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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。所以本文就主要围绕这个问题做了简单的分析，文章首先介绍了电压暂态稳定性的概念，再对电力系统暂态稳定性的影响因素进行了简单的分析。
关键词：电网参数；电力系统；暂态稳定；稳定分析
中图分类号： F407 文献标识码： A 文章编号：
一．引言
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。
二．电压暂态稳定性的概述
电力系统暂态稳定性是指系统突然经受大干扰后，各个同步电机能否继续保持同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括发生各种短路故障、切除大容量发电机或输电设备以及某些负荷的突然变化等扰动后的暂态过程可能有两种不同的结果。一种是发电机转子间相对角度随时间的变化呈摇摆状态且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为零，使系统回到稳定前的稳态运行点，或者过渡到一个新的稳态运行点。在此运行状况下，所有发电机仍然保持同步运行。对于这种结果，称电力系统是暂态稳定的。另一种结果是暂态过程中某些发电机转子之间的相对角度随时间不断增大，它们之间始终存在着相对转速，使这些发电机之间失去同步。发电机间失去同步后，将在系统中产生功率和电压的强烈振荡，会使一些发电机和负荷被迫切除，在严重的情况下，甚至导致系统的解列和瓦解。对于这种结果，称电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。
根据在扰动后的不同时间里系统各部分的反应不同，在分析暂态稳定时往往分为以下三个阶段:
(1) 起始阶段：即故障后约一秒钟内的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸，切除发电机等。在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明显的作用。
(2) 中间阶段：在起始阶段后，大约持续5秒钟的时间段。在此期间发电机的调节系统将发挥作用。
(3) 后期阶段：在故障后几分钟内。这时热力设备(如锅炉等)将影响到电力系统的暂态过程，另外，系统中还将发生由于频率的下降自动切除部分负荷等操作。
由于扰动后系统的暂态过程实际上非常复杂，在电力系统暂态稳定性分析中大都采用以下简化：忽略发电机定子绕组和电网中电磁暂态过程的影响，只考虑交流系统中基频电压、电流和功率以及发电机转子绕组中非周期分量的变化。这样，交流电力网中各元件的数学模型将可以简单地用它们的基频等值阻抗来描述。对于不对称故障，略去发电机定子回路基频负序分量电压、电流对电磁转矩的影响。至于基频零序分量电流，由于一般不能流过定子绕组，故无需考虑。此外，根据对计算结果精度的不同要求以及由于分析方法本身的限制，还将对元件的数学模型采取各种不同程度的简化。
三．电力系统暂态稳定性影响因素分析
电力系统遭受大的扰动后，由于系统的结构或参数发生了较大的变化，同时负荷也相对受到影响，因而原动机和调速机构有一定的惯性，需要经过一定时间以后才能改变原动机输出的机械功率，这样就破坏了发电机与原动机间的功率平，在发电机的轴上便出现了不平衡转矩。当发电机输出的电磁功率突然减小时，发电机转子就要加速。反之就要减速。在一般情况下，遭受扰动后各发电机组功率不平衡的情况并不一样，而且各发电机组转动惯量也不一样，因而各机组转速变化的情况是不相同的。这样，在各发电机转子之间将长生相对运动。这种相对运动也叫做各发电机转子之间的相对摇摆，是电力系统遭受大扰动后暂态过程中最突出的现象。
电力系统遭受大扰动以后所发生的暂态过程可能有两种不同的结局。一种是暂态过程逐渐衰减，系统各发电机组间相对运动逐渐消失(相对转速衰减为零)，使系统过渡到一个新的稳态运行情况，在这个运行情况下，各发电机仍然保持同步运行。对于这种结局，我们说电力系统是动态稳定的。另一种结局是在暂态过程中某些发电机之间的相对角度随着时间不断增大，他们之间始终存在着相对转速(也就是说这些发电机失去了同步)，并且因此产生了系统功率和电压的强烈振荡，使一些发电机和负荷不能继续运行，甚至导致系统解列。对于这种结局，我们说电力系统是暂态不稳定的
通常，为了判断遭受大扰动后系统是否稳定，可计算出扰动后各发电机转子间相对角度随时间的变化曲线(这种曲线也叫做摇摆曲线)，然后根据这些曲线的变化规律来进行判断。
当电力系统遭受大扰动后，除了以上由于原动机的机械功率与发电机电功率不平衡而引起发电机转子的摇摆过程以外，在电力系统各元件中还伴随着其它一系列的暂态过程。例如由于发电机端电压和电流的变化还会引起发电机内的电磁暂态过程和励磁调节器系统的动态调节过程，由于发电机转速逐渐偏离了正常同步转速还要引起原动机调速系统的动态调节过程，与此同时，由于網络各节点电压的变化还会导致负荷内部的机电暂态过程等等。这一系列机电暂态过程都是互相联系的，而且在不同程度上影响各发电机转子之间的摇摆情况。这些过程的数学模型在下面将进行描述，他们之间的关系如下图所示。
从图中可以看出，在比较完整的电力系统暂态稳定计算中，每台发电机的数学模型都由四组方程式构成：
①励磁调节系统方程式：描述发电机的励磁调节系统的输出电压随发电机端电压的动态变化过程；
②原动机调速器方程式：描述原动机输出的机械功率随发电机转速:的动态变化过程；
③机械暂态过程方程式：描述转子角度与转速:随原动机与发电机间不平衡功率()的动态变化过程；
④发电机电磁暂态过程方程式：描述发电机内电势(磁通)和电流的暂态变化过程。
关于负荷的描述在下面进行说明。
发电机方程和负荷方程通过它们的端电压……，……和注入电流……，……和网络方程联系起来。注入电流和注入功率有一下简单关系：
(1)
(2)
这样发电机方程与负荷方程通过端电压和注入功率与网络方程联系起来。这就意味着它们的端电压和注入电流(或注入功率)不仅与放电机及负荷内部的暂态过程有关，而且与整个电力网络的运行状态有关。
一般电力网络内的电磁暂态过程和发电机内的机电暂态过程相比衰减得非常快，所以通常电力系统动态稳定计算中都不考虑电力网络内发生得暂态过程。这样，我们就可以用代数方程来描述电力网络内运行参数()的关系。因此，在动态稳定计算中，电力系统机电暂态过程的方程除了包含描述电力系统有关元件动态特性的微分方程以外，还应包括电力网络的代数方程。其一般形式可以写成：
(3)
或简写为：
(4)
式(2-3)和式(2-4)中第一组方程式表示描述电力系统有关元件动态特性的微分方程式，第二组方程式表示电力网络的代数方程式。式中x1，x2…xm，，y1，y2…ym分别表示电力系统有关元件内部的状态参数及电力网络的运行参数。如上所述，由于我们在动态稳定计算中不考虑电力网络的暂态过程，因而一般地说，y1，y2…ym，在计算过程中是可以突变的量。式中(i=1，2…m)及 (j=1，2…m)不仅与电力系统有关元件及电力网络的结构和参数有关，而且与我们在计算时选用的数学模型有关。
四．结束语
电力系统暂态稳定性是电力系统稳定运行首先要考虑的问题。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态稳定分析，因为系统一旦失去暂态稳定就可能造成大面积停电，给国民经济带来巨大损失。通过暂态稳定分析还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能，因此具有重要意义。
参考文献
[1] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：水利电力出版社，1994年.
[2] 赵遵廉.中国电网的发展与展望[J].中国电力，204，37(1)：1-6.
[3] 韩英铎，姜齐荣，谢小荣，等.从美加大停电事故看我国电网安全稳定对策的研究[J].电力设备，2004，5(3)：8-12.
关键词：电网参数；电力系统；暂态稳定；稳定分析
中图分类号： F407 文献标识码： A 文章编号：
一．引言
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。
二．电压暂态稳定性的概述
电力系统暂态稳定性是指系统突然经受大干扰后，各个同步电机能否继续保持同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括发生各种短路故障、切除大容量发电机或输电设备以及某些负荷的突然变化等扰动后的暂态过程可能有两种不同的结果。一种是发电机转子间相对角度随时间的变化呈摇摆状态且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为零，使系统回到稳定前的稳态运行点，或者过渡到一个新的稳态运行点。在此运行状况下，所有发电机仍然保持同步运行。对于这种结果，称电力系统是暂态稳定的。另一种结果是暂态过程中某些发电机转子之间的相对角度随时间不断增大，它们之间始终存在着相对转速，使这些发电机之间失去同步。发电机间失去同步后，将在系统中产生功率和电压的强烈振荡，会使一些发电机和负荷被迫切除，在严重的情况下，甚至导致系统的解列和瓦解。对于这种结果，称电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。
根据在扰动后的不同时间里系统各部分的反应不同，在分析暂态稳定时往往分为以下三个阶段:
(1) 起始阶段：即故障后约一秒钟内的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸，切除发电机等。在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明显的作用。
(2) 中间阶段：在起始阶段后，大约持续5秒钟的时间段。在此期间发电机的调节系统将发挥作用。
(3) 后期阶段：在故障后几分钟内。这时热力设备(如锅炉等)将影响到电力系统的暂态过程，另外，系统中还将发生由于频率的下降自动切除部分负荷等操作。
由于扰动后系统的暂态过程实际上非常复杂，在电力系统暂态稳定性分析中大都采用以下简化：忽略发电机定子绕组和电网中电磁暂态过程的影响，只考虑交流系统中基频电压、电流和功率以及发电机转子绕组中非周期分量的变化。这样，交流电力网中各元件的数学模型将可以简单地用它们的基频等值阻抗来描述。对于不对称故障，略去发电机定子回路基频负序分量电压、电流对电磁转矩的影响。至于基频零序分量电流，由于一般不能流过定子绕组，故无需考虑。此外，根据对计算结果精度的不同要求以及由于分析方法本身的限制，还将对元件的数学模型采取各种不同程度的简化。
三．电力系统暂态稳定性影响因素分析
电力系统遭受大的扰动后，由于系统的结构或参数发生了较大的变化，同时负荷也相对受到影响，因而原动机和调速机构有一定的惯性，需要经过一定时间以后才能改变原动机输出的机械功率，这样就破坏了发电机与原动机间的功率平，在发电机的轴上便出现了不平衡转矩。当发电机输出的电磁功率突然减小时，发电机转子就要加速。反之就要减速。在一般情况下，遭受扰动后各发电机组功率不平衡的情况并不一样，而且各发电机组转动惯量也不一样，因而各机组转速变化的情况是不相同的。这样，在各发电机转子之间将长生相对运动。这种相对运动也叫做各发电机转子之间的相对摇摆，是电力系统遭受大扰动后暂态过程中最突出的现象。
电力系统遭受大扰动以后所发生的暂态过程可能有两种不同的结局。一种是暂态过程逐渐衰减，系统各发电机组间相对运动逐渐消失(相对转速衰减为零)，使系统过渡到一个新的稳态运行情况，在这个运行情况下，各发电机仍然保持同步运行。对于这种结局，我们说电力系统是动态稳定的。另一种结局是在暂态过程中某些发电机之间的相对角度随着时间不断增大，他们之间始终存在着相对转速(也就是说这些发电机失去了同步)，并且因此产生了系统功率和电压的强烈振荡，使一些发电机和负荷不能继续运行，甚至导致系统解列。对于这种结局，我们说电力系统是暂态不稳定的
通常，为了判断遭受大扰动后系统是否稳定，可计算出扰动后各发电机转子间相对角度随时间的变化曲线(这种曲线也叫做摇摆曲线)，然后根据这些曲线的变化规律来进行判断。
当电力系统遭受大扰动后，除了以上由于原动机的机械功率与发电机电功率不平衡而引起发电机转子的摇摆过程以外，在电力系统各元件中还伴随着其它一系列的暂态过程。例如由于发电机端电压和电流的变化还会引起发电机内的电磁暂态过程和励磁调节器系统的动态调节过程，由于发电机转速逐渐偏离了正常同步转速还要引起原动机调速系统的动态调节过程，与此同时，由于網络各节点电压的变化还会导致负荷内部的机电暂态过程等等。这一系列机电暂态过程都是互相联系的，而且在不同程度上影响各发电机转子之间的摇摆情况。这些过程的数学模型在下面将进行描述，他们之间的关系如下图所示。
从图中可以看出，在比较完整的电力系统暂态稳定计算中，每台发电机的数学模型都由四组方程式构成：
①励磁调节系统方程式：描述发电机的励磁调节系统的输出电压随发电机端电压的动态变化过程；
②原动机调速器方程式：描述原动机输出的机械功率随发电机转速:的动态变化过程；
③机械暂态过程方程式：描述转子角度与转速:随原动机与发电机间不平衡功率()的动态变化过程；
④发电机电磁暂态过程方程式：描述发电机内电势(磁通)和电流的暂态变化过程。
关于负荷的描述在下面进行说明。
发电机方程和负荷方程通过它们的端电压……，……和注入电流……，……和网络方程联系起来。注入电流和注入功率有一下简单关系：
(1)
(2)
这样发电机方程与负荷方程通过端电压和注入功率与网络方程联系起来。这就意味着它们的端电压和注入电流(或注入功率)不仅与放电机及负荷内部的暂态过程有关，而且与整个电力网络的运行状态有关。
一般电力网络内的电磁暂态过程和发电机内的机电暂态过程相比衰减得非常快，所以通常电力系统动态稳定计算中都不考虑电力网络内发生得暂态过程。这样，我们就可以用代数方程来描述电力网络内运行参数()的关系。因此，在动态稳定计算中，电力系统机电暂态过程的方程除了包含描述电力系统有关元件动态特性的微分方程以外，还应包括电力网络的代数方程。其一般形式可以写成：
(3)
或简写为：
(4)
式(2-3)和式(2-4)中第一组方程式表示描述电力系统有关元件动态特性的微分方程式，第二组方程式表示电力网络的代数方程式。式中x1，x2…xm，，y1，y2…ym分别表示电力系统有关元件内部的状态参数及电力网络的运行参数。如上所述，由于我们在动态稳定计算中不考虑电力网络的暂态过程，因而一般地说，y1，y2…ym，在计算过程中是可以突变的量。式中(i=1，2…m)及 (j=1，2…m)不仅与电力系统有关元件及电力网络的结构和参数有关，而且与我们在计算时选用的数学模型有关。
四．结束语
电力系统暂态稳定性是电力系统稳定运行首先要考虑的问题。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态稳定分析，因为系统一旦失去暂态稳定就可能造成大面积停电，给国民经济带来巨大损失。通过暂态稳定分析还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能，因此具有重要意义。
参考文献
[1] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：水利电力出版社，1994年.
[2] 赵遵廉.中国电网的发展与展望[J].中国电力，204，37(1)：1-6.
[3] 韩英铎，姜齐荣，谢小荣，等.从美加大停电事故看我国电网安全稳定对策的研究[J].电力设备，2004，5(3)：8-12.