1、電力系統靜態穩定性分析摘 要近幾年，電力系統的規模日益增大，系統的穩定問題越來越嚴重地威脅著電網的安全穩定運行，對電力系統的靜態穩定分析也成為一個十分重要的問題。為提高和保證電力系統的穩定運行，本文主要闡述了電力系統靜態穩定性的基本概念，對小干擾法的基本原理做了研究，并利用小干擾法對簡單的單機電力系統進行了簡要的分析。且為了理解調節勵磁對電力系統穩定性的影響，本文做了簡要要研究，并以單機系統為實例，進行了簡單地分析。本文通過搜集相關資料，整理了保證和提高電力系統靜態穩定性的措施。關鍵詞：電力系統，靜態穩定，小干擾分析法 ,勵磁調節abstractin recent years, the sca

2、le of power system is increasing,so system stability problem is increasingly serious threat to the safe and stable operation of power grid,and power system static stability analysis has become a very important problem.in order to improve and ensure the stable operation of electric power system, this

3、 paper mainly expounds the basic concept of the static stability of power system,using the small disturbance method basic principle to do the research, and the use of small disturbance method for simple stand-alone power system undertook brief analysis. and in order to understand the regulation of e

4、xcitation effects on the power system stability, this paper makes a brief to research, and single system as an example, undertook simple analysis.in this paper, by collecting relevant information, organize the guarantee and improve the power system static stability measures.key words power system ,

5、static stability, small signal analysis method of excitation regulator 目錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 研究電力系統靜態穩定性的目的以及原則11.2 本文采用的解決電力系統靜態穩定性問題的方法11.3 課題研究的成果和意義1第2章 電力系統靜態穩定性簡析22.1 電力系統的基本概念22.11電力系統的定義22.12電力系統的運行特點和要求22.2電力系統靜態穩定性的基本概念22.21電力系統靜態穩定性的定義22.22電力系統靜態穩定性的分類32.23 電力系統靜態穩定性的定性分析7第3章 小擾動法分析簡

6、單系統的靜態穩定性113.1 小擾動法基本原理113.2小擾動法分析簡單電力系統靜態穩定性12第四章調節勵磁對電力系統靜態穩定性的影響174.1 不連續調節勵磁對靜態穩定性的影響174.2 實例分析勵磁調節對穩定性的影響19第5章提高電力系統靜態穩定性的措施225.1提高靜態穩定性的一般原則225.2 改善電力系統基本元件的特性和參數235.21 改善系統電抗235.22改善發電機及其勵磁調節系統的特性235.23 采用直流輸電245.3 采用附加裝置提高電力系統的靜態穩定性245.31 輸電線路采用串聯電容補償24532 勵磁系統采用電力系統穩定器pss 裝置25第6章 結論26謝辭27參考

7、文獻28第1章 緒論1.1 研究電力系統靜態穩定性的目的以及原則電力系統是一個復雜的大規模的非線性動態系統，其穩定性分析是是電力系統規劃和運行的最重要也是最復雜的任務之一。電力系統的安全經濟運行對國民經濟的發展有著重要的影響。當前我國的電力負荷急劇增加, 電力系統的容量越來越大, 對電力系統安全運行的要求也越來越高。電力系統靜態穩定性問題已經成為制約電力系統安全運行的重要因素之一。從靜態穩定分析可知, 不發生自發振蕩時, 電力系統具有較高的功率極限, 一般也就具有較高的運行穩定度。從這些概念出發, 可以得出提高電力系統穩定性和輸送能力的一般原則: 盡可能地提高電力系統的功率極限; 抑制自發振蕩

8、的發生; 盡可能減少發電機相對運行的振蕩幅度。電力系統正常運行時，都難免會受到可能的小干擾，電力系統的靜態穩定性是研究電力系統在某一運行方式下遭受微小擾動時的穩定性問題。本文針對電力系統的靜態穩定性，闡述了小干擾分析法的理論基礎及其在簡單電力系統和多機系統中的應用，同時建立電力系統靜態穩定性分析的數學模型，進行詳盡的算例分析1.2 本文采用的解決電力系統靜態穩定性問題的方法本文采用了小干擾法對簡單的單機電力系統的靜態穩定性進行分析。小干擾法的基本原理事李雅普諾夫對于一般穩定性系統的理論。任何一個系統中，可以用下列參數的函數表示時，因某種微小的擾動使其參數發生了變化，其函數變為；若其所有參數的微

9、小能量趨近于零（當微小擾動消失后），則認為系統是穩定的。1.3 課題研究的成果和意義 經過三年半的大學本科理論的學習，雖然已基本掌握理論知識，但對理論的實踐應用還是空白。通過大四下學期的畢業設計，鞏固學生所學的理論知識，拓展知識視野和應用能力。同時鍛煉學生的自學能力和知識運用能力。第2章 電力系統靜態穩定性簡析2.1 電力系統的基本概念2.11電力系統的定義電能的生產、輸送、分配、使用是同時進行的，所用的設備構成一個整體。通常將生產、變換、輸送、分配電能的設備如發電機、變壓器、輸配電力線路等，使用電能的設備如電動機、電爐、電燈等，以及測量、繼電保護、控制裝置乃至能量管理系統所組成的統一整體，稱

10、為電力系統。2.12電力系統的運行特點和要求（）電能生產、輸送、分配和使用特點電能與國民經濟各個部門、國防和日常生活之間的關系都很密切。電能不能大量儲存。電力系統中的暫態過程十分迅速。對電能質量的要求比較嚴格。（）對電力系統運行的基本要求保證系統運行的可靠性。保證良好的電能質量。保證系統運行的經濟性。2.2電力系統靜態穩定性的基本概念2.21電力系統靜態穩定性的定義 電力系統靜態穩定性指的是正常運行的電力系統承受微小的、瞬時出現但是有立即消失的擾動后，恢復到他原有的運行狀況的能力；或者這種擾動雖不消失，但可用原有的運行狀況近似的表示新運行狀況的可能性。這也就是電力系統在受到微小擾動下的穩定性，

11、而這種擾動后可理解為任意不懂于零的無限小擾動。正因為如此，任意描述電力系統運行狀態的非線性方程式，都可在原始運行點附近線性化。換言之，電力系統靜態穩定性涉及的數學問題將是解線性化了的機電暫態過程方程式組的問題。針對上述電力系統靜態穩定性的定義，有如下兩點說明；（1） 定義中的小擾動指系統正常運行時負荷的小波動或者運行點的正常調節。由于擾動小，因此不必像暫態穩定那樣直接求解微分方程和代數方程，在得到系統的運動軌跡后判穩，而可采用線性化的方法，將一個本質為非線性的暫態問題化為線性問題然后用線性系統的理論。由其特征根在復平面上的位置判斷穩定。這種方法稱為小擾動法。與此同時，人們通過實踐也發現了一些判

12、別系統穩定性的實用判據，其簡單直觀，對簡單電力系統尤為便利，可作為小擾動法的補充。可以說，擾動法是分析電力系統靜態穩定性的根本方法。而實用判據法是在一定假設前提下用來判定電力系統靜穩的簡單判斷條件。也可以說，電力系統的靜態穩定性是電力系統暫態穩定性在擾動小且無換路情況下的一種特例。換言之，分析電力系統暫態穩定性的方法可用于靜態穩定性，有的靜態穩定問題仍可用暫穩方法解決，但由于靜態穩定問題較為簡單而無此必要，于是采用了較為簡單的小擾動法。（2） 所謂周期失步是指：系統受擾后形成周期性振蕩，振蕩的幅值隨時間越來越大，無法穩定運行而失步，也稱為自發振蕩。所謂非周期失步是指，系統受擾后不形成振蕩，但幅

13、值隨時間單調增大，同樣無法穩定運行而失步，也稱為滑行失步。前者具有正實部的共軛復根(簡稱正實共軛根下同),后者則具有正實根。總之有特征根位于復平面的右半部分,故系統不穩定。由此可推理,如系統的特征根為負實共軛根,則將為周期性減幅振蕩,能穩定運行,如系統的特征根為負實根,則將為周期性單調減幅運動,也能穩定運行。2.22電力系統靜態穩定性的分類電力系統兩大國際組織國際大電網會議(international council on large electric systems, cigre)和國際電氣與電子工程師學會電力工程分會(institute of electrical and electron

14、ic engineers, power engineering society，ieee pes) 穩定定義聯合工作組ieee/cigre 最新提出的電力系統穩定定義和分類與行標dl 755-2001 中的定義和分類有所不同。ieee/cigre 和行標dl 755-2001 均認為電力系統穩定是一個整體性問題，客觀上只有穩定或不穩定狀態，但依據系統的穩定特性、擾動大小和時間框架的不同，系統失穩可表現為多種不同的形式。為識別導致電力系統失穩的主要誘因，在分析特定問題時進行簡化假設以及采用恰當的模型和計算方法，從而安排合理的方式、制定提高系統安全穩定水平的控制策略、規劃和優化電網結構，ieee/

15、cigre 和行標dl755-2001 均將電力系統穩定分為功角穩定、頻率穩定和電壓穩定，這種分類對于分析和解決電力系統實際穩定問題十分必要，也有助于正確理解和有效處理電力系統穩定性問題。表2.1 給出了兩種定義的比較與對應關系。電力系統簡要分類圖如圖2.1所示。比較項ieee/cigre航標dl755-2001功角穩定小干擾功角穩定短期過程靜態穩定小干擾動態穩定大干擾功角穩定短期過程暫態穩定大干擾動態穩定第一、二搖擺過程短、長期過程電壓穩定小干擾電壓穩定短、長期過程靜態電壓穩定大干擾電壓穩定短、長期過程大干擾電壓穩定短、長期過程頻率穩定短、長期過程短、長期過程表2.1功角穩定性電壓穩定性小干

16、擾功角穩定性暫態穩定性大干擾電壓穩定性小干擾電壓穩定性短期穩定性短期穩定性長期穩定性電力系統穩定性頻率穩定性短期穩定性長期穩定性圖2.1電力系統分類圖（1）功角穩定ieee/cigre 從數學計算方法和穩定預測的角度，將功角穩定分為小干擾功角穩定和大干擾功角穩定。在這種分類下，小干擾功角穩定認為擾動足夠小，從而可采用基于線性化微分方程的小干擾穩定分析方法來研究，而大干擾功角穩定必須基于保留電力系統動態因素的非線性微分方程加以研究。小干擾功角穩定可通過特征根分析以預測和判斷系統的穩定特性，而大干擾功角穩定可基于時域仿真預測和判斷穩定性。ieee/cigre 認為，小干擾功角穩定研究的時間框架通常

17、是擾動之后的1020 s 時間，第一擺失穩的大干擾功角穩定研究的時間框架通常是擾動之后的35 s 時間，振蕩失穩的大干擾功角穩定研究的時間框架通常延長到擾動之后1020 s 的時間。因此，ieee/cigre 將功角穩定(小干擾功角穩定和大干擾功角穩定)歸為短期穩定問題。ieee 和cigre 在早前各自給出的電力系統穩定的定義中曾將“動態穩定”作為功角穩定的一種穩定形式。但因為“動態穩定”在北美和歐洲分別表示不同的現象：在北美，動態穩定一般表示考慮控制(主要指發電機勵磁控制)的小干擾穩定，以區別于不計發電機控制的經典“靜態穩定”；而在歐洲卻表示暫態穩定。為避免應用“動態穩定”這一術語造成的混

18、亂，ieee/cigre 在新的定義中不再采用“動態穩定”的術語表示。行標 dl 755-2001 從穩定物理特性和數學計算方法的角度，將功角穩定細分為靜態穩定、小干擾動態穩定、暫態穩定和大干擾動態穩定。這種分類既考慮了失穩的不同原因，又兼顧了受到擾動的大小從而可以采用不同的分析方法加以研究。行標 dl755-2001 中，靜態穩定的物理特性是指與同步力矩相關的小干擾動態穩定性，主要用以定義系統正常運行和事故后運行方式下的靜穩定儲備情況。小干擾動態穩定的物理特性是指與阻尼力矩相關的小干擾動態穩定性，主要用于分析系統正常運行和事故后運行方式下的阻尼特性。暫態穩定的物理特性是指與同步力矩相關的大擾

19、動后第一、二搖擺的穩定性，用以確定系統暫態穩定極限和穩定措施。大干擾動態穩定的物理特性是指與阻尼力矩相關的大干擾動態穩定性，主要用于分析系統暫態穩定后的動態穩定性。行標 dl755-2001 中，暫態穩定(同步轉矩不足)和大干擾動態穩定(阻尼轉矩不足)都是受到大擾動之后的功角穩定性，因此需采用基于微分方程的時域分析方法。由上述分析可以看出，ieee/cigre 依據擾動的大小，對功角穩定分為小干擾功角穩定和大干擾功角穩定，而子類中不再具體細分是由哪種原因導致的穩定問題。行標dl 755-2001 同時考慮穩定物理特性和數學計算方法的不同，將功角穩定細分為靜態穩定(在小擾動下由于同步力矩不足引起

20、的小干擾功角穩定)、小干擾動態穩定(在小擾動下由于阻尼力矩不足引起的小干擾功角穩定)、暫態穩定在大擾動下由于同步力矩不足引起的大干擾功角穩定)和大干擾動態穩定(在大擾動下由于同步阻尼力矩不足引起的大干擾功角穩定)。（2）電壓穩定 對于電壓穩定，ieee/cigre 從數學計算方法和穩定預測的角度，將電壓穩定分為小干擾電壓穩定和大干擾電壓穩定。行標dl 755-2001 同樣從數學計算方法和穩定預測的角度，將電壓穩定分為靜態電壓穩定和大干擾電壓穩定，該靜態電壓穩定與ieee/cigre 中的小干擾電壓穩定是對應的。對于大干擾電壓穩定，ieee/cigre 和行標dl 755-2001 均認為既可

21、以是由于快速動態負荷、hvdc 等引起的快速短期電壓失穩，也可以是由慢動態設備如有載調壓、恒溫負荷和發電機勵磁電流限制等引起的長過程電壓失穩。對 于 小 干 擾電壓穩定( 靜態電壓穩定) ，ieee/cigre 認為在給定運行點，電力系統受到諸如持續負荷增加、連續控制、離散控制(有載調壓使功率恢復)等可能導致電壓失穩，這種小干擾電壓失穩可以是一種短期現象，也可以是一種長期現象。行標dl 755-2001 定義靜態電壓穩定的目的主要是用以考察電力系統正常運行和事故后運行方式下的電壓靜穩定儲備情況，因此，未再從時間框架上將靜態電壓穩定加以區分。 （3）頻率穩定 對于頻率穩定，i e e e / c

22、 igre 和行標dl 755-2001 均從系統論的角度定義頻率在保持發電和負荷平衡情況下的穩定能力。此外，行標dl 755-2001 還從安全運行的角度定義頻率必須保持或恢復到允許的范圍內。2.23 電力系統靜態穩定性的定性分析我們將用最簡單的電力系統圖作簡要分析，如圖2.2所示，途中的手段位無限大容量電力系統母線，送短發電機為因及時同步發電機，并略去所有元件電阻跟導納。根據圖2.2做出等值網絡圖2.3。如發電機的歷次不可調，即他的空載電動勢eq為恒定值，則可得出這個系數的功角特性關系為 如公式（2.1）所示。 (2.1)由此可得本系統的功角特性曲線，如圖2.4所示。圖（2.1）單機系統接

23、線圖圖（2.2）單機系統等值網絡圖（2.3）功角特性曲線圖（2.4）整步功率系數設原動機的機械功率不可調，且忽略摩擦，風阻等損耗，按輸入機械功率與輸出電磁功率相平衡的條件在功角特性曲線上將有兩個運行點a、b，與其對應的功率角為。（1） 靜態穩定性分析先分析在a點運行的狀況，在a點，當系統中出現一個微小的、瞬時出現但又立即消失的擾動，使功率角增加一個微量時，輸出的電磁功率將從a點對應的值，增加到與a點對應的。但因輸入的機械功率不可調，仍為，在a點輸入的電磁功率將大于輸入機械功率。從而當這個擾動消失后，在制動功率作用下機組將減速，功率角將減小，運行點將漸漸回到a點，如圖2.5中實線所示。當一個微小

24、的擾動使功率角減小一個微量時，情況剛好相反，輸出功率將減小到與a對應的值，且。從而在這個小擾動消失后，在經加速功率的作用下機組將加速，使功率角增大，運行點漸漸地回到a點，如圖2.6虛線所示，所以a點是靜態穩定的運行點。圖（2.5）在a點運行圖（2.6）在b點運行（2） 靜態不穩定的分析再分析b點的運行情況，在b點當系統中出現一個微曉得、瞬時出現但是又立刻消失的擾動，使功率角增加一個微量時輸出的電磁功率將從b點對應的減小到b點相對應的，且=常數。當這個擾動消失后，在凈加速功率作用下機組將加速，功率角將增大。而功率角增大時，與之對應的輸出的電磁功率將進一步減小。這樣繼續下去，運行點不能再回b點，如

25、圖2.6中實線所示，功率角不斷增大，標志著兩個電源之間將失去同步，電力系統將不能并聯運行而瓦解。如果這個微小擾動使功率角減小一個微量，情況又不同，輸出的電磁功率將增大到與b點對應的值，且 。從而當這個擾動消失后，在制動功率的作用下機組將減速，功率角將繼續減小，一直減小到，漸漸穩定在a點運行，如圖2.6中虛線所示，所以b點不是穩態運行點。從而在c點以后均不是靜態穩定點。第3章 小擾動法分析簡單系統的靜態穩定性3.1 小擾動法基本原理所謂小擾動法是指當一個非線性系統受到的擾動較小時，為判斷其運動的穩定性，可將非線性系統在初始運行點線性化，然后用線性系統理論，由其特征根在復平面上的位置判斷系統穩定與

26、否以及穩定形式的一種方法。用數學語言表達為：一非線性動力學系統，描述其特性的方程為一組非線性微分方程公式（3.1） （3.1）因擾動小，可將其在初始運行點 x 展為臺勞級數，并略去二次及以上高次項，稱為線性化得到公式(3.2) (3.2)因在初始運行點處于平衡狀態,所以,從而上式改成公式(3.3) （3.3)式中為jacobi 矩陣也稱為線性化后線性系統的系統矩陣。也稱為線性化后線性系統的系統矩陣。俄國學者 . 于1892 年提出非線性動力學系統在小擾動下的穩定性，可由矩陣a 的特征根確定。這就是小擾動法的基本原理。 由上述介紹可知，用小擾動法研究系統穩定性的步驟為：（1）列寫描述系統特性的狀

27、態方程。（2）將狀態方程線性化，到系統矩陣a。（3）由矩陣a 的特征根判斷系統穩定性。其中值得指出的有三點：（1） 所謂狀態方程是指以狀態變量對時間t 的變化率列寫的一組一階微分方程，方程中的x 必須是狀態變量，態變量是換路時發生突變的物理量。（2） 方程線性化時，由定義求取系統矩陣，即公式(3.4) （3.4）也可對除時間t 以外的變量直接取增量方程。然后寫成矩陣形式,得到矩陣a ,兩者結果一致。（3） 由矩陣a 的特征根判斷系統穩定性時，直接求解其特征方程（式中 p為微算子，i為單位矩陣）得到特征根，再由其復平面上的位置判斷其穩定性: 如所有特征根均在左半平面,則系統穩定,如有根在右半平面

28、,則系統不穩。也可利用一些代數判據判斷系統的穩定性,如routh 判據和hurwitz 判據。3.2 小擾動法分析簡單電力系統靜態穩定性此節，我們簡單分析上一章中的最簡單的電力系統圖(1.1)。其中不考慮自動勵磁作用時發電機的空載電動勢為常數，設機械功率恒定，取發電機組的阻尼功率為。 先討論不計阻尼功率，即d=0的情況，然后討論阻尼功率對靜態穩定的影響。（1） 不計阻尼功率 （d=0）按上述小擾動法的步驟： 列寫狀態方程 由發電機轉子運動方程的狀態方程式，且d=0，所以得公式(3.5) (3.5)式中, 和為狀態變量,換路時不發生突變; 、為常數; pe 為非狀態變量,可表為狀態變量的函數,因

29、此時,故取。 線性化，得到系統矩陣a 。由定義的公式(3.6) （3.6）式中，稱為同步功率系數，下標代表。 由矩陣a 的特征根判斷系統的穩定性。公式(3.7) （3.7） 其特征根為公式3.8 （3.8）可見，如，則，為一對實部為零的共軛復根,從而系統作等幅振蕩，如圖 (3.1)所示。考慮運動時總存在能量損耗,振蕩會逐漸平息,因而系統穩定。圖（3.1）等幅震蕩圖圖（3.2）非周期失穩圖還可求出振蕩頻率為公式3.9 （3.9）稱為發電機組的固有振蕩頻率或自然振蕩頻率。 如，則,必有一正實根,從而系統非周期單調增幅失穩,如圖（3.2）所示，也稱為滑行失步。 綜上，當不考慮自動勵磁調節作用和不必阻

30、尼功率，即時候，簡單系統靜態穩定的條件為公式（3.10） （3.10）（2） 記阻尼功率（d0）當記及發電機組的阻尼功率且將其表為時，轉子運動方程為公式（3.11） （3.11）采用同樣的分析方法和步驟，得到線性化增量方程為公式（3.12） （3.12）特征方程為公式（3.13） （3.13）從而特征根為公式（3.14） （3.14）可見，計及阻尼功率后，系統的穩定既與同步功率系數有關，也與阻尼系數d 有關。 當d0，即系統具有正阻尼時，特征根的實部為負，位于復平面的左半部，系統穩定。穩定的形式有兩種：當時，即，為兩個負實根，故為非周期穩定。這種情況稱為過阻尼；當時，是一對負實共軛根，故為周期

31、穩定。如 則有一正實根，為非周期失穩，滑行失步。 當d0時，即系統具有負阻尼時，此時不論為何值，總有特征根位于復平面的右半部，故系統不穩。當時，為正為正實共軛根，系統周期振蕩失穩，即自發振蕩失穩，如圖3.3所示，當時，有一正實根，系統非周期失穩，滑行失步。綜上可知，如，系統非周期性失穩，如d90時，所有按定值條件繪制的功-角特性曲線a、b、c、d、e、f、g等都有下降的趨勢，從而在m點運行時，功率角的微增將使發電機組的機械功率大于電磁功率，發電機組將加速，雖然與此同時，發電機端電壓下降，但在還沒有來得及采取措施增大發電機的勵磁之前，系統已喪失了穩定性。換言之，采用這一類不連續調節的、有失靈區的

32、調節勵磁方式時，靜態穩定的極限就是圖中的，與這個穩定極限相對應的功率角。4.2 實例分析勵磁調節對穩定性的影響圖（4.3）如圖（4.3）所示。有以下的參變量，；，；，；，。求：勵磁不可調的靜態穩定極限和靜態穩定儲備系數； 不連續調節勵磁時的靜態穩定極限和靜態穩定儲備系數。解：（1）勵磁不可調時： 由已知可得； 按此，可作圖（4.4）中的功-角特性曲線i。當時，靜態穩定極限。靜態穩定的儲備系數為 （3） 不連續調節勵磁時； 不連續調節勵磁，但可維持發電機端電壓為定值，首先需求取可維持的端電壓值。 由圖（4.5）可見由圖（4.5）還可見：從而，由可列出于是有 得以不同的值代入上式，可得不同的與之對

33、應的。例如，當時，可得此時，輸出的電磁功率為 以此類推，取一個便可求出一個，最終可作出如圖（4.4）所示的功角特性曲線。由圖（4.4）可得，(靜態穩定值極限)。那么，靜態穩定的儲備系數為由本勢力可見，不連續調節勵磁對提高電力系統靜態穩定性的作用仍相當顯著。他可使穩定極限由圖（4.4）中曲線上的最大值1.325提高為曲線上的2.01圖（4.4）功角特性曲線圖（4.5）簡單電力系統向量圖第5章提高電力系統靜態穩定性的措施 隨著電力系統的發展和擴大、輸電距離和輸送容量的增加, 輸電系統的穩定問題更顯突出。可以說, 電力系統穩定性是限制交流遠距離輸電的輸送距離和輸送能力的一個決定性因素。5.1提高靜態

34、穩定性的一般原則 從靜態穩定分析可知, 不發生自發振蕩時, 電力系統具有較高的功率極限, 一般也就具有較高的運行穩定度。從這些概念出發, 可以得出提高電力系統穩定性和輸送能力的一般原則: 盡可能地提高電力系統的功率極限; 抑制自發振蕩的發生; 盡可能減少發電機相對運行的振蕩幅度。從簡單電力系統極限的表達式pm = eu/ x 中可以看出, 要提高電力系統的功率極限, 應從提高發電機的電勢e、減少系統電抗x 、提高和穩定系統電壓u 等方面著手。抑制自發振蕩, 主要是根據系統情況, 恰當地選擇勵磁調節系統的類型和整定其參數。根據上述一般原則, 可以采取以下幾個方面的措施提高電力系統的靜態穩定性:

35、( 1) 改善電力系統基本元件的特性和參數; ( 2) 采用附加裝置提高電力系統靜態穩定性。應該著重指出, 無論采用哪種措施來提高電力系統靜態穩定性, 除了考慮技術上實現的可能性之外, 還必須考慮是否經濟合理。有的措施對靜態穩定和輸送能力均有良好的作用, 如提高系統功率極限的各種措施。5.2 改善電力系統基本元件的特性和參數5.21 改善系統電抗原動機及其調節系統、發電機及其勵磁系統、變壓器、輸電線路、開關設備和保證電力系統無功平衡的補償設備乃是電力系統的基本元件。這些基本元件的特性和參數, 對電力系統的靜態穩定性有直接的、重要的影響。變壓器和輸電線路的電抗在系統總阻抗中占有相當的比重, 特別

36、是遠距離輸電線路, 有時輸電線路的電抗可達到系統總阻抗的一半。因此, 減少變壓器和輸電線路的電抗, 對提高電力系統的功率極限和穩定性有著重要的作用。5.22 改善發電機及其勵磁調節系統的特性勵磁調節裝置是同步發電機的重要組成部分,其主要任務是通過調節發電機勵磁繞組的直流電流, 控制發電機機端電壓恒定, 滿足發電機正常發電的需要, 同時控制發電機機組間無功功率的合理分配, 提高同步發電機并網運行的穩定性。由于快速勵磁系統反映靈敏, 調節速度快, 對同步發電機遭受小擾動時的靜態穩定有益, 因此, 它提高了發電機的極限功率。但若快速勵磁系統的開環放大倍數過大, 則發電機會在小干擾下就產生自發振蕩而失

37、去穩定; 相反若把放大倍數整定過小, 則穩定運行時維持發電機機端電壓恒定的能力較差,此時因達不到高幅值的功角特性, 發電機的靜態穩定極限同樣降低。如果發電機在運行中可自動調節勵磁, 則此時eq 為變值, 相應的傳輸功率可得到顯著的提高。假定勵磁調節是無慣性的, 并假定在負載變化時可保持發電機的暫態電勢e%q , 近似為常數, 由于對負載變化時, 內電勢eq 亦隨勵磁調節而變化, 此時的功率特性已不是一條正弦曲線, 而是由一組e q 等于不同恒定值時的正弦曲線族上相應工作點所組成,同時, 由于外功率特性曲線系借助于勵磁調節而工作在此曲線部分, 故相應工作段亦稱為人工穩定區。同時, 對外功率特性而

38、言, 最大功率不是出現在 90， 而是 90處, 其具體數值取決于靜態穩定的條件。發電機無論運行在穩態還是暫態過程中, 其運行狀態在很大程度上和勵磁有關。對發電機的勵磁進行調節和控制, 不僅可以保證發電機及電力系統運行的可靠性、安全性和穩定性, 而且可以提高發電機及電力系統的技術指標。發電機勵磁控制系統的重要任務是維持發電機機端或指定控制點的電壓在給定水平上, 提高電力系統運行的靜態穩定性。5.23 采用直流輸電直流輸電是將發送端的交流電經升壓整流后,通過超高壓直流線路送到接收端逆變成交流后, 送入接收端交流電力系統。由于直流輸電的電壓及傳輸功率與兩端系統的頻率無關, 即兩端系統可以在不同頻率

39、下通過支流輸電線路連接在一起運行, 這樣僅通過直流輸電聯系的兩大系統間便不存在同步并聯運行的穩定問題。實質上, 直流輸電可以看作是一種同步隔離器或變頻器( 特別是在無輸電線路的背靠背方式下使用時) 。此外還可以利用直流輸電的快速調控能力來提高交流系統的穩定性。5.3 采用附加裝置提高電力系統的靜態穩定性5.31 輸電線路采用串聯電容補償利用電容器容抗與輸電線路感抗相反的性質, 在輸電線路上串聯電容器來減小線路的等值電抗,這種做法稱為串聯電容補償。接入串聯電容之后, 輸電線路的等值電抗為公式（5.1） （5.1）式中: 為輸電線路的等值電抗; 為電容等值電抗; 為補償度。增大能減小輸電線路的等值

40、電抗, 對提高電力系統靜態穩定非常有利。通常認為, 電容器的容抗應小于與電容器相連接的一段線路的感抗。例如當電容器集中安裝在線路長度的中點時, 應小于0.5; 當電容器分兩處安裝且將線路等分為三段時, 應小于0.66 等。532 勵磁系統采用電力系統穩定器pss 裝置在低頻振蕩期間, 電力系統中角度、速度和轉矩等變量是周期性地變化的, 從而可以像電流、電壓那樣用向量來分析。如圖5.1所示，為=相平面中的電磁轉矩向量圖。圖（5.1）-w相平面中的電磁轉矩向量圖圖中，電磁轉矩向量 是由形成的, 它滯后于角度的振蕩。這是由于電壓調節器和勵磁繞組本身是個慣性環節, 致使通過產生的電磁轉矩滯后于角度的振

41、蕩。 可以分解為 和 , 前者為同步轉矩, 后者為阻尼轉矩, 由于 0, 因而使角度振蕩加大。因此如果使調節器提供一個超前的附加電勢來補償勵磁系統的相位滯后, 則就提供了一個正的阻尼轉矩, 就可能平息振蕩。圖 中, 與的矢量和即為有穩定器時的電磁轉矩。 領前轉子角振蕩一個相角, 其綜合的效果不僅是提供了一個正的阻尼轉矩來抑制振蕩, 而且還提供了一個正的同步轉矩, 有利于提高輸送能力。pss( power system stabilizer ) 的輸入信號既可采用發電機加速功率 , 也可采用轉子角速度變化量, 本文采用后一種pss, 它采用轉速偏差 、頻率偏差、加速功率偏差、電功率偏差 中的1

42、個或幾個信號( 一般為2 個) 作為勵磁控制器的輔助輸入, 經恰當處理后, 產生阻尼力矩, 提高電力系統的靜態穩定。pss 的類型很多, 但在實際中廣泛采用的是取電功率偏差量 或 轉速偏差量 作為輸入量來實現輔助控制。綜上所述, pss 的基本作用是通過調節發電機勵磁, 對同步電機轉子之間的振蕩提供阻尼, 從而來提高穩定極限。為了提供這種阻尼, 穩定器必須能夠產生和轉子速度變化同相的電氣力矩分量, 其傳遞函數必須能補償發電機、電力系統和勵磁系統的增益特性和相位特性, 這個傳遞函數的參數與電壓調節器增益、發電機運行情況和系統聯系情況有直接關系。所以, pss 除了可以有效地抑制低頻振蕩外, 還可

43、以有效地提高電力系統靜態穩定性第6章 結論 本題目是對簡單的電力系統進行穩定性分析，掌握基本理論和方法，并對實例模型進行計算。本文首先對電力系統的穩定性做了簡要講解，其次文章通過小擾動法的基本原理對簡單的單機電力系統的靜態穩定性進行了研究，并闡述了勵磁調節對電力系統靜態穩定性的影響。并整理了一些提高電力系統靜態穩定性的措施。 本設計的完成對于不太了解電力系統靜態穩定性的概念和意義的人對電力系統靜態穩定性有了簡單的認識，并能引起他們對這方面的重視。 通過此次設計，也提高了自己理論與實際相結合的能力，對今后的生活和學習起到了促進作用。也讓自己有更多的耐心對待身邊的事和物，而這些能力是課本上學不到的

44、。但是由于本人的能力所及，本文不免有很多紕漏，望諒解，例如對于多機系統的分析，這些方面則需要在今后的生活工作中去學習鉆研。謝辭本論文在寫作過程中，得到了徐老師的真誠幫助和指導，寫作初期在我對畢業論文的寫作幾乎一無所知的時候,徐老師幫助我整理思路并且告訴我可以查找資料的方法和渠道，使我在以后的寫作中有了一個清晰的思路。寫作過程中又對我的一個又一個問題給于了精心的指導還在我困惑的時候給了我鼓勵，使我恢復信心抱著積極的態度完成了本文。徐老師嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在此謹向徐老師致以誠摯的感謝和最崇高的敬意。不只是徐老師，在此次設計過程中我的其他任課老

45、師，跟我的許多同學都對我的設計提供了建設性的意見和建議。在此，感謝所有幫助過我的老師、家長、朋友們，正是由于他們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。參考文獻1 韓禎祥電力系統穩定北京：中國電力出版社，1995。2 何仰贊，溫增銀.電力系統分析(下冊).武漢:華中科技大學出版社,2002年。3 張惠勤. 電力系統規劃與設計m.西安:西安交通大學出版社，1994年。4 李堅. 電網運行及調度技術問答 m . 北京: 中國電力出版社, 2004年。5 南京工學院.電力系統. 北京：電力工業出版社，1980年。6 邱曉燕，劉天琪.電力系統分析的計算機算法.北京：中國電力出

46、版社,2009年。7 韓禎祥電力系統穩定北京：中國電力出版社，1995年。8 孫華東，湯涌，馬世英。電力系統穩定的定義與分類述評.北京：中國電力出版社，2006年。9 李光琦電力系統暫態分析北京：中國電力出版社，2007年10 夏道止.電力系統分析. 北京：中國電力出版社，2004年1月11 韋鋼電力系統分析要點與習題北京：中國電力出版社，2008年12 steinmetz c p. power control and stability of electric generating stationsj. copyright 1920 by aiee transaction, 12151287

47、內部資料，請勿外傳！6a*cz7h$dq8kqqfhvzfedswsyxty#&qa9wkxfyeq!djs#xuyup2knxprwxma&ue9aqgn8xp$r#͑gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum>xrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwfa5uxy7jnd6ywrrwwcvr9cpbk!zn%mz849gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum>xrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwf

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