其实这也不是偶然现象了，在此之前美国已经出现过两次规模较大的停电了。印度电网，印度同中国一样都是大的发展中国家。印度的装机容量和电压水平发展的也很迅速，但和我国还有较大的差距。印度发电量世界排名第五，仅次于美国，中国，日本和俄罗斯，但印度的电力供应严重不足。2012年7月印度两天之内连续发生大面积停电事故，是有史以来影响人口最多的电力系统事故，超过6.7亿人口受到了停电的影响。从事故前印度北方电网严重超载运行情况来看，线路跳闸前，电网已严重超过其稳定限额运行，从面异致大面积停电。电力系统暂态稳定matlab仿真在国内外已经很成熟，但是，无论我们怎么考虑暂态稳定性都不为过。因为从全球来看，大面积停电并不罕见。所以电力系统的暂态稳定依然是个重要的课题。对于我国电网来一说，其覆盖面积大，结构薄弱，负荷密度极不均匀，面电源有往往远离负荷中心。由于长期以来输电线路总长度年增长率比总装机容量增长率小得多，故进一步恶化了系统的安全稳定性。电力系统的互联，可以带来显著地经济效益，但是长期以来，“分省平衡”的策略成为我国电力发展的重要弊端，严重地制约着我国电力资源的优化配置，全国联网的进程明显滞后。同时，电网的互联使得电力系统的规模变大，从面引起事故的可能性也越大。如果电网不够强壮，自动安全装置不够健全管理不得当，都有可能破坏系统的稳定，导致大面积停电，甚至全网崩溃。以厂网分开为主要内容的电力体制改革实施后，我国电网建设的步伐明显加快，并且根据我国电网的特点和发展趋势，制定了“西电东送、南北互供、全国联网”的电网发展战略，大力推进跨区输电、跨区联网，其目标就是为了促进电力资源在更大范围内的优化配置。截至到2006年，以三峡工程为核心，以华中电网为依托，向东南西北四个方向辐射联网的输电线路已基本建成。以北、中、南三大西电东送通道为主体南北网间多点互联、纵向通道联系较为紧密的全国电网互联的格局已基本形成预计到2010年，西电东送的规模将达到5500万KW；2020年将再增加到1亿KW以上。目前我国发电机装机容量达10.6亿千瓦，居世界第二；年发电量达4.8亿千瓦时，居世界第一，即便如此，我国的发电量还是不足的。近日，浙江三门核电站的建造也取得了重大进展。由于我国电网的网架相对薄弱、负荷与发电中心地理位置较远联络线负载较重，局部故障的发生可能引发整个系统的安全稳定问题。因此，如何保证这样一个超大规模电力系统的安全、稳定和经济运行，成为摆在我们面前的一个巨大的难题。若能够实现对全国电力系统运行状态的实时甚至是超实时仿真，就能为在线预决策和电力系统稳定控制打下坚实的基础，对电力系统的安全、稳定运行无疑是一个巨大的保证，其有深远的现实意义。由于机电暂态仿真的计算量非常大，依据现有的条件，要对全国联网电力系统的机电暂态过程进行实时仿真目前还无法实现。面随着并行处理技术的不断发展，尤其是可扩展、高性价比的PC集群系统的出现，使这个日标实现的可能性越来越大。3.电力系统暂态稳定研究的内容和方法3.1电力系统暂态稳定研究的内容1.电力系统暂态(电磁和机电暂态)分析，电力系统暂态稳定性及提高措施的研究2.掌握MATLAH的仿真工具simulink及powersystem工具箱3.运用MATLAB电力系统仿真程序psb构建模型4.利用搭建的模型对电力系统暂态及提高稳定性的措施进行仿真研究3.2研究方法研究暂态稳定的方法有许多种，下面简单介绍其中几种。(1)时域仿真判定法时域法是将电力系统各元件模型根据元件拓扑关系形成全系统模型，这是一组联立的微分方程织和代数方程组，然后以稳态情况或潮流解为初值，求扰动下的数值解，即逐步求得系统状态量和代数量随时间的变化曲线，并根据发电机功角值大于某一特定阀值来判别系统能否在大扰动后维持暂态稳定运行。(2)能量函数判定法暂态能量函数法的理论基础是李亚普洛夫稳定性定理，因此也称为拟李亚普洛夫直接法(简称直接法)。该方法是通过比较扰动结束时暂态能量函数值与系统临界稳定时的暂态能量值来判别系统稳定性的。（3）扩展等面积(EEAC)判定法等面积法则从理论上较为完美地解决了单机无穷大系统的暂态稳定评估问题，因此人们投入了大量的研究将其应用于多机系统中，其中以我国薛禹胜院士提出的扩展等面积法最为著名。扩展等面积法的基本思想是:在给定故障扰动下系统的机组分为临界机组和非临界机组两群，基于轨迹聚合和保稳变换，分别对这两群机组用等值机进行动态等效，进而又等值为单机无穷大系统，从而可利用等面积法则评估系统的暂态稳定性。(4)人工智能判定法人工智能方法可进行非模型的电力系统暂态稳定判别，具有在线计算速度快、容易生成决策用的启发规则等优点，因此与传统暂态稳定分析方法构成了良好的互补。目前，人工智能方法主要有:模式识别、模糊理论、神经网络、支持向量机法。3.3提高电力系统暂态稳定的方法由于大扰动后，发电机机械功率和电磁功率的差额，即加速功率是导致系统暂态稳定破坏的主要原因。因此，提高暂态稳定，应从减小发电机转轴上的不平衡功率、减小转子相对加速以及减少转子相对动能变化量等方面着手。根据这种原则，提高电力系统暂态稳定的措施主要有:1)自动重合闻装置:重合闸成功就可以增加减速面积，从面提高暂态稳定。2)快速切除故障:减轻电气设备因短路电流产生的热效应等不良影响，而且加快切除故障可以减小切除角，这样既减小了加速面积，有增大了减速面积，对于提高暂态稳定起着决定作用。应该指出的是，切除故障时间是继电保护装置动作时间和开关接到跳闸脉冲到触头分开后电弧熄灭为止的时间总和。3)变压器中性点经小阻抗接地:电压器中性点经小电阻接地只对接地短路起作用。原因是短路时零序电流通过接地电阻时消耗有功功率，其中的一部分由发电机来负担，因面使发电机输出的电磁功率增加，从而减小了加速功率，提高暂态稳定。4)发电机采用电气制动:在系统发生短路故障后，有控制地在发电机端投入电阻负荷，则可以增加发电机的电磁功率，产生制动作用从而提高暂态稳定。总结：随着现代电力系统的飞速发展，复杂的电力控制系统在技术和安全对电网的要求越来越高，其可能遇到的多种情况正在考验着电力运行的可持续性和稳定性，期间自动化技术的进步正在弥补这这种巨大落差，更好地对电网系统各种故障的检测和分析成为了当前热门的研究课题，更具有非常实用的现实意义。利用MATLAB强大的计算功能和编程技术，提高仿真计算的灵活性和效率，为仿真电力系统，分析电力系统提供了一种新的手段。参考文献[1]张晓春，郭小进，邹登海，等.基于MATLAB语言的电力系统暂态稳定仿真[J].湖北电力，2000,03:9-10-14.[2]李玉梅，马伟明，张波涛.PSB基于SIMULINK的一种新型电力系统仿真工具[J].电工技术杂志,2001,08:5-7.[3]谢小荣，唐义良，崔文进.MATLAB在电力系统仿真中的应用[J].电力技术,2000,09:4-5.[4]都伟杰，张俊芳，刘鹏，等.基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究[J].电网与清洁能源,2009,0l:17-20.[5]时宇琳，王宝华基于Matlab的电力系统暂态稳定仿真实验与分析[J].实验室研究与探索,2010,04:40-43.[6]华梁，史志平.基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真[J].硅谷，2010,11:63+55.[7]糜作维，周遥，王林电力系统仿真工具综述[J].电气开关，2010,04:8-10+14.[8]王荔芳，周晓华，沈明秀.基于MATLAB/SPS的电力系统短路故障仿真与分析[J].昆明学院学报,2012,06:84-87[9]李广凯，李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报，2005,03:61-65.[10]彭建飞，任岷，王树锦.MATLAB在电力系统仿真研究中的应用[J].计算机仿真,2005,06:l93-196.[11]全宇文，李宝兴，李慧敏.电力系统暂态稳定分析方法的探讨[J}.西北电力技术，2005,06:28-30+33.[12]盛义发，唐耀庚，苏泽光，等.基于Matlab的电力系统故障的仿真分析[J].南华人学学报（理工版),2003,04:45-47+51.[13]张颖，金维香.基于MATLAB的电力系