电力系统小干扰稳定性分析方法评述

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1、http://www.paper.edu.cn电力系统小干扰稳定性分析方法评述陟晶，樊正伟清华大学，北京(100084)E-mail:diametre@126.com摘要：本文详细介绍了电力系统小干扰稳定性的分析方法，评述了各种方法的原理并分析了它们的优缺点和适用场合，最后介绍了几种典型的电力系统小干扰稳定性分析软件，并比较了各种工具采用的分析方法和应用场合。关键词：电力系统；小干扰稳定性分析；低频振荡；次同步振荡中图分类号：TM7文献标识码：A0．引言互联电力系统可以提高发输电的经济性和可靠性，但是多个地区

2、之间电力系统的多重互联又诱发出许多新的动态问题，使系统失稳的可能性增大。小干扰稳定性和暂态稳定性、电[1]压稳定性、频率稳定性一起作为电力系统保持安全运行的基本要求，其特殊重要的地位逐渐为人们所认识。自从上世纪七十年代以来，世界上多个国家的电力系统都曾发生过因失去[2]小干扰稳定性而导致系统振荡或电压崩溃的严重事故，造成了巨大的经济损失，所以对小干扰稳定性问题的研究逐渐为人们所关注。如今，小干扰稳定性分析已经成为在电力系统的规划和运行中必须进行的重要内容之一。1．电力系统小干扰稳定性简介小干扰稳定性是指正常运

3、行的电力系统受到微小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后，恢复到它原来运行状况的能力，或者这种扰动虽不消失，但可用原有的运行状态近似地表示[3]可能的新运行状况。系统丧失小干扰稳定性表现为以下几种形式：(1)次同步振荡：电力系统中一种特殊的运行状态，此时系统的输电网络和发电机间以一个或多个略低于系统同步频率的自然频率进行着能量的交换。(2)低频振荡：由于系统中发电机阻尼转矩不足而引起的增幅转子振荡。电力系统中，低频振荡的频率一般在0.2~3Hz范围内。(3)单调不稳定性：在特定的稳态运行条件下，由于缺乏同步转矩而

4、造成的系统不稳定。在实际的大型互联系统中，小干扰稳定性问题通常是由于阻尼不足而引起的低频振荡问[4]题，而低频振荡问题又分为局部和全局两种：(1)局部问题可以分为以下几种：①只与一台发电机或一个单独的电厂相对于系统剩余部分的转子角振荡有关，这种振荡称之为局部电厂模式振荡。②与几台临近的发电机转子之间的振荡有关，这种振荡称之为机间或站间模式振荡。③其他可能的局部问题包括与装置的控制相关的模式的不确定。局部问题的典型例子是1992年发生在美国Rush岛（RushIsland）的局部振荡事件，一次偶然事故导致Rus

5、h岛电力系统与主网弱连接，同时Rush岛系统发生了持续的低频振荡，[1]后来通过电力系统稳定器消除了这次局部振荡。(2)全局问题：是由大量发电机组之间的相互影响而造成的，因而有广泛的影响，它们表现为一个区域里的一组发电机相对另一区域的一组发电机发生摆动的振荡，这种振荡称之为区域模式振荡。-1-http://www.paper.edu.cn区域模式振荡在国内已经发生了多起，例如2005年5月13日和9月1日发生在南方电网的频率为0.85Hz的振荡，2005年10月29日发生在华中电网的频率为0.77Hz的振荡。

6、2．电力系统小干扰稳定性分析方法对电力系统小干扰稳定性进行分析的方法大致可以分为以下几种：数值仿真方法、建立在线性模型基础上的分析方法、小干扰稳定域分析方法、非线性理论分析方法和计及模型不确定性的分析方法。2.1数值仿真方法电力系统可以用式（1）所示的一组微分方程描述，针对特定的扰动，利用非线性方程的数值计算方法，可以计算出系统变量x(t)完整的时间响应。dx=fx(())tdt(1)xx()t=tt=00数值仿真方法是电力系统暂态稳定性研究中广泛采用的方法，目前，有很多电力系统暂态稳定仿真分析软件，从理论上

7、来说，这些软件都可以用于小干扰稳定性的分析，但是这种应用受到了许多约束条件的限制：(1)扰动和时域响应观测量的选择对结果影响很大，如果选择不当，扰动将无法激励起系统中一些关键的振荡模式。在所观测到的响应中可能包含许多振荡模式，其中弱阻尼模式的响应可能不明显。因此，仅仅利用系统变量的时域响应分析各种不同振荡模式的阻尼特性，其结果的可信性令人怀疑。(2)为了清楚的反映出系统振荡的性质，常需要对长达数十秒的系统动态过程进行仿真计算，其计算量会很大。(3)时域响应无法充分揭示出小干扰稳定性问题的实质，很难利用仿真结果

8、直接找出引起系统不稳定的原因，并借此寻求相应的改进对策。2.2建立在线性模型基础上的分析方法对小干扰稳定性问题可以采用线性模型进行研究，这种线性模型是将描述系统动态行为的微分方程和代数方程在稳态运行点处线性化后得到的。目前，建立在线性模型基础上的电力系统小干扰稳定性分析方法主要有两种：以状态空间模型描述为基础的特征值分析法和以传递函数矩阵为基础的频域分析法。2.2.1特征值分析法[5]特征值分析法是