一、電力系統穩定概述和分類

穩定的分類其實至今為止都沒有一定統一的定論，歐洲和美洲很多都不一樣，有傳統的分類也有現在的分類。姑且按我自己的想法梳理。

電力系統穩定分為三個電量的穩定：電壓穩定、頻率穩定、功角穩定。

功角的穩定又分為三種：靜態穩定、暫態穩定和動態穩定。

其中，靜態穩定是系統受到小擾動后系統的穩定性；暫態穩定是大擾動后系統在隨后的1－2個周波的穩定性；動態穩定是小擾動后或者是大擾動1－2周波后的，并且采取技術措施后的穩定性。

上述三個穩定性概念，采用一個碗中放置一個球，用這個球在受到外部作用后是否回到原來的位置來比喻說明：

一個碗中放一個球，當這個球受到外部的一個小力量，它就偏離原來位置，如果這個碗高度很矮，矮的像一個盤子，這個球就有可能從碗中掉下來，我們就說這個系統靜態穩定不足。事實上，電力系統的小擾動不斷在發生，碗中的球也就在碗底不斷的在滾動，碗的高度越高，這個系統的靜態穩定極限就越大，系統也就越穩定。

當碗中的球受到一個大的外部力量，這個球能否還在碗中就是系統的暫態穩定問題。提高系統暫態穩定的最主要措施就是快速的繼電保護。繼保的作用就相當于減少這個外部力量的作用時間，繼保越快，外力的作用時間就越短，這個球就不會一下子掉下來。而自動電壓調節器此時作用相當于自動改變這個碗的坡度，當這個球上升時增加坡度，當下降時就減少這個坡度，使這個球在碗中滾動幅度迅速減小。

如果這個碗和球之間的摩擦很小，這個球受到擾動后在碗中來回滾動時間就很長，特別是，如果這個擾動的外力不斷的來回施加，就比如我們不斷的蕩秋千，這個球就永遠不停的來回滾動甚至掉下來，我們就說這個系統的動態穩定性差。這里的摩擦阻力相當于電力系統的阻尼，這個來回不斷施加的外部力量就相當于自動電壓調節器產生的負阻尼。一般來說，自動電壓調節器在電力系統的動態穩定中起壞作用，產生負阻尼，使整個系統阻尼減少。當我們在自動電壓調節器中增添PSS裝置，PSS就把自動電壓調節器原來所產生的負阻尼變為正阻尼，相當于增加碗和球的摩擦系數，使球的滾動幅度快速減小，于是這個系統的動態穩定性就滿足要求。

《電力系統安全穩定導則》規定我國電力系統承受大擾動能力的標準分三級：

第一級標準：保持穩定運行和電網的正常供電［對于出現概率較高的單一元件故障，不采取穩定控制措施］；

第二級標準：保持穩定運行，但允許損失部分負荷［出現概率較低的嚴重故障］;

第三級標準：當系統不能保持穩定運行時，必須防止系統崩潰，并盡量減少負荷損失［出現概率很低的多重性嚴重事故］。

國網的安全穩定三道防線總體上應滿足三級標準要求。

繼電保護是第一道防線，但第一道防線的正確動作并不一定能完全滿足穩定導則中規定的第一級標準，例如，一些聯系相對薄弱的電網連單瞬、單永故障都存在問題，需要采取穩定控制措施來提高電網的送電能力；

穩定控制系統是基于對電網的穩定分析而配置的，它只針對預想的運行方式、預定的故障類型，如果出現了預想以外的方式或故障，則穩控系統不能保證電網的穩定性，即第二道防線是人們主動出擊采取的措施；

第三道防線則是兜底的，凡是多重故障、預想之外的事故導致系統失去同步或頻率、電壓異常，由第三道防線的裝置采取控制措施，防止事故擴大，防止系統崩潰，即第三道防線是被動應對大事故的手段。

電力系統穩定控制階段示意圖如下：

二、電力系統功角穩定

前面已經說過，功角的穩定分為三種：靜態穩定、暫態穩定和動態穩定。

在設計和運行系統中，主要對如下三個方面的穩定性進行計算。第一類：：最大量的分析計算是暫態穩定性。由于系統的運行操作和故障是大量地經常發生的，因此，對暫態穩定性的正確評估，對于電力系統的安全運行具有第一等重要意義。第二類：較少的是計算分析長距離重負荷線路的靜態穩定裕度。出現靜態穩定問題的情況，多屬單機對主系統模式或單機經大環網分別接入系統模式。第三類：最少但最引起研究人員興趣的是動態穩定的計算分析，即判定是否出現周期性失穩的問題。由于這種穩定破壞并非常見，在實際系統中，往往都是在事件發生后才去認真分析并尋求對策。

一般情況下，系統的暫態穩定水平低于系統的靜態穩定水平，如果滿足了大擾動后的系統穩定性，往往可同時滿足正常運行情況下的靜態穩定要求。但是，保持一定的靜態穩定水平，乃是取得系統暫態穩定的基礎和前提。有了一定的靜態穩定裕度，就有可能在嚴重的故障情況下通過一些較為簡易的技術措施去爭取到系統的暫態穩定性。不保持靜態穩定，系統無法運行；而在某些特殊情況下，例如大發水電和事故后運行方式下，卻需要也可以降低系統暫態穩定水平而短期地運行。這種臨時做法合乎邏輯的理由是。影響系統暫態穩定最為嚴重的短路故障，具有概率性質，因而可以認為不會在那樣的短期運行期間，又同時發生足以招致失去暫態穩定的嚴重故障。

三、電力系統靜態穩定

也可以叫小干擾穩定（這塊說法不一，可以這么認為）。

靜態穩定是指電力系統在某一正常運行狀態下受到小干擾后，不發生自發振蕩或非周期性失步，自動恢復到原始運行狀態的能力。靜態穩定問題實際上就是確定小擾動下系統的某個運行穩態點能否保持。系統小干擾穩定性取決于系統的固有特性，與干擾的大小無關。（若電力系統受到小擾動后，在較長過程中，在自動調節和控制裝置作用下的穩定問題，則被劃為動態穩定問題，姑且在這塊先介紹了）。

電力系統受到小擾動之后可能出現的不穩定通常分為兩種形式：

由于缺少同步轉矩，發電機轉子角逐步增大，滑行失步；

由于有效阻尼轉矩不足，轉子增幅振蕩。欠阻尼振蕩;低頻功率振蕩問題；

電力系統包含許多機電振蕩模式，其頻率通常為0.1~2.0Hz，所以常稱為低頻振蕩

區域間振蕩模式（0.1~1Hz）

區域內振蕩模式（1~2Hz）

小干擾穩定性問題通常是由于系統阻尼不足引起的一種增幅振蕩，小干擾分析法主要是用特征根法，根據受擾動運動的線性化微分方程式組的特征方程式的根，判斷是否穩定的方法。

問題實質在于：如果小機組擾動的頻率接近主網系統的固有機電諧振頻率時會激發產生“共振”現象，使主網聯絡線的振幅愈來愈大，好像低壓電網小機組產生的相對系統來說不大的一個功率振蕩（搖擺），在主網內被“放大”了。

以華中電網2005年”10.29”功率振蕩為例：

振蕩頻率為0.77Hz。

華中電網大部分500kV線路出現功率擺動，三峽外送系統振蕩幅度較大，其中斗雙線振蕩最大，振幅為730MW左右。

鄂西北電網振蕩現象明顯，有多臺小機組（總計40MW）被迫解列。

機組中，三峽電廠機組振蕩最大，左二單機振幅（峰峰值）達到270MW。

500kV中樞點中，左二500kV母線電壓振蕩最大，振幅為40kV。

初步結論為：湖北西北電網由弱阻尼引發的同步振蕩導致主網相近頻率強迫振蕩的可能性較大，但需對湖北西北電網阻尼變化敏感因素作進一步分析，也需要進一步研究系統發生強迫振蕩的機理。

控制改善小干擾穩定性的研究方面，應區分不同的振蕩模式，找出其不穩定的原因，有針對性地選擇合適的控制措施。特別是聯絡線振蕩模式的控制措施。要建立系統小干擾穩定性準則，如所有關鍵振蕩模式阻尼比不低于3%，聯絡線或關鍵輸電斷面的傳輸極限等。在對實際系統大量研究的基礎上，確定避免系統發生小信號不穩定的調度方案。軟件計算一般也針對這些要素進行校核。

計算過程中，主要是分析對外網的變化（如斷面潮流和方向）對區域電網的動態特性（特征根、阻尼比）的影響，然后對弱阻尼的振蕩模式提出機組PSS等措施，以免電網發生低頻振蕩。下為小干擾分析模態圖。

四、電力系統暫態穩定

1、暫態穩定標準

用來考慮大擾動對系統穩定運行的影響，是暫態穩定問題。迄今為止，各國電力系統仍然利用發生規定擾動這樣的決定性方法來判斷系統的暫態穩定性。實際發生過的系統大擾動模式多種多樣。有的由于多種異常狀態同時或相繼出現而使整個擾動模式極為復雜，而普遍地規定用于設計和生產運行系統暫態穩定性的考核的擾動方式，則極為簡單。例如。最常用的是單一的某電力元件無故障突然開斷以及因短路故障斷開等，同時認為相應的繼電保護及自動裝置動作正確。

擾動可按擾動嚴重程度和出現概率分為三類：

第I類，單一故障（出現概率較高的故障）：a.任何線路單相瞬時接地故障重合成功；b.同級電壓的雙回或多回線和環網，任一回線單相永久故障重合不成功及無故障三相斷開不重合，任一回線三相故障斷開不重合；c.任一發電機跳閘或失磁；d.受端系統任一臺變壓器故障退出運行；e.任一大負荷突然變化；f.任一回交流聯絡線故障或無故障斷開不重合；g.直流輸電線路單極故障。

第II類，單一嚴重故障（出現概率較低的故障）：a.單回線單相永久性故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；b.任一段母線故障；c.同桿并架雙回線的異名兩相同時發生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時跳開；d.直流輸電線路雙極故障。

第III類，多重嚴重故障（出現概率很低的故障）：a.故障時開關拒動；b.故障時繼電保護、自動裝置誤動或拒動；d.自動調節裝置失靈；e.多重故障;f.失去大容量發電廠；g.其他偶然因素。這塊目前國內也越來越重視，穩定規定導則里面提到，但是具體分類沒有這么多，省級調度運行方式對這塊校核也不夠，但以后應該會有這方面的預案。

校核暫態穩定，只需要按照規定的故障形態進行系統動態過程計算，當判定在擾動去除后系統可以達到新的或恢復到原來的平衡狀態，就可以認為滿足了要求，而不必再考慮其他額外的裕度。這是因為在計算過程中已隱含了足夠的安全裕度，如下（本文不涉及具體怎么計算，畢竟我們也是用BPA之類的軟件計算）：

作為慣例，進行暫態穩定計算時，要求選擇在實際可能的最為不利的一系列運行方式，在最不利的地點發生金屬性短路故障，按給定的故障切除時間（正常情況下總是略大于實際值）等所有不利條件的組合作為前提條件。顯然，必然較之實際情況嚴格，而具有較大的安全性。

作為設計與生產運行系統的暫態穩定性校核，總是忽略短路電流中的直流分量所產生力矩的影響，進一步使短路故障形態下的校核結果偏于保守。

暫穩措施目前采用的主要有切機、切負荷、解列聯絡線；電氣制動、快關氣門、直流調制等措施應用較少。

2）提高系統暫態穩定水平的一次措施

串補：串聯電容補償，這個之前無功那塊提到過，但是那不是主要的，其主要作用還是暫態穩定方面，至于串補如何提高暫態穩定性和增加線路輸送極限的內容，教科書上都有就不提了，近年來用的比較多的可控串補后續部分再說，其他和串補相關的有以下幾點：

串聯電容補償只適用于送端和受端兩端系統都比較強大的情況。此時線路阻抗占有整個聯絡阻抗的主要成份，因而對它實現串聯補償能顯著減少到系統的綜合阻抗，以取得提高送電容量的效益。但采用串聯補償也有一些特殊的問題。例如，如果采用串聯補償的補償度較大，將使傳統的作為基本保護的距離保護的正確動作發生困難，而不得不采取特殊措施;串聯電容間隙非對稱擊穿，將影響零序電流保護的正確和有效動作;串聯補償站本身和對串聯電容的保護也是特殊問題，近年來開發的氧化鋅閥片用作串聯電容的過電壓保護，不但可以減化結構，還能比較好地充分發揮串聯電容在故障切除后加強系統暫態穩定的作用;而如果在汽輪發電機組的高壓配出線路上采用串聯補償，則必須研究和采取措施防止發生次同步諧振的可能性。

所謂次同步諧振，即當汽輪發電機接在經串聯補償的輸電系統時，如果電系統的串聯諧振額率Fe和發電機組軸系的某一扭振頻率Fm對運行頻率（例如50Hz）接近互補的話（Fe+Fm=60Hz），則電系統將與發電機組軸系機械系統間相互交換振蕩能量，使振蕩逐漸增大直至機組軸損壞。而對于水輪發電機組，由于水輪機的轉動慣量遠小于相聯發電機的轉動慣量，機械部分的反作用極小。因而不致發生次同步諧振問題。

其他的一次措施，比如中間并聯補償、增加開關站、增設線路，但都沒有串補來的普遍。

3）提高暫態穩定水平的二次自動措施

實際工程中，二次措施在提高暫穩水平上，更為有效。

快速切除故障

系統的暫態穩定問題，主要出現在電廠的配出線上。而快速切除故障，則是提高線路暫態穩定性的最有效措施，它也是其他安全自動措施得以發揮作用的前提條件。

電力系統原理上，即快速切除故障，增大制動能量面積，增加系統暫態穩定性。

在一般的系統情況下，加速切除故障對提高極限送電功率水平的作用。隨電網結構與電廠在系統中所處位置而異，但可以認為，它對于要求傳輸大功率的長距離線路，效果特別突出。我國電力系統的實踐說明，有的系統僅加速了電廠出口附近的短路故障切除時間，就取得了保持三相短路后的暫態穩定性：有的系統在適當地加快故障切除時間的同時，取消了原來需要的電氣制動，同樣取得了良好的暫態穩定效果。對于弱受端系統（受端系統電源較少。聯系比較松散），縮短輸電線路的故障切除時間、更可以獲得較大暫態穩定效益，某些情況下，你把故障切除時間從0.12S縮短到0.1s，可以代替切100MW負荷的效果。

所以故障極限切除時間，也是電力系統穩定相關工程中需要關注的內容。

在我國現有條件下。可能達到的最快故障切除時間是多少，近端故障的切除時間將不大于0.1s，而遠端故障切除時間則為0.1s或0.12s。根據需要，還可以做到近端故障不超過0.08s。具體的故障切除時間，國網的工程要按照國家電網安全穩定技術規范里面規定的值來分析。

自動重合閘

自動重合閘的重要作用、不僅在于恢復因故障斷開的線路，更是在連續故障情況下保持系統完整性、避免擴大事故的重要手段。1977年的第二次紐約大停電，是多回線連續故障引起的。在事故過程中，一問345kV電源線路因合閘角的整定過小（為了減少對1000MW機組的沖擊）而拒絕自動重合閘與禁止手動合閘。否則，也許這次造成重大社會損失的系統大停電事故就可能避免，事后不久。就把該合閘角改大了。自動重合閘的一些問題：

1）合理選用重合閘時間：可以顯著地提高重合于故障未消除線路上時的系統穩定性。具體分析還是和制動能量面積有關，教科書內容就不詳述。不論是單相的或三相的重合閘，當重合到故障未消除的線路上時。將顯著地減低系統的穩定水平，而采用最佳重合閘時間的單相或三相重合閘，即使重合到故障未消失的線路；對系統的穩定水平將不會有較大的惡劣影響。與不進行電合閘的情況基本相近。

分析結果說明，重合時間可以按最大送電功率情況考慮最佳條件整定。一般地說，傳輸重負荷時，初始角大，故障后的搖擺周期較長：而在同樣的系統結構條件下，傳輸輕負荷時，初始角較小，故障切除后的搖擺周期變短。因而在較輕的傳輸負荷情況下，滿足最佳重合時間的重合閘時間將變短。計算結果證實，即使在輕負荷時偏離最佳重合間較多，一般也無礙于系統的最終穩定。

2）220kV線路的重合閘方式：220kV網絡較為緊密，一般采用三相重合閘方式，這種方式好處甚多，如重合閘裝置本身簡單可靠，繼電保護的整定配合比較方便。發生接地故障時，一側先跳開后，另一側往往可能由零序電流保護相繼快速切除故障，起到部分高頻保護的作用等。實際系統中的大環網或重負荷單回線上，才宜于按需要整定單相或三相快速重合閘。

在這樣特殊的電網結構與運行方式下，當線路發生單相或多相故障，如果任其斷開而不進行重合閘。系統將失去穩定。而如果線路只是短時斷開，依靠成功的快速重合閘使電網得以快速恢復原來的正常接線，則可能保持系統的暫態穩定。對于這種情況，采用重合時間滿足需要的快速重合閘，當然是合理的。但如果重合到故障尚未消除的線路上、系統失去穩定則是無疑的，這時只好依靠后備措施來中止振蕩、或者切機、切負荷等防止失去穩定。

3）500kV線路的重合閘方式：由于500kV線路傳輸的功率占系統容量的比重大。以及線路故障仍以單相瞬時故障占大多數，而保持這些線路安全運行的有效措施應是采用單相重合閘。和220kV線路不同，在500kV線路上采用單相重合閘必須考慮的一個重要問題是，故障點能否快速自滅弧（中性點小電抗）。

切機方案

保持電電力系統同步穩定性的最根本前提，在于保證線路的傳輸能力總是大于系統通過它傳輸的最大功率。所以線路發生故障引起傳輸能力不足時，必須切機，才有可能保持系統的繼續穩定運行。

無論國內外系統，都已把水電廠切機作為常用的對付上述問題的一種有效手段，并早已取得成功的經驗。而火電廠切機則未見廣泛采用。

發揮切機的作用，另一關鍵問題是希望在故障發生后盡快可能加速切機時間，切得愈慢。效果愈差、等到其他機組已步入失穩邊緣，再切機也無濟于事了。為了加速切機時間，最好動作于動作快的機組變壓器側高壓斷路器，而不是低壓側慢動作的發電機斷路器。另外，為了快速降低火電機組的功率，快關汽門是一個好辦法。

合理調整系統運行接線

加強受端系統、適當分散外接電源，不但是建設一個安全穩定電網所需遵循的原則，在有條件而又需要的情況下，也不失為運行系統一種重要的穩定措施。

由遠方電源送來主要電力的系統條件。這種系統運行接線的穩定問題，往往由于受端母線電壓因缺少本地電源支持，在故障后系統的功率搖擺過程中，不能保持有較高水平；更可能在搖擺過程中受端母線電壓因電壓崩潰而不斷下降，造成受端電源與外地電源間失步。在運行系統中改善這種不穩定現象的辦法之一是，將受端系統中的停運機組改調相機運行，以增大受端母線短路電流水平，從而使受端母線能在搖擺過程保持較高電壓。而更為有效的措施則是盡可能設法將遠方電源分開，讓這些電源支路直到受端系統母線處才并聯運行。這樣，當任一送電支路發生故障，其他的電源支路，都將作為受端系統電源對受端母線電壓提供支持，保證受端電壓得以處于較高水平，從而顯著地提高系統的穩定性。

切集中負荷

切集中負菏，可以提高系統運行頻率，可以減輕某些電源線路的過負荷、可以提高受端電壓水平，因而都有利于系統的安全穩定運行。但是集中切負荷對用戶的影響太大，而且由于遠方控制可能帶來的誤操作，更加劇了它的副作用，因而使用時要慎重。減少和避免誤切負荷的可行辦法之一，是增加被切負荷的某種參量（例如電壓降低）的就地判別監控，只有當本地的判別元件動作而又收到遙切命令時才執行。

快速勵磁

快速勵磁一直是一種提高暫態穩定的常用措施。在弱傳輸系統中、在規定的故障切除時間下。快速勵磁對提高暫態穩定條件下的線路極限傳輸功率很有好處，具體效果視具體條件而定。采用快速勵磁時，當配出線路發生短路故障后，可以立即給發電機轉子回路提供極限勵磁電壓，在故障切除后，發電機的端電壓可以很快得到恢復乃至短時超過額定值，即增大制動面積，從而提高了系統的暫態穩定，線路允許傳送的極限功率得以增加。

但只有在極弱的聯絡線上傳輸較大功率時。快速勵磁才能顯出一定效果，比之于快速切除故障，快速勵磁對暫態穩定效益不大的根本原因，在于它所能增加的制動面積的作用，很難和減少故障切除時間所取得的雙重效果相比擬。

實際電網中，電力系統暫態穩定控制過程如下：

五、電力系統動態穩定

動態不穩定（不衰減的電磁振蕩），在世界各國的其他電力系統中多次發生過。基本三種情況，即發電機組經長距離線路接入系統，弱聯系的系統間及長鏈型結構的系統。

產生動態不穩定的根本原因，是系統的阻尼力矩為負。發生無論大或小的擾動引起的系統振蕩，均因之而使振蕩逐漸發散。或者引起系統間的解列，或者由于系統中某些參數的非線性而使振蕩的幅值最終趨于某一定值。

國內外發生動態失穩的原因，經分析絕大多數都是由于電壓調節系統的負阻尼效應。

在國內外系統中，當發生動態失穩時，往往事先沒有準備，只得采取應急措施。實際采取的臨時有效措施有如下三點。1）降低發電機有功輸出，以減小配出線路或系統間聯絡線的傳輸功率（但也有過聯絡線傳輸功率極小時突然發生動態失穩的事例）2）提高發電機端電壓。3）將電壓調節器退出運行，或降低放大倍數等等。

而抑制動態失穩的最有效辦法是在電壓調節器的輸入回路中引入能反應發電機轉速變化的附加環節，并做到發電機端電壓的變化能夠與轉速變化同相，以達到由勵磁系統提供正阻尼力矩的最終要求。實際引入電壓調節器的這個附加量，引入反應轉速的這個電壓調節器附加環節，在美國叫電力系統穩定器（PSS），在歐洲叫附加反饋（AF）。

動態穩定，其實是一個很好的研究方向。它包括：選擇安裝PSS的關健發電機位置;選擇反應母線電壓頻率或轉子轉速，或輸出功率作為PSS裝置的信號栩入，以及確定主導的振蕩頻率與PSS回路參數的合理選擇等等，都有許多學問可做。但實際發生的動態失穩事故，卻往往難予預計。

六、電力系統頻率穩定

頻率反應了電力系統中有功功率供需平衡的基本狀態。

電力系統運行頻率偏離額定值過多，會給電力用戶帶來不利影響，而受影響最大的，當首推發電廠本身，當供電頻率下降時，從而使發電機輸出的電功率減少，更加劇了供需間的不平衡，進一步促使頻率下降，甚至造成發電廠全停。

主要寫的是低頻減載方面的內容。

1）低頻減載準則

在電力系統中，必須配置按頻率降低自動減負荷裝置，使保留運行的負荷容量能隨時與運行中的發電容量相適應，以保證在突然發生有功功率缺額后，能迅走使系統頻率恢復到接近傾定值。設計與整定按頻率降低自動減負荷的準則，主要考慮如下：

如果沒有特殊要求，一般宜限制下降到低于某一低頻值（例如47Hz）的時間在任何情況下都不大于某一規定時間（例如0.5s）

在任何可能情況下的頻率下降過程中，應保證系統低頻率值與所經歷的時間，能和大機組的低頻保護相配合，保證這些大機組繼續聯網運行，避免事故進一步惡化。

因負荷過切引起的系統頻率過調，最大不得超過某一定值，例如51HZ，避免引起系統中大型機組的過頻率保護跳閘。這點實際發生過很多切負荷過頻事故。（過頻這時就要自動切機了）

2）小系統失去大電源

小系統失去大電源有兩種小系統失去大電源的情況。一種是終端系統由主系統供應相當大比重的電源，另一種是新建立的電網，小系統裝大容量機組。當失去主系統電源或大機組時，系統的有功功率缺額可能大到50%以上乃至百分之數百。這是一種特別嚴重的情況。我國的運行經驗證實，當有功功率缺額過大時，在發生頻率崩潰的同時，還可能發生電壓崩潰，甚至電壓崩潰快于頻率崩潰，出現電壓全面降低，運行機組全面過電流而系統頻率下降并不突出嚴重的現象。顯然，在這樣的特殊電網條件下，對付如此大有功功率缺額的辦法。不能再是一般的低頻減負荷。實踐經驗說明，正確處理這種事故的辦法，是按照預先安排好隨時準備著的電網運行接線（例如安排好電源與負荷相適應的解列母線），當失去主電源大機組的同時，自動或聯鎖切除相適應的集中負荷。

頻率穩定這塊確實涉及不多，所以內容也不夠豐富。

七、電力系統電壓穩定

電壓穩定這塊比較復雜，很多東西也沒有定論，所以自己對這塊也只是略知一二。

很多在之前的無功補償和電壓調整里面提到過，主要寫些其余的東西。

導則里將電壓穩定定義為：電力系統受到小的擾動或大的擾動后，系統能保持或恢復到容許的范圍內，不發生電壓崩潰的能力。這樣來說，電壓穩定也分靜態、暫態和動態三方面。具體意思和前述功角的差不多。

全球范圍內，大部分大停電事故發展到某個階段，都由于引起了電壓崩潰問題，然后導致嚴重后果，其核心問題，還是無功不足，具體還是以下：

重負荷運行狀態下系統負荷持續增加，系統運行備用（特別是無功）緊張，傳輸線潮流接近最大功率極限。

大的突然擾動，如失去發電機組、輸電線相繼跳閘等。？有載調壓變壓器ULTC負調壓作用。

發電機過勵限制器OEL。

繼電保護、低頻減載等缺乏協調是導致電壓不穩定的一個重要原因。

弱連接的交直流系統。

電壓崩潰通常顯示為慢電壓衰減，這是由于許多電壓控制設備和保護系統作用及其相互作用積累的結果。在許多情況下，電壓不穩定和轉子角不穩定是相互耦合的。

科研學術中很多理論運用于電壓穩定研究中，比如分叉理論，但是實際工程中，還是一些比較普遍的方法。

首先是靜態分析法，主要是計算一些指標，結合QV曲線來分析電壓的安全穩定裕度。比如靈敏度法，dQ/dV節點判據等，一般可根據軟件潮流計算，并結合一定指標分析電壓靜態安全穩定。

至于動態分析法，電壓穩定從本質上而言是一個動態問題，比較典型的有時域仿真法。電壓的暫態穩定和功角穩定處于一個時間框架；至于動態穩定則持續較長時間，國際上發生的一些事故都屬于此類。

舉一個例子：大型發電機組跳閘，接著一條500KV重要線路跳開。

暫態分析看出：事故后20s內，頻率和電壓經過搖擺后穩定；電壓有所下降。系統顯現了比較樂觀的響應。

動態分析來看，是一個長期的時間框架，考慮負荷，發電機，ULTC，勵磁保護，AGC，氣機等。模擬下比較壞的情況：

調速器動作，增加發電功率（有差調節）―――AGC作用，全網功率再調度―――加重了電網的壓力（原因：按經濟調度的原則，而不是按最合適的地點。這樣，有些線路可能壓力加大）；

電壓下降導致負荷功率下降（考慮負荷電壓靜特性）―――功率過剩―――頻率升高―――AGC作用，降低發電功率。

80s后，一些達到無功極限的發電機的OEL動作，使Qlimit致Qnominal―――進一步電壓水平下降。其它發電機增加無功輸出。

120s后，負荷動態和ULTC二者動態結合導致系統電壓下降―――被AGC進一步被加劇（AGC減少發電功率以降低頻率，而降低發電功率的發電機正好位于負荷中心―－相當于負荷過重，需要無功支持加大―――電壓下降；）

160s后，另外一些發電機由于OEL作用而使Qlimit致Qnominal，減少無功輸出，加大了和加速了電壓下降―――發電機失步，低壓保護而失去一些發電機。

電壓崩潰，頻率失穩。

功角不穩定和電壓不穩定經常同時發生，一種形式的不穩定可導致另一種形式的不穩定。提高電壓穩定性的控制措施主要有發電機無功控制（勵磁控制）、低電壓切負荷、靜止補償設備（SVC、STATCOM）等，低電壓切負荷措施是電壓緊急控制最基本而有效的措施。對于復雜電網，僅靠分散安裝的低壓切負荷裝置往往不能有效解決電壓穩定問題，需要配置多個廠站的電壓穩定控制系統，根據多個相關站點的電壓水平及系統的運行狀態（包括故障）來進行決策。

八、失穩對策

所有國內外重大系統事故的產生，幾乎都是由系統失去穩定而擴大，因無預定對策，而后發展為災害性后果的。長期的運行實踐證實。不管對系統穩定性的要求如何嚴格、措施如何完善，總可能因一些事先不可預計的各種偶然因素疊加，產生穩定破壞事故。而過份提高對系統穩定性的要求。需要大量的投資。一個較弱而有措施準備的系統，會比較強而無措施準備的系統有更好的運行效果。

當主系統發生隱定破壞后，關鍵問題在于如何能合理而快速地平息振蕩，和最快地使系統恢復正常。將振蕩著的兩側系統解列，可以平息振蕩，但要在失去同步的系統中實現合理的解列，必須滿足兩個基本條件：1）解列后的兩側系統必須各自能保持同步運行；2）解列后兩側系統的有功無功供需能夠基本平衡。很明顯，不同時滿足這兩個條件的解列，只能給系統帶來更大的混亂，必然以長時間大面積停電而告終，這是國外和國內都不止一次出現過的情況。

故障下選擇性解列，或者保持系統的完整性，一直是業內討論的問題，沒有定論。

我國系統長期的運行實踐說明，對付系統振蕩的有效辦法，是在系統振蕩時盡可能保持整個主系統的完整性，不因振蕩而使線路及機組亂解列，同時對送端電廠即時壓出力，就可以快速平息振蕩，因位于振蕩中心附近而甩掉的部分負荷也可以因此而快速恢復供電，從而恢復系統的正常運行。

平息系統振蕩的有效措施，是壓送端機組出力，增加受端機組出力，使系統中機組逐漸按同一平均頻率運行。在一個復雜系統中，在不同的事故情況下，一個電廠所處的送受端位置可能變化。壓錯了實際位與受端的水電機組出力而使振蕩加劇的情況，在我國，不只在一個系統中發生過，因而延長了平息振蕩的時間。因此，需要用自動裝置來判別。

系統持續振蕩。在接近振蕩中心的部分負荷會因電壓的周期性嚴重降低而自動或手動地被切除。但是，只要系統結構完整，機組保留運行，一當振蕩平息時，這些被切掉的負荷就可以迅速地恢復供電，這比之于系統全停后的負荷恢復，結果當然更好。

另一個問題，系統持續振蕩對大型發電機組有何嚴重影響。要求振蕩時機組不解列，作短時間失步運行，特別對大型汽輪發電機組說來，能否造成嚴重的后果？

CIGRE的結論為：從兼顧系統安全與機組安全，建議：可以允許汽輪發電機在一定條件下作短時間的失步運行。這個條件可以簡要地按在失步過程中振蕩中心是否多次落入發電機升壓變壓器乃至發電機本身為標準，允許的振蕩次數可考慮訂為20次跳閘。

最后一點就是關于系統解列點的，是否需要與如何形成準全國性質的統一電網，安排解列點是其中需要認真研究的一個重要問題。失步解列是電網第三道防線的重要組成部分。

關于解列點的選擇：目標是在預定的解列點將電網解列后系統失步振蕩現象被消除，電網的解列點應盡量選在網間聯絡線。系統解列后形成送端與受端兩部分電網，各部分電網內的功率一般不可能平衡，送端電網通過切機、減出力，受端電網通過切負荷措施可保持各部分電網的頻率或電壓的穩定性。在解列點選擇時應盡量把帶負荷的變電站或本站的負荷留在送端電網一側。

最佳的解列時刻：系統發生失后應盡快將電網解列，但判斷系統失步的判據是系統送受端兩個等值機的功角擺過180度，因此最快的解列時刻是功角過180度那一時刻（聯絡線兩側母線電壓相位差也是180度）。

至于失步解列判據，相對比較理論，而且很多方法無法統一，一般采用振蕩中心兩側母線電壓相量直接比相原理，當兩側母線電壓相位差軌跡超過180度時認為系統失去同步，且振蕩中心在兩個母線之間。

除了上述綜合解列之外，低壓解列也是三道防線的組成部分，暫穩問題發生后，如沒有穩定控制措施或穩控拒動，系統的暫穩問題就會轉變為電壓穩定問題。此時由于電壓下降速度太快，常規的低壓切負荷裝置及低壓解列裝置可能因dU/dt過大而被閉鎖；而系統的功角又沒有擺開，即不會出現失步振蕩的特征，常規的失步解列裝置也動作不了，系統面臨電壓崩潰。設置專用的低壓解列裝置可解決上述問題；系統解列后電壓穩定問題消失轉為送受端電網的頻率穩定問題，處理起來相對簡單的多。

九、全停后系統恢復

作為電力系統安全措施的最后一條，是準備如果發生系統全部停電或者發生大面積停電的重大事故后，如何能夠快速恢復系統和對廣大用戶的供電。在現代電力系統中，都制訂了適合本系統情況的全停后的系統恢復方案。

不同的電力系統有不同的具體特點，但在恢復系統的過程中，都有一些共性問題。

1）起動電源。在分區進行恢復的某個區域內，都必須有起動電源。水電機組用作起動電源最為方便。可能的問題是如果機組容量較小，又經長距離高壓線路接入系統時，可能產生自勵傲或末端電壓過高，但如果能事先接入某些負菏，一般的過電壓問題題都可能得到緩解。火電機組也應當能作為起動電源，問題是要具有熱態再起動的能力。而關健在于把握好某些允許的時間間隔。

2）無功功率平衡。在超高壓電網的恢復過程中，無功功率平衡是一個嚴重問題。一般說來，有兩種可能的恢復電網的做法：一種做法是避開線路充電和電壓問題，按系統發展過程的相同順序恢復系統，將超高壓電網置于最后恢復。但這種做法的明顯缺點是相當程度地延長了整個的恢復時間。另一種做法是先恢復超高壓電網，優點是可以加速系統的恢復，但必須對操作順序進行細致安排。例如在超高壓線路充電前：①先安排接入一定容量（最好是低功率因數）的負荷;②將并聯電抗器先接入線路;③斷開靜電電容器;④將發電機端電壓置于廠用電允許的最低電壓值同時將自動電壓調節器投入運行并將變壓器電壓抽頭先調到合適位置等等。實施這些步序，能否保證安全，不發生過電壓問題，當然需要事先的仔細研究分析。

3）有功功率平衡。為了使起動電源能在最低負荷水平下穩定運行和保持網絡電壓有合適的水平，一開始往往需要及時適當地接通一定容量的負荷，但又只能少量增加負荷，以保持運行頻率在合理的允許范圍內。因此，一般往往首先適于恢復較小的直配負荷，而后逐步地帶較大的直配負荷與電網負荷。受按頻率降低自功減負荷控制的負荷，理應只在最后階段恢復。國外幾個電力系統的經驗數據為負荷量不大于發電量的5%即可滿足要求。

十、系統穩定對繼電保護的要求

這里講的繼電保護應包括保護裝置與相關的通道、二次回路。

1）在被保護的元件沒有故障或故障發生在區外時應不誤動作。

由于通道接受與發送時延的不一致引起的光纖縱差保護誤動、由于交流串入直流電源回路引起保護及遠跳裝置誤動、由于線路過載引起的距離三段誤動作等事故國內近幾年仍多次發生，有的誘發了大范圍停電事故。

2）在被保護的元件區內發生故障時應不拒動。

由于直流電源消失引起保護拒動導致大范圍停電事故國內多次發生，如：05年“9.26”海南大停電事故；07年“10.27”上午10：10上海徐匯區220千伏長春變電站停電事故（造成上海徐家匯、田林、龍華等地區停電，居民、商戶用電受到影響，地鐵1、2、4號線部分區段失電）等。保護裝置實現了雙重化，但向保護供電的直流電源等回路如果不雙重化保護的可靠性又如何保證。

3）在系統發生異步振蕩期間保護裝置應可靠閉鎖。

國內保護這一問題解決得較好，但國外保護這方面問題較大，03年的“8.14”等大事故中在系統振蕩過程中時保護無選擇的動作，使系統事故擴大。

4）110kV電壓等級以上的線路不應配置過負荷跳閘保護，距離三段定置應躲過該線路可能出現的嚴重過負荷情況。

5）對于最高電壓等級為110kV的省級電網（西藏等），重要輸電線路的主保護應考慮雙重化配置，并應設置斷路器失靈保護。

6）低壓保護裝置中不宜兼管低頻、低壓減載功能。繼電保護與安全自動裝置應各司其職，分工明確，管好自己分內的事就很好了。

7）遠后備保護的長延時和無選擇性問題。某些電網提出利用區域電網的信息構建“網路保護”、“廣域保護”，試圖解決遠后備的配合問題和無選擇性問題，目前一般僅局限于110kV以下的電網，采取的方法類似于安全穩定控制系統的思路。

最后總體來說，目前電網現況中的穩定問題還是很多的：主要是：

安全穩定控制系統在提高電網輸送能力、防止大事故方面發揮著重要的作用，但穩控裝置/系統標準化不夠，一些電網穩控系統軟件過于復雜，測試手段不完善，裝置誤動導致的切機切負荷事故近期時有發生。

電網互聯后系統的動態穩定問題突出了，但目前的仿真手段還不能正確分析和再現所發生的事故，因而誘發低頻振蕩的真正原因往往還不清楚，低頻振蕩幾乎每年都有發生，至今我們還沒有有效的手段來預測和徹底避免。

電壓穩定問題已成為電網安全的一大潛在問題，失去大電源、事故過程中潮流大轉移、主保護拒動及開關失靈、穩控系統拒動等，都有可能會導致電壓崩潰事故。

穩定這塊先就這么多，以后會有完善。其實實際工程中主要是仿真計算，梳理一遍體系也清楚了不少，實際工程中穩定計算必須結合電網網架分析，運行方式分析以及一些規程規范，再發現問題提出解決措施，至于結合保護的一些東西就更復雜了，這樣是一些復雜的安穩專題的難度所在。