电力系统暂态过程分析

电力系统稳态分析的基本概念

   电力系统的稳定性，就是当系统在某一正常运行状态下受到干扰后，能否经过一定的时间恢复到原来的状态或进入下一个状态。

通常，根据动态过程的特征和参与动作的原件以及控制系统，将稳定性的研究划分为静态稳定，暂态稳定和动态稳定。在本文中，我们只讨论静态稳定和暂态稳定。

   1、静态稳定

   静态稳定，即电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到其实运行状态的能力。进行静态分析，就是要应用相应的判据，确定电力系统的稳定性和输电线的输电线的输送功率极限，检验在给定方式下的稳定储备。

   一般情况下，电力系统稳态分析对于大电源送出线、跨大区或省网间联络线、网络中薄弱断面等，需要进行静态分析。而在进行静态分析时，经常用到的一个概念是功角稳定。在电力系统中，功角特性和功角曲线，是描述发电机有功功率和功角之间关系的方程和曲线。

   功角是发电机电压与系统电势的相角差，其特性是，当有功输出恒定时，功角大小保持不变。功角稳定，即指系统受到扰动后，功角能恢复到原值，或稳定到一个新的值。而当功角变化时，电流和电压都会发生相应的变化；当功角持续变化时，将导致电流，节点电压，输出功率的持续变化。

   功角变化，电力系统稳态分析则意味着失步。失步分为周期性失步和非周期性失步。当发生周期性失步的时候，功角会在某点附近震荡，直到稳定于某个值；而发生非周期性失步时，功角会不断增大，同时引起系统电压电流大幅度震荡。

   2、暂态稳定

   暂态稳定，是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。要进行暂态稳定分析的目的，是要在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定想进行校验，并对继电保护和自动装置以及各种措施提出相应的要求。

   电力系统稳态分析，如何判断一个系统是否暂态稳定？暂态稳定的判据是，电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增加，在经过第一个和第二个正当周期不是不，做同步的衰减振荡，系统中输电电压逐渐恢复。其影响因素主要有二，第一，扰动的性质    ②扰动发生的地点；第二，扰动前系统的运行情况。

   电力系统稳态分析提高电力系统稳定性的措施

  1、提高静态稳定性的措施

   由静态稳定性的性质说明，发电机可能输送的功率极限越高则静态稳定性越高，以单机对无限大系统的情形来看，减少发电机与系统之间的 联系电抗就可以增加发电机的功率极限，从物理意义上讲，(https://www.dgzj.com/ 电工之家)就是加强发电机与无限大系统的电气联系即所谓的缩短“电器距离”。

   ①采用自动调节励磁装置（缩短发电机与系统间的电器距离）；

   ②减少远见的电抗（采用分裂导线、提高线路额定电压等级、采用串联电容补偿等）；

   ③改善系统的结构和采用中间补偿设备。

    2、.提高暂态稳定的措施

   提高静态稳定的措施对于提高暂态稳定也是有效的。但是，提高暂态稳定的措施，一般首先要考虑的是减少扰动后功率差额的临时措施，因为在大扰动后发电机机械功率和电磁功率的差额是导致暂态稳定破坏的主要原因。

   ①快速切出故障和自动重合闸（减少故障期间发电机转子动能的增加量，从而减少故障切除瞬间发电机转自角度和角速度的变化量）；

   ②发电机强行励磁（提高发电机的电磁功率，达到提高系统暂态稳定的目的）；

   ③电气制动（增大电磁功率）；

   ④快速汽门控制（调节原动机的机械功率，减小发电机组的不平衡功率）；

   ⑤切机、切负荷；

   ⑥系统解列。

   3、提高电力系统的稳定性

   电力系统稳态分析在真正的生产中，不仅要考虑到静态和暂态稳定性的提高措施，最为根本的，是要提高电力系统整体的稳定性。

在电力系统中，并非所有故障发生时，每次都要将所有的应对措施全部采用，而是分层次相继采用的，因此我们需了解电力系统的  ”三道防线”。

   “第一道防线”：继电保护快速切除故障；

   “第二道防线”发电机控制以及切机，切负荷；

   “第三道防线”系统解列；

   只有当前面一道“防线”不能阻止失稳时，才会启动并进入下一道“防线”。

   电力系统稳态分析结语

   力系统中各同步电机间保持同步是电力系统正常运行的必要条件。如果不能保持各发电机之间的同步，或者暂时失去同步后不能恢复同步运行，这就使得电力系统失去稳定。电力系统稳定的破坏,往往会导致系统的解列和崩溃，造成大面积的停电。所以，保证电力系统稳定是电力系统安全运行的必要条件。

电力系统的暂态过程正常有波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程三种。他们产生的和特点分别是：

⑴波过程。波过程是运行操作或雷击过电压引起的过程，改过程时间短暂（微妙级），涉及电流、电压波的传导，波过程的计算不能用集中参数，要用分布参数。

⑵电磁暂态过程。电磁暂态过程是短路引起的电流、电压突变以及其后在电感、、电容型储能元件及电阻耗能元件中引起的过渡过程，该过程持续时间较波过程长（毫秒级），电磁暂态过程的计算要用磁链守恒原理，引出暂态和次暂态电动势、电抗及时间常数等参数，然后据此算出各阶段的起始值和衰减时间特性。

⑶机电暂态过程。机电暂态过程是由大干扰引起的发电机输出电功率的突变所造成的转子摇摆、振荡过程，该过程即依赖于发电机的电器参数，也依赖于发电机的机械参数，且电气运行状态与机械运行状态相互关联，是一种机电联合的一体化的动态过程，这类过程持续时间最长（秒级）。