第1章现代电力系统的基本特性 下述涉及系统稳定的设计和运行准则是基于东北电力协调委员会(Northeast Power Coordinating Council,TCC)的相关准则[6。这里并不试图照抄NPCC的准则，只是给出在 稳定评价中所考虑的故障类型。 。正常设计的放障 根据准则要求，大规模电力系统在考虑有重合设备运行的情祝下，在下述最严重的故 障期间及故摩后应能保持其稳定性。之所以选择这些故障是由于在大量元件组成电力系统 的条件下，这些放障发生的可能性很大。 正常设计的故障包括以下几种： ()发生于任一发电机、输电回路、变压器或母线段的三相永久故障，正常故障清除，考 虑重合设备。 (b)在一多回路杆塔上两个相邻输电回路的每一回路的不同相别同时发生单相对地永久性 故障，正常时间内清除故障。 (c)发生于任一输电回路、变压器或母线段的单相对地永久故障，因断路器、继电器或信 号通道的不正常工作而延迟清除。 (d)无故障失去任一元件。 ()发生于断路器的单相对地永久性故障，正常时间清除。 ()同时永久性失去直流输电双极设备 根据准则要求，发生上述故障后，系统应保持稳定，电压及线路和设备所带负荷应在 容许范围内。 这些要求话用干下列两个基本条件 (1)所有的设备都在运行中。 (2)在本区域的发电和潮流能利用10min备用容量进行调整的条件下，一台关键的发电 机、一条输电回路或一台变压器退出运行。 。极端故障的评价 极端故障评价就是要确认互联的大电力系统能够经受严重程度超过正常设计的故障事 件。尽管极端故障发生的可能性确实很低，但极端故障评价的目标还是要确定这些极端故 摩对系统行为的影响，以便得到关于系统强度的指标，以及确定系统扰动所波及的范围。 在极端故障的分析和评估之后，应采取适当措施，来减少发生这些故障的次数、或者减轻 故障仿真计算所表明的后果。 极端故障包括以下几种 (a)失去一座发电厂的全部容量。 (b)失去一座发电厂、开关站或变电站的全部出线 ()失去一条公用输电走廊的全部输电回路。 ()三相永久放障发生于任一发电机、输电回路、变压器或母线段，并且延迟故障清除 考虑话当的重合设备
参考文献 ()失去一个大负向或者主要的负荷中心。 ()由于NPCC互联系统外部故障产生的严重功率摇摆。 (g)专门的保护系统如切除发电机，切除负荷或者输电线连锁切除系统(transmission tripping scheme）的失效或误动作 。稳定性的系统设计 对于一个大的五联电力系统，以最低的成本保证其稳定运行的设计是一个非常复杂的 问题、通过解决这一问题所能得到的经济效益是上大的。从控制理论的观点看，电力系统 具有非常高阶的多变量过程，运行于不新变化的环境。由于系统的高维数和复杂性，对系 统作简化假定并采用恰当详细的系统描述来分析特定的问题是非常重要的。这就需要很好 地学握整个系统及其各个元件的特性 电力系统是一个高度非线性的系统，它的动态行为受大敏设备的影响，而这些设备有 者不同的响应速率和特性。系统稳定不应看作是单一的问题，而应从各个不同的方面米魏 察。下一章将介绍电力系统稳定问题的不同形式。 实际上电力系统的每一主要元件的特性都对系统稳定产生影响。有关这些特性的知识 对于理解和研究电力系统稳定是至关重要的：因此，设备的特性和建模将在本书第二篇中 讨论。各类系统稳定的物理方面的复杂问题、它们的分析方法以及提高电力系统稳定性的 专门方法将在第三篇中叙述。 参考文献 乡 H.M.Rustebakke (editor),Electric Utility Systems and Practices,John Wiley &sons.】983 C.A.Gross,Power System Analysis,Second Edition,John Wiley Sons. 1986. ⊙ L.H.Fink and K.Carlsen,"Operating under Stress and Strain."IEEE Spectrum,pp.48-53,March 1978. [4 R Report EL60-L. Dynamics of Intercon Power Systems:A 2473-15,prepared by Power e May9 1 Report of Project 5] E Specia sramioicricR Symposium on Reliabitioy mance,1977 0behimnmncoeaRecscnPgC2g1gPnne
第2章 电力系统稳足 问题身论 本章给出电力系统稳定问题的一般介绍，包括物理概念、分类和相关术语的定义。基 于理想模型对电力系统基本结构的分析给出了电力系统稳定的一些基本特性。此外，对随 者电力系统发展出现的一些不同形式稳定问题的历史回顾，以及与此相应的分析方法的发 展也作了相应介绍。其目标是提供关于电力系统稳定现象的概述，并建立起基于比较简单 物理解释的基础。这将有助于为以后各章对本课题各方面的详细讨论做好准备。 2.1基本概念和定义 电力系统稳定可以概括地定义为这样一种电力系统的特性，即它能够运行于正常运行 条件下的平衡状态，在道受干扰后能够恢复到可以容许的平衡状态。 根据系统结构和运行模式的不同，电力系统不稳定可以通过不同的方式表现出来。传 统上，稳定是一个维持同步运行的问题。由于电力系统依靠同步电机发电，因而良好的系 统运行的必要条件是所有同步电机保持同期，俗称“同步”。这一稳定的状况受发电机转 于角的动态和功角关系的影响。 不失去同步也可能产生不稳定。例如，由一台同步发电机向一台感应电动机负荷通过 条输电线供电的系统，可因负荷电压的崩渍而变得不稳定。这种情况下保持同步不成为 问题，所关心的问题是电压的稳定和控制。这种形式的不稳定也可能在大系统向一广大区 城负荷供电的情况下发生。 在稳定性评价中，所关心的问题是电力系统遭受暂态扰动后的行为。扰动可小可大。 小扰动随负荷的变化而连续发生，系统本身必须不断调整以适应变化的条件。系统必须有 能力在这些条件下令人满意地运行，在出现最大负荷时能成功地供电。系统还必须有能力
14 第2章电力系统稳定问题导论 在多种严重的扰动下保持运行，这些扰动包括输电线上短路、失去一台大发电机或负荷， 或者失去两个子系统间的联络线。系统对扰动的响应涉及大量设备。例如短路发生在关键 元件上随后被保护继电器动作所隔离，这将造成功率传送、电机转速和母线电压的变化； 电压变化将使发电机和输电系统的电压调节器动作；转速变化将使调速器动作；联络线上 负荷的变化可引起发电控制的响应；而电压和频率的变化则取决于各负荷的特性从而对系 统的负荷产生不同程度的影响。此外，用来保护单个元件的装置对系统变量变化的响应也 影响系统特性。然而，在任何给定条件下，只有有限数量设备的响应是至关重要的。因 此，通常作出很多假定来简化问题并集中于那些影响某些特定稳定问题的因素。稳定问题 的分类非常有助干对此的了解。 以下各节将通过适当简化的电力系统结构研究不同类型的电力系统稳定及相关概念。 使用理想模型对这些系统的分析将有助于认识每一类稳定问题的基本性质。 2.1.1转子角稳定 转子角稳定是电力系统中互联的同步电机保持同步的能力。这种稳定问题包活对电力 警有在视电英负华客支技专生州使地的牌精子统度发天 。同步电机特性 同步电机的特性和建模将在第3,4和5章中详细讨论。这里仅局限于同步运行的基 本特性 同步电机由两个基本部分组成，即磁场和电枢。通常磁场在转子上而电枢在定子上 磁场绕组用直流励磁。当转子由原动机（汽轮机）拖动时，恸磁绕组的旋转磁场将在定子 的三相电枢绕组上感应出交变电压。交变电压及定子绕组接负荷后产生定子绕组电流的频 率取决于转子的转速。因而电机的定子电气量的频率与转子的机械转速同步，故称“同步 电机”。 当2台或多台同步电机互联运行时，所有电机的定子电压、电流必须具有相同的频 率，每台电机转子的机械转速必须与此频率同步。因此，所有互联运行同步电机的转子必 须同步。 定子电枢绕组的物理布置（空间分布），应使流过三相绕组的时变交流电流，在稳态 运行方式下产生旋转磁场，以与转子相同的速度旋转（参阅第3章，3.1.3节）。定子和转 子磁场相互作用，产生电磁转矩。在发电机情况下，电磁转矩与转子的旋转方向相反，因 此必须由原动机提供机城转矩才能维持旋转。发电机电转矩（或功率）输出的变化只有通 过改变原动机的机械转矩来实现。增如机械转矩输入，将使转子相对于定子旋转磁场的位 置超前。相反，诚少输入机械转矩或功率，将使转子位置迟后。在稳态运行条件下，转子 磁场和定子旋转磁场具有相同的转速。但按发电机电转矩（或功率）大小的不同，它们之 间存在一个角度差