電力系統暫態穩定分析

鄭昭

摘 要：伴隨電力系統的快速發展，互聯電力網絡也越來越大，同時暫態穩定性問題越來越嚴重。一旦電力系統喪失穩定就通常會導致較長時間、較大范圍內出現停電現象而給人們的生產生活帶來不便和嚴重的損失，甚至傷害，導致系統瓦解。因此，暫態穩定是電力系統事故發生的重要因素。由此可以看出，對電力系統在暫態穩定進行分析和探究具有非常重要的價值，有利于促進電力系統運行穩定性和安全性的提升。

關鍵詞：電力系統；暫態穩定；影響因素；分析方法

一旦電力系統喪失穩定就通常會導致較長時間、較大范圍內出現停電現象而給人們的生產生活帶來不便和嚴重的損失，甚至傷害，導致系統瓦解。因此，暫態穩定是電力系統事故發生的重要因素。

1.電力系統穩定性概述

電力系統要確保能夠正常的運行，其系統的穩定性則是最為基本的前提和基礎，只有這樣，電力系統才可以持續的向各類用戶提供符合質量標準的電能。通常來說，根據其所承受的干擾程度的大小，可以將電力系統的穩定性分為暫態穩定和靜態穩定兩種，而本文中提到的暫態穩定分析則是對電動系統受到大的擾動之后，其系統中各發電機能否保持同步運行的能力進行分析。

2.電力系統暫態穩定水平的影響因素

通常來說，對電力系統暫態穩定造成影響原因有很多，比如電機出現的故障類型、繼電保護動作的時間以及點擊的運行方式等等。首先在同一種運行手段下，故障類型不同對暫態穩定造成的影響是也是不一樣的，例如，造成影響最小的是三相短路故障，而造成影響最大的則是單相接地出現故障。其次，在確保其它參數不變的狀況下，線路運行的方式對暫態穩定所帶來的影響是非常明顯的。再次，由于受微機保護，而使得故障切除的時間也不一樣，因此其對系統穩定所帶來的影響的不一樣，穩定程度隨著其變化而不斷的降低。

3.電力系統暫態穩定分析方法

從當前來看，對電力系統的暫態穩定進行分析的方式主要包括時域仿真法（也叫做逐步積分法）、直接法，以及人工智能分析三種。另外，有些研究人員還將小波用在對電力系統暫態穩定性進行分析上，也獲得了一些成就。

3.1時域仿真法暫態穩定分析

所謂時域仿真分析法（逐步積分法），就是對某種數值的解法進行充分的利用，通過計算系統的潮流解作為計算的初值，同時對于電力系統的機電暫態過程也要進行數值仿真，之后在依照仿真的結果來對指定干擾下的電力系統暫態穩定性進行分析。時域仿真暫態系統穩定分析法是就絕電力系統暫態穩定的最為主要的方式，它所提供的數學模型比較詳細、同時還可以提供出伴隨時間改變系統變量隨之改變的特征，因此對于各種模型或干擾都比較適用。然而時域仿真法也存在耗費機時較長、計算量過大的問題，對于實施穩定控制方面也不太適合，提供不了系統穩定程度方面的數據。

3.2直接法暫態穩定分析

20世紀50年代晚期，直接法暫態分析開始應用于電力系統當中。從50-70年代晚期學者們開始集中研究從數學角度上來構建一種可以反映出電力系統暫態狀態的嚴格的李雅普諾夫函數。在這個過程中，如果將轉移電導忽略的前提下，選用波波夫準則構建的Lure型就比Lyapunuv函數獲得更好的發展。然而因為在確定臨界切除時間上太保守，使得在進行塑模時，因為選用的是經典模型，用恒定阻抗來表示負荷，這樣如果網絡被化簡，負荷阻抗就會被吸收到導納矩陣中。所以如果轉移電導被忽略就會引起較大的誤差。真是引出上面問題的出現，直接發一直都發展比較緩慢。70年代末，80年代初，Athayt與Kakimo等人通過工作將直接法的發展帶入到了一個新的發展階段。尤其是在穩定域的確定方面，涵蓋了故障的實際軌跡與轉移電導帶來的影響，并構建了一個可以將系統物理特征反映出來的暫態能量函數，這在很大程度上改變了過去直接法的保守性。之后，對直接法的探究更是邁入了快速提升階段，出現很諸多新的方式，總得來說，直接法主要由經典模型和復雜模型兩部分構成。

3.3人工智能法暫態穩定分析

當前被提及到的人工智能網絡模型超過50余種。它是利用對人腦進行模仿而具備的能夠對并行、聯想能力、分布式存儲、以及自組織和自學習等方面進行大規模處理的能力等。人工智能系統最為基礎的作用是聯想與分類，而某一方面的特有的作用則是因為網絡中各個被連接到一起的系數和各神經元所激活的函數來決定的。

人工網絡系統在對暫態穩定進行分析時，通常充當穩定和不穩定模式的分類器或是當作形成穩定指標的函數模擬器。其好處是不用特意構建數學模型，也不用對非線性方程進行求解，因此回憶的速度較快，能夠對任意復雜的非線性關系進行模擬，訓練的精度非常高，并能能夠自學，這時對專家系統存在的缺陷的彌補。其缺點是對有限數量的樣本隨所組成的樣本集如何進行有效的選擇才可以概括進而到處所需的結果。

3.4小波分析

如果電力系統被擾動的幅度較大，這時其表面運行狀態中的各個電磁信號參數都會出現巨大的改變與振蕩。要對這一方面出現的突變信號進行處理，利用小波分析是一個較好的選擇。小波分析具有對微弱突變信號進行捕捉以及處理的能力，這是他最為明顯的優勢。通過利用將局部進行細化或放大的特征可以對各個變量中出現的微弱突變進行辨別與追蹤，從而可以精確地判斷出造成突變的局部地點和故障時間，這就從很大程度上使得電力系統暫態穩定的預測準確性和實時性得以提升。

通過以上四種電力系統暫態穩定的分析法我們發現，時域仿真法具有可靠、安全的特征，對于電力系統動態穩定的分析也是最為有效成熟，然而由于其計算量過大，對于實時控制則不太適合。直接法計算的速度較快，具備在線應用的前景，可以對暫態穩定的程度進行定量分析，但到現在為止，還沒出現過一種直接法能夠在模型分析的詳細程度上、準確度方面和可靠性上可以和常規的時域仿真法進行比較，所以將多種分析法相結合，共同運用則是電力系統暫態穩定分析今后發展的趨勢。