1、前言電力系統(tǒng)的組成 電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。電能具有很多優(yōu)點，它可以方便地轉(zhuǎn)化為別的能源形式，例如，機械能、熱能、光能、化學能等；它的輸送和分配易于實現(xiàn)；它的應用規(guī)模也很靈活。因此，電能被極其廣泛地應用于工業(yè)農(nóng)業(yè)，交通運輸業(yè)，商業(yè)貿(mào)易，通信以及人民的日常生活中。以電作為動力，可以促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化和自動化，保證產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度提高勞動生產(chǎn)率。還要指出，提高電氣化程度，以電能代替其他形式的能量，使節(jié)約總能源消耗的一個重要途徑。發(fā)電廠把別種形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的別種能量。這些生產(chǎn)、輸送

2、、分配和消費電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng)?；痣姀S的、汽輪機、鍋爐、供熱管道和熱用戶，水電廠的水輪機和水庫等則屬于電能生產(chǎn)相關(guān)的動力部分。電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)，它包括升降變壓器和各種電壓等級的輸電線路。在交流電力系統(tǒng)中，發(fā)電機、變壓器、輸配電設(shè)備都是三相的這些設(shè)備之間的連接狀況，可以用電力系統(tǒng)接線圖來表示。為了簡單起見，電力系統(tǒng)接線圖一般都是畫成單線的。由于電工技術(shù)的發(fā)展，直流輸電作為一種補充的輸電方式得到了實際應用。在交流電力系統(tǒng)內(nèi)或者在兩個交流電力系統(tǒng)之間嵌入直流輸電系統(tǒng)，便構(gòu)成了現(xiàn)代交直流聯(lián)合系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)由換流設(shè)備、直流線路以及相關(guān)的附屬設(shè)

3、備組成。電氣設(shè)備都是按照指定的電壓和頻率來進行設(shè)計制造的，這個指定的電壓和頻率，稱為電氣設(shè)備的額定電壓和額定頻率。當電氣設(shè)備在此電壓和頻率下運行時，將具有很好的技術(shù)性能和經(jīng)濟效果。 那么對電力系統(tǒng)運行的基本要求是什么呢？電力系統(tǒng)是電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費的各環(huán)節(jié)組成的一個整體。與別的工業(yè)系統(tǒng)相比，電力系統(tǒng)的運行具有如下的明顯特點。（1）電能不能大量儲存。電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費實際上是同時進行的。電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠在任何時刻閥發(fā)出的功率等于該時刻用電設(shè)備所需的功率，輸送和分配環(huán)節(jié)中的功率損失之和。（2）電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促。電力系統(tǒng)從一種運行狀態(tài)到另一種運行狀態(tài)的過渡極為迅速。（

4、3）與國民經(jīng)濟的各部門及人民日常生活有著極為密切的關(guān)系。供電的突然中斷會帶來很嚴重的后果。對電力系統(tǒng)運行的基本要求是：（1）保證安全可靠的供電；（2）要有合乎要求的電能質(zhì)量；（3）要有良好的經(jīng)濟性；（4）盡可能減小對生態(tài)環(huán)境的有害影響。保證安全可靠地發(fā)、供電是對電力系統(tǒng)運行的首要要求。在運行過程中，供電突然中斷大多由事故引起。必須從各個方面采取措施以防止和減少事故的發(fā)生，例如，要嚴密監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)和認真維修設(shè)備以減少其事故，要不斷提高運行人員的技術(shù)水平以防止人為事故。為了提高系統(tǒng)運行的安全可靠性，還必須配備足夠的有功功率電源和無功功率電源；完善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)抵抗干擾的能力，增

5、強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；利用計算機對系統(tǒng)運行進行安全監(jiān)視和控制等。整個地提高電力系統(tǒng)的安全運行水平，就為保證對用戶的部間斷供電創(chuàng)造了最基本的條件。根據(jù)用戶對供電可靠性的不同要求，目前我國將負荷分為以下三級：第一級負荷。對這一級負荷中斷供電的后果是極為嚴重的。例如，可能發(fā)生危及人身安全的事故；使工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備遭到難以修復的損壞，以致生產(chǎn)秩序長期不能恢復正常，造成國民經(jīng)濟的重大的損失；使市政生活的重要部門發(fā)生混亂等。第二級負荷。對這一級負荷中斷供電將造成大量減產(chǎn)，使城市中大量居民的正?；顒邮艿接绊懙?。第三級負荷。不屬于第一、第二級，停電影響不大的其它負荷屬于第三級負荷，如工廠的附屬車間，小城鎮(zhèn)和

6、農(nóng)村的公共負荷等。對這一級的短時供電中斷不會造成重大的損失。對于以上三個級別的負荷，可以根據(jù)不同的具體情況分別采取適當?shù)募夹g(shù)措施來滿足他們對供電可靠性的要求。電壓和頻率是電氣設(shè)備設(shè)計和制造的基本技術(shù)參數(shù)，也是衡量電能質(zhì)量的兩個基本的指標。我國采用的額定頻率為50Hz，正常運行時允許的偏移為+-0.2到+-0.5Hz。用戶供電電壓的允許偏移對于35kV及以上電壓等級為額定值得+-5%，10kV供電電壓不超過4%,0.38kV電壓不超過5%。電壓和頻率超出允許偏移時，不僅會造成廢品和減產(chǎn)，還會影響用電設(shè)備的安全，嚴重時會危及整個電力系統(tǒng)的安全運行。頻率主要決定于系統(tǒng)中的有功功率平衡，系統(tǒng)發(fā)出的有功

7、功率不足，頻率就偏低。電壓則主要決定系統(tǒng)中的無功功率平衡，無功功率不足是電壓就偏低。因此，要保證良好的電能質(zhì)量，關(guān)鍵在于系統(tǒng)發(fā)出的用功功率和無功率都應滿足在額定頻率和額定電壓下的功率平衡要求。電源要配置得當，還要有適當?shù)恼{(diào)整手段。對系統(tǒng)中的“諧波污染源”要進行有效的限制和治理。電能生產(chǎn)的規(guī)模很大，消耗的能源在國民經(jīng)濟能源總消耗中占的比重很大，而且電能又是國民經(jīng)濟的大多數(shù)生產(chǎn)部門的主要動力。因此，提高電能生產(chǎn)的經(jīng)濟性具有十分重要的意義。為了提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，必須盡量地降低發(fā)電廠的煤耗率（水耗率）。廠用電率和電力網(wǎng)的損耗率。這就是說，要就在電能的生產(chǎn)、輸送和分配過程中減少耗費，提高效率。為

8、此，應做好規(guī)劃設(shè)計，合理利用能源；采用高效率低損耗設(shè)備；采取措施降低網(wǎng)損；實行經(jīng)濟調(diào)度等等。目前我國火電裝機占總裝機容量的70%以上，在今后相當長一段時間內(nèi)火電廠發(fā)電用一次能源仍以煤炭為主，煤炭燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵和廢渣等，這些排放物都會對生態(tài)環(huán)境造成有害的影響。因此，限制污染物的排放量，使電能生產(chǎn)符合環(huán)境保護標準，也是對電力系統(tǒng)運行的一項基本要求。為了滿足這些要求我們要做的事很多，我的設(shè)計主要是為保證線路的正常運行，在出現(xiàn)故障是能準確的找到在線路的什么位置，及時地排除故障，恢復電力系統(tǒng)的正常運行。電力系統(tǒng)的接線體廠的主接線、變電所的主接線和電力網(wǎng)的接線。這里對電

9、力網(wǎng)的接線方式作簡要的介紹。電力網(wǎng)的接線方式通常按供電可靠性分為無備用和有備用兩類。無備用接線網(wǎng)絡(luò)中，每一個負荷只能靠一條線路取得電能，單回路放射式、干線式和樹狀式。這類接線的特點是簡單，設(shè)備費用較少，運行方便。缺點是供電可靠性比較低，任一段線路發(fā)生故障或檢修時，都要中斷部分用戶的供電。在干線式和樹狀網(wǎng)絡(luò)中，當線路較長時，線路末端電壓往往偏低。在有備用的接線方式中，最簡單的一類是在上述無備用網(wǎng)絡(luò)中的每一段線路上都采用雙回路。這類接線同樣具有簡單和運行方便的特點，而且供電可靠性和電壓質(zhì)量都有明顯的提高，其缺點是設(shè)備費用增多。 電力系統(tǒng)中各部分電力網(wǎng)擔負著不同的職能，因此對其接線方式的要求也不一樣

10、。電力網(wǎng)按其職能可以分為輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)。輸電網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是，將大容量發(fā)電廠的電能可靠而經(jīng)濟地輸送到負荷集中的地區(qū)。輸電網(wǎng)絡(luò)通常由電力系統(tǒng)中電壓等級最高的一級或兩級電力線路組成。系統(tǒng)中的區(qū)域發(fā)電廠（經(jīng)升壓站）和樞紐變電所通過輸電網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接。對輸電網(wǎng)絡(luò)接線方式的要求主要是，應有足夠的可靠性，要滿足電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的要求，要有助于實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度，要具有對運行方式變更和系統(tǒng)發(fā)展的適應性等。用于聯(lián)接遠離負荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠的輸電干線和向缺乏電源的負荷集中地區(qū)供電的輸電干線，通常采用雙回路或多回路。位于負荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠和樞紐變電所一般是通過環(huán)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。配電網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是分配電能。

11、配電線路的額定電壓一般為0.435kV,有些負荷密度較大的大城市也采用110kV,以至220 kV。配電網(wǎng)絡(luò)的電源點是發(fā)電廠相應電壓級的母線，負荷點則是低一級的變電所或者直接為用電設(shè)備。實際電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)比較復雜，往往是同接線方式的網(wǎng)絡(luò)組成的。在選擇接線方式時，必須考慮的主要因素是，滿足用戶對供電可靠性和電壓質(zhì)量的要求，運行要靈活方便，要有好的經(jīng)濟指標等等。一般要對多種可能的接線方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較后才能確定。我在本設(shè)計中重點考慮的是輸電網(wǎng)絡(luò)。即輸電網(wǎng)絡(luò)上的兩相短路接地故障。二、對短路的介紹電力系統(tǒng)正常運行的破壞多半是又短路故障引起的。發(fā)生短路時，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生

12、復雜的暫態(tài)現(xiàn)象，下面我們就來介紹一下短路。短路是電力系統(tǒng)的嚴重后果.所謂短路,是指一切的相與相之間或相與地(對于中性點接地的系統(tǒng))發(fā)生通路的情況。電力系統(tǒng)在運行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時流過的電流。其值可遠遠大于額定電流，并取決于短路點距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機 端發(fā)生短路時，流過發(fā)電機的短路電流最大瞬時值可達額定電流的1015倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達數(shù)萬安。這會對電力系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響和后果。 三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有4種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中，除三相短路時，三相回路依舊對稱，因而又稱對稱短路

13、外，其余三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的90。在中性點非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需35秒。在這一暫態(tài)過程中，短路電流的變化很復雜。它有多種分量，其計算需采用電子計算機。在短路后約半個周波（0.01秒）時將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時值，稱為沖擊電流。它會產(chǎn)生很大的電動力，其大小可用來校驗電工設(shè)備在發(fā)生短路時機械應力的動穩(wěn)定性。短路電流的分析、計算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和運行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護、分析事故提供了有效手段。電力系

14、統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路 中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但是情況嚴重，應給以足夠的重視，況且，從短路計算方法來看，一切不對稱短路的計算，在采用對稱分量法后，都歸結(jié)為對稱短路的計算。因此，對三相短路的研究是具有重要意義的。產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計、安裝及維護不良帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；t(3)違規(guī)操作，例如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓；（4）其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路t路、兩相短路、兩相短路

15、接地和單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都是不對稱短路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴重，應給以足夠的重視。況且，從短路的計算方法看，一切不對稱的計算，在采用對稱分量法后，都歸結(jié)為對稱短路的計算。因此，對稱三相短路的研究是有其重要意義的。隨著短路類型、發(fā)生地點和持續(xù)時間的不同，短路的后果可能只破壞局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個系統(tǒng)的安全運行，短路的危險后果一般有以下幾個方面： （1）短路故障是短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值達許多倍的電流，

16、由于短路電流的電動力效應，導體間將產(chǎn)生很大的機械應力。如果導體和它們間的支架不夠堅韌，則可能遭到破壞，使事故進一步擴大。 （2）短路電流通過設(shè)備使發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。 （3.）短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最重要的電力負荷是異步電動機，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當電壓大幅度下降時，電動機甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢，設(shè)備損壞等嚴重后果。 （4.）當短路發(fā)生地點離電源不遠兒持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片地區(qū)停電。這時短路故障的最嚴重后果。 （5.）發(fā)

17、生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生嚴重的影響。為什么要提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性?電力系統(tǒng)是由發(fā)電、供電和用電設(shè)備組合在一起的一個整體，各設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)，某一個設(shè)備運行情況變化(如參數(shù)改變、發(fā)生事故等)，都會影響到其他設(shè)備，有時甚至會波及整個電力系統(tǒng)。因此，當電力系統(tǒng)的生產(chǎn)秩序遭受擾亂時，系統(tǒng)應能自動地迅速消除擾亂，繼續(xù)正常工作，這就是電力系統(tǒng)應該具備的穩(wěn)定運行能力。這種能力的大小取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能和運行參數(shù)等多方面的因素。換言之，對于具體的電力系統(tǒng)，保持穩(wěn)定運行的能力有大小，如果超過能力的限

18、度，電力系統(tǒng)就會失去穩(wěn)定，發(fā)電機就不能正常發(fā)電，用戶就不能正常用電，并且引起系統(tǒng)運行參數(shù)的巨大變化，往往會造成大面積停電事故?？梢婋娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定運行是關(guān)系安全生產(chǎn)的重大問題。 通常，為了分析方便，把電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為兩類:靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。 靜態(tài)穩(wěn)定是指發(fā)電機在穩(wěn)定狀態(tài)運行時，經(jīng)受某種極其微弱的干擾后，能自動恢復到原來運行狀態(tài)的能力，其恢復能力用靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)來衡量。電力系統(tǒng)具備靜態(tài)穩(wěn)定性是正常運行的基本條件。 動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大的干擾時，例如:大容量負荷突然切除;運行中發(fā)電設(shè)備突然切除;以及發(fā)生短路故障等等，能從原來的狀態(tài)迅速過渡到新的運行狀態(tài)，并在新的狀態(tài)下穩(wěn)定運行的能力。電力系統(tǒng)

19、穩(wěn)定控制現(xiàn)狀淺析1 問題的提出電力系統(tǒng)因其具有統(tǒng)一性、同時性和廣域性的特點，大范圍的區(qū)域性、全國性以及跨國性的電網(wǎng)互聯(lián)可以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，能夠大大提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和可靠性，因而成為各國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。相鄰電力公司電網(wǎng)的相互聯(lián)通常會導致系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性的改善?？煽啃缘母纳苼碜杂陔娏局g在緊急情況下的互相支援。經(jīng)濟性的改善突出表現(xiàn)在每一系統(tǒng)必需的備用容量減少。此外，電網(wǎng)互聯(lián)使電力公司間可以實現(xiàn)經(jīng)濟輸送，以便利用最經(jīng)濟的電源。這些效益從聯(lián)網(wǎng)起始就被認識到，使電網(wǎng)互聯(lián)不斷增加。它形成了一個極端復雜的很龐大的系統(tǒng)。但如此一個系統(tǒng)的設(shè)計及其安全運行的確非常具有挑戰(zhàn)性的問題。為了可靠供

20、電，一個大規(guī)模電力系統(tǒng)必須保持完整并能承受各種干擾。因此，系統(tǒng)的設(shè)計和運行應使系統(tǒng)能夠承受更多可能的故障而不損失負荷(連接到故障元件的負荷除外)，能在最不利的可能故障情況下不致產(chǎn)生不可控的、廣泛的連鎖反應式的停電。2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制問題的歷史回顧電力系統(tǒng)穩(wěn)定是一個復雜的問題，多年來都是對電力系統(tǒng)工程師的挑戰(zhàn)。對這一題的歷史回J頤有助于對今天穩(wěn)定問題的理解。電的商業(yè)化應用始于l9世紀70年代后期，第一個完整的電力系統(tǒng)是由托馬斯-愛迪生(ThomasEdison)在紐約城皮埃爾大街站(Pearl Street Station)建成并于1882年9月投入運行。電力系統(tǒng)穩(wěn)定作為一個重要的問題第一次被

21、認識是在1920年。第一個模型系統(tǒng)的實驗室實驗結(jié)果是在1924年提出報告。第一次實際電力系統(tǒng)的現(xiàn)場穩(wěn)定試驗在l925年進行的。早期的穩(wěn)定問題是遠方水電站經(jīng)長距離輸電線向大城市負荷中心供電產(chǎn)生的。為了經(jīng)濟的原因，這樣的系統(tǒng)運行于接近其靜態(tài)穩(wěn)定極限。在極少數(shù)情況下，系統(tǒng)是在穩(wěn)態(tài)運行時發(fā)生不穩(wěn)定，而在短路和其他擾動下發(fā)生不穩(wěn)定則是更為頻繁的。穩(wěn)定問題是同步轉(zhuǎn)矩不足的結(jié)果，因而受輸電系統(tǒng)強度的很大影響。當時故障切除時間慢，大約為052 S或更長。分析的方法和所用的模型受限于計算方法的技藝和動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定理論的開發(fā)。由于使用計算尺和機械計算器，因而模型和分析方法必須簡單。此外，圖形技術(shù)如等面積定則和圓圖被

22、開發(fā)出來。這些方法適合于簡單系統(tǒng)的分析，對于二機系統(tǒng)的處理是有效的。靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定被分開處理。其中前者與功角曲線的斜率和峰值有關(guān)，而且理所當然的認為阻尼為正。隨著電力系統(tǒng)逐步發(fā)展，獨立系統(tǒng)之間互聯(lián)在經(jīng)濟上越發(fā)具有吸引力，因而穩(wěn)定問題的復雜性也就增加了。系統(tǒng)不能再被看作是兩機系統(tǒng)。改善穩(wěn)定計算的重要一步是1930年網(wǎng)絡(luò)分析儀(也稱交流計算臺)的開發(fā)。網(wǎng)絡(luò)分析儀本質(zhì)上是一個縮小的交流電力系統(tǒng)模型，他有可調(diào)節(jié)的電阻器、電抗器和電容器來模擬輸電網(wǎng)和負荷，幅值和角度可調(diào)的電壓源來模擬發(fā)電機，以及電表來測量網(wǎng)絡(luò)中的電壓、電流和功率。這一進展可用于多機系統(tǒng)的潮流分析，然而運動方程或稱搖擺方程仍需要采用分

23、步數(shù)字積分法用手工計算。1965年1 1月美國東北部和安大略的大停電對電力工業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響，對于一個大的互聯(lián)電力系統(tǒng)，以最低的成本保證其穩(wěn)定運行的設(shè)計是一個非常復雜的問題。通過解決這一問題所能得到的經(jīng)濟效益是巨大的。從控制理論的觀點看，電力系統(tǒng)具有非常高階的多變量過程，運行于不斷變化的環(huán)境。3 目前影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定的因素影響安全穩(wěn)定性的因素有：(1)能源選用和電廠選址由于環(huán)保方面的考慮使建設(shè)新的發(fā)電、輸電項目日益困難。環(huán)境限制將有利于選用水力資源和天然氣資源，然而水電往往伴隨著遠方輸電及穩(wěn)定性問題，而燃氣輪機的大量采用則突出了電壓穩(wěn)定性問題。將大量分散的發(fā)電廠接入系統(tǒng)時可能對系統(tǒng)運行可靠性

24、和動態(tài)安全產(chǎn)生較大的影響。(2)電力市場化改革a電力市場要求。電力市場的發(fā)展進一步增之間沒有中間儲存環(huán)節(jié)，時間常數(shù)小。其數(shù)學模型是強非線性和非自治I生的微分一代數(shù)方程組，階數(shù)可達數(shù)萬，并帶有連續(xù)和不連續(xù)的時變參數(shù)。另外，擾動的場景可能非常復雜，不但網(wǎng)絡(luò)拓撲和參量可能相繼突變，而且存在分層分散的人工干預和自動控制。4 如何進行電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制穩(wěn)定性是反映系統(tǒng)的輸入、初始條件或參數(shù)的小變化不會使系統(tǒng)行為發(fā)生大變化的性質(zhì)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)在受到擾動后，憑借系統(tǒng)本身固有的能力和控制設(shè)備的作用，重新達到可以允許的平衡狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行模式的不同，電力系統(tǒng)不穩(wěn)定可以通過不同的方式表現(xiàn)出來。傳統(tǒng)

25、上，穩(wěn)定是一個維持同步運行的問題。由于電力系統(tǒng)依靠同步電機發(fā)電，因而良好的系統(tǒng)運行的必要條件是所有同步電機保持同期，俗稱“同步”。這一穩(wěn)定的狀況受發(fā)電機轉(zhuǎn)子角的動態(tài)和功角關(guān)系的影響。電力系統(tǒng)大擾動穩(wěn)定性的分析可以分解為3個子任務(wù)，即建立物理或數(shù)學模型、求取受擾軌跡和提取穩(wěn)定信息。對電網(wǎng)互聯(lián)運行安全的最大威脅是運行穩(wěn)定性的破壞。電力系統(tǒng)穩(wěn)定按性質(zhì)可分為三種，即功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。其中功角穩(wěn)定又分為暫態(tài)穩(wěn)定和系統(tǒng)低頻振蕩。對互聯(lián)電網(wǎng)，暫態(tài)穩(wěn)定和具有長條形結(jié)構(gòu)的弱互聯(lián)交流系統(tǒng)的低頻振蕩問題尤為突出。在電力系統(tǒng)中實施相量控制(Phasor Contro1)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制最直接的方法。象電

26、力系統(tǒng)這樣的動態(tài)系統(tǒng)的行為可以描述為如下的一組n個一階非線性常微分方程xi= ( l， 2， ， ； 1， 2， ，Ur；)i= 1，2， ，l式中，t為系統(tǒng)的階數(shù)，r為輸入量的個數(shù)。預防控制和緊急控制是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的兩種重要手段。在擾動并未發(fā)生的情況下通過預防控制可以使系統(tǒng)進入安全狀態(tài)。但僅僅靠設(shè)備增加和更新來解決小概率嚴重事故下的穩(wěn)定問題是不經(jīng)濟的。緊急控制由于采取的措施比預防控制大得多，使其動作代價大但控制效果也比較明顯。顯然，預防控制和緊急控制之間存在很強的互補性，所以一個嚴格的定量分析和監(jiān)測方法是必須的。對于發(fā)電廠系統(tǒng)穩(wěn)定性勵磁機性能需要的矛盾可通過提供電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(P

27、ss)而得到有效解決(快速勵磁與引入的負阻尼的矛盾)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的基本功能是通過附加穩(wěn)定信號控制勵磁以對發(fā)電機轉(zhuǎn)子振蕩提供阻尼。為了提供阻尼，穩(wěn)定器必須產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子速度偏差同相的電氣轉(zhuǎn)矩分量。PSS在所有振蕩頻率下都將產(chǎn)生一個純的阻尼轉(zhuǎn)矩。目前PSS正在貴州電力系統(tǒng)中得到運用。另外，各種新技術(shù)(如：FASTEST軟件包)、新方法(如：EEAC法則、CCEBC準則)的運用，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制發(fā)揮著越來越重要的作用。5 結(jié)束語隨著21世紀經(jīng)濟全球化趨勢和科技技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)： 環(huán)境保護的嚴厲制約限制了電力工業(yè)的發(fā)展； 大容量遠距離輸電的需求，仍是對現(xiàn)有電力

28、系統(tǒng)技術(shù)的挑戰(zhàn)； 電力市場化的改革是當今各國電力工業(yè)面臨的重要課題，也必將對電力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。因此，研究電力市場環(huán)境下的跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)對于安全穩(wěn)定性的影響，明確穩(wěn)定分析算法的發(fā)展方向具有重要意義。 準確的故障定位技術(shù)，可以減輕巡線負擔，加快線路恢復供電，減少因停電造成的綜合經(jīng)濟損失。長期以來，人們?yōu)閷ふ揖_有效的故障測距方法進行了不懈的努力。并有許多實用裝置投入運行。隨著計算機在電力系統(tǒng)中的普及，近年來計算機故障測距方法的研究已經(jīng)成為了熱門課題之一。故障測距方法從原理上可分為兩大門類：一類是行波測距，通過測量行波波前在觀測點與故障點之間的往返時間實現(xiàn)故障定位。這類方法對裝置的要求較高

29、，技術(shù)上較難實現(xiàn)。有待于進一步開發(fā)研究。另一類方法是阻抗法測距，多以線路集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)，利用線路單端或雙端電壓、電流測量值，列解故障測距方程，從而實現(xiàn)故障定位。這類方法原理簡單，易于實現(xiàn)。特別是僅利用單端測量信息進行故障定位的一類方法，費用較低，又不受系統(tǒng)通信技術(shù)的限制，多年來一直是人們關(guān)注的熱點。從計算角度而言，阻抗測距算法可簡單地歸結(jié)為迭代法和解二次方程法。迭代法有時可能出現(xiàn)收殮到偽根或難于甚至不收斂的情形。解二次方程在原理上及實質(zhì)上都具有他越性，但存在區(qū)內(nèi)偽根問題，為了提高測距精度和可靠性，不少作者提出了改進措施，但尚不能完全消除阻抗測距法固有缺陷。本文根據(jù)電力系統(tǒng)特點，重新考察了發(fā)

30、生各種不對稱短路的測距方程。從新的角度出發(fā)，簡潔地導出了一次測距方程。由此給出的故障點距離是唯一的，且對應于迭代法及解二次方程的真根，從原理上使得基于單端信息的阻抗測距法成為一類精確的故障測距方法。架空線路的參數(shù) 輸電線路的參數(shù)有四個：反映線路通過電流時產(chǎn)生有功率損失效應的電阻；反映載流導線產(chǎn)生磁場效應的電感；反映線路帶電時絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及導線附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損失的電導；反映帶電導體周圍電場效應的電容。輸電線路的這些參數(shù)通?？梢哉J為是沿線全長均勻分布的，每單位長度的參數(shù)為電阻、電感、電導及電容，其一相等值電路示于圖 輸電線路包括架空線路和電纜線路電纜由工廠按標準規(guī)格制造，可根

31、據(jù)廠家提供的參數(shù)或者通過實測求得其參數(shù)，這里不予討論了。架空線路的參數(shù)同架設(shè)條件等外界因素有密切的關(guān)系，本設(shè)計中著重考慮和研究的是架空線路的參數(shù)。 圖 單位長度的一相等值電路兩相短路接地圖中，B相和C 相短路接地時A相的電流B相和C 相短路接地時B相的電流B相和C 相短路接地時C相的電流 B相和C 相短路接地時B相的電壓 B相和C 相短路接地時C相的電壓B相和C 相短路接地時的短路阻抗 兩相短路接地時故障處的情況示于圖 上冊205 。故障處的三個邊界條件為 =0=0 (1)=0 這些條件同單相短路的邊界條件極為相似，只要把單相短路邊界條式中的電流換為電壓，電壓換為電流就是了。 用序量表示的邊界

32、條件為= = -3 (2) + + =0所以本設(shè)計 由式（2）可得： = = -3 (3) 式中，B和C 兩相短路接地時故障點的正序電壓 B和C 兩相短路接地時故障點的負序電壓 B和C 兩相短路接地時故障點的零序電壓B相和C 相短路接地時故障點的負序電流B相和C 相短路接地時故障點的正序電流B相和C 相短路接地時故障點的零序電流三、計算方法對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負序和零序三相對稱的三相量。在不同序別的對稱分量作用下，電力系統(tǒng)的各元件可能呈現(xiàn)不同的特性。1、不對稱三相量的分解 在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量（電流或電壓

33、），可以分解為三組對稱的相量，當選擇a 相作為基準相是，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系（如電流）為=1/3式中，運算子a=,=, 且有1+ a+ =0，=1；為a相電流的正序分量為a相電流的負序分量為a相電流的零序分量為a相電流為b相電流為c相電流且有=， = a= a =（） =由（）式可得=1 * + a*+ *= 1 * + * + a *=+由上式可以作出三相量的三組對稱分量如圖 所示正序分量零序分量圖 負序分量 我們看到，正序分量的相序與正常對稱運行下的相序相同，而負序分量的相序則與正許序相反，零序分量則三相同相位。 將一組不對稱的三相量分解為三組對稱分量，這種分解，如同派克變換一樣

34、，也是一種坐標變換。把式（）寫成 I120=S （）矩陣S稱為對稱變換矩陣。當已知三相不對稱的相量時，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量。已知對稱分量時，也可以用反變換求出三相不對稱的相量，即 = I120（）式中 （）展開式（）并計及式（）有=+=+ a +=+（）= +a +=+電壓的三相相量和其對稱分量的關(guān)系也與電流的一樣，即=1/3 為a相電壓的正序分量為a相電壓的負序分量為a相電壓的零序分量 為a相電壓為b相電壓為c相電壓 由（）式可得=1 * + a*+ *= 1 * + * + a *=+ 二、序阻抗的概念 我們以一個靜止的三相電路元件為例來說明序阻抗的概念。如圖 所示，圖 靜止三相電路元

35、件各相自阻抗分別為 ，；相間互阻抗為=，=，=。當元件通過三相不對稱的電流時，元件各相的電壓降為= （）或?qū)懗?=z應用（7-3）和（7-4）將三相量變換成對稱分量，可得 =sz=式中，= sz稱為序阻抗矩陣。當元件結(jié)構(gòu)參數(shù)完全對稱，即=，=時 = (111)為一對角線矩陣。將式(111)展開，得 = = （7-11）=式中（7-11）表明，在三相參數(shù)對稱的線性電路中，各序?qū)ΨQ分量具有獨立性。也就是說，當電路通以某序的對稱分量的電流時，只產(chǎn)生同一序分量的電壓降。反之，當電路施加某序?qū)ΨQ分量的電壓時，電路中也只產(chǎn)生同一序?qū)ΨQ分量的電流。這樣，我們可以對正序、負序和零序分量分別進行計算。 如果三相

36、參數(shù)不對稱，則矩陣的非對角元素將不全為零，因而各序?qū)ΨQ分量將不具有獨立性。也就是說，通以正序電流所產(chǎn)生的電壓降中，不僅包含正序分量，還可能負序或零序分量。這時，就不能按序進行獨立運算。 根據(jù)以上的分析，所謂元件的序阻抗，是元件三相參數(shù)對稱時，元件時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值，即 =/=/=/ 、和分別稱為該元件的正序阻抗，負序阻抗和零序阻抗。電力系統(tǒng)每個元件的正、負、零序阻抗可能不同，視元件的結(jié)構(gòu)而定。 3、對稱分量法在不對稱短路計算中的應用 圖 簡單電力系統(tǒng)的單相短路圖73現(xiàn)以圖7-3所示簡單電力系統(tǒng)為例來說明應用對稱分量法計算不對稱短路的一般原理。 一臺發(fā)電機接于

37、空載輸電線路，發(fā)電機中性點經(jīng)阻抗接地。在線路某處f點發(fā)生單相（如a相）短路，使故障點出現(xiàn)了不對稱的情況。a相對地電壓=0,而b,c兩相的電壓0，0見圖7-4（a）。此時，故障點以外的系統(tǒng)其余部分的參數(shù)（指阻抗）仍然是對稱的。（a）（b）（d） （d）（e）(f)圖 7-4 對稱分量法的應用 現(xiàn)在原短路點人為地接入一組三相不對稱的電勢源，電勢源的各相電勢與上述各相不對稱電壓大小相等，方向相反，如圖7-4（B）所示。這種情況與發(fā)生不對稱故障是也就是說，網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的不對稱故障，可以用在故障點接入一組不對稱的電勢源來代替。這組不對稱電勢源可以分解成正序、負序和零序三組對稱分量，如圖7-4（C）所示的狀

38、態(tài)，可以當作是（D）（E）（F）三個圖所示的狀態(tài)的疊加。圖7-4（D）的電路稱為正序網(wǎng)絡(luò)，其中只有正序電勢在作用（包括發(fā)電機的電勢和故障點的正序分量電勢），網(wǎng)絡(luò)中只有正序電流，各元件呈現(xiàn)的阻抗就是正序阻抗。圖7-4（E）及（F）的電路分別稱為負序和零序網(wǎng)絡(luò)。因為發(fā)電機只產(chǎn)生正序電勢，所以，在負序和零序網(wǎng)絡(luò)中，只有故障點的負序和零序分量電勢在作用，網(wǎng)絡(luò)中也只與同一序的電流，元件也只呈現(xiàn)同一序的阻抗。 根據(jù)這三個電路圖，可以分別列出各序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程式。因為每一序都是三相對稱的，只需列出一相的便可以了。在正序的網(wǎng)絡(luò)中，當以a相為基準相時，有- （+ ）-（+）=因為+=+a=0，正序電流不流經(jīng)中性

39、線，中性點接地阻抗上的電壓降為零，他在正序網(wǎng)絡(luò)中不起作用，這樣，正序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程可寫成 - （+ ） =負序電流也不流經(jīng)中性線，而且發(fā)電機的負序電勢為零，因此，負序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程為0-（+ ）= 對于零序網(wǎng)絡(luò)，由于+=3，在中性點接地阻抗中將流過三倍的零序電流，產(chǎn)生電壓降。計及發(fā)電機的零序電勢為零，零序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程為 0-（+ +3）=根據(jù)以上所得的各序電壓方程式，可以繪出各序的一相等值網(wǎng)絡(luò)（見圖7-5）。必須注意，在一相的零序網(wǎng)絡(luò)中，中性點接地阻抗必須增大三倍。這是因為接地阻抗上的電壓降是由三倍的一相零序電流產(chǎn)生的，從等值的觀點看，也可以認為是一相零序電流在三倍中性點接地阻抗上產(chǎn)生的電壓

40、降。 雖然實際的電力系統(tǒng)接線復雜，發(fā)電機的數(shù)目也很多，但是通過網(wǎng)絡(luò)簡化，仍然可以得到與以上相似的各序電壓方程式=0 + + + + -=0-*=900-=式中，為正序網(wǎng)絡(luò)中相對應短路點的戴維南等值電勢；，分別為正序，負序和零序網(wǎng)絡(luò)中短路點的輸入阻抗；分別為短路點電流的正序，負序和零序分量；，分別為短路點電壓的正序，負序和零序分量。 方程式90說明了不對稱短路時短路點的各序電流和同一序電壓間的相互關(guān)系，它對各中不對稱短路都是適用的。根據(jù)不對稱短路的類型可以得到三個說明短路性質(zhì)的補充條件，即邊界條件，便可以解出短路點的電壓和電流的各序分量。 綜上所述。計算不對稱故障的基本原則就是，把故障處的三相阻抗不對稱表示為電壓和電流相量的不對稱，使系統(tǒng)其余部分保持為三相阻抗對稱的系統(tǒng)。這樣，借助于對稱分量法并利用三相阻抗對稱電路各序具有獨立性的特點，分析計算就可以得到簡化。 輸電線路 原理圖 據(jù)上圖，由歐姆定理可得