說到穩(wěn)定這塊，其實(shí)很不好寫，內(nèi)容太多，光一個(gè)暫態(tài)穩(wěn)定就牽涉不少東西，而且簡單的寫些淺顯的常識也沒什么意義。具體關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定的工程也做過不少，一直也沒有系統(tǒng)的總結(jié)下，所以盡量寫全，并考慮一定深度，希望可以寫清楚。(穩(wěn)定計(jì)算理論條件、計(jì)算方法什么的盡量簡化)

一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定概述和分類

穩(wěn)定的分類其實(shí)至今為止都沒有一定統(tǒng)一的定論，歐洲和美洲很多都不一樣，有傳統(tǒng)的分類也有現(xiàn)在的分類。姑且按我自己的想法梳理。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為三個(gè)電量的穩(wěn)定：電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、功角穩(wěn)定。

功角的穩(wěn)定又分為三種：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

其中，靜態(tài)穩(wěn)定是系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后系統(tǒng)的穩(wěn)定性;暫態(tài)穩(wěn)定是大擾動(dòng)后系統(tǒng)在隨后的1-2個(gè)周波的穩(wěn)定性;動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是小擾動(dòng)后或者是大擾動(dòng)1-2周波后的，并且采取技術(shù)措施后的穩(wěn)定性。

上述三個(gè)穩(wěn)定性概念，采用一個(gè)碗中放置一個(gè)球，用這個(gè)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(gè)碗中放一個(gè)球，當(dāng)這個(gè)球受到外部的一個(gè)小力量，它就偏離原來位置，如果這個(gè)碗高度很矮，矮的像一個(gè)盤子，這個(gè)球就有可能從碗中掉下來，我們就說這個(gè)系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定不足。事實(shí)上，電力系統(tǒng)的小擾動(dòng)不斷在發(fā)生，碗中的球也就在碗底不斷的在滾動(dòng)，碗的高度越高，這個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限就越大，系統(tǒng)也就越穩(wěn)定。

當(dāng)碗中的球受到一個(gè)大的外部力量，這個(gè)球能否還在碗中就是系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題。提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的最主要措施就是快速的繼電保護(hù)。繼保的作用就相當(dāng)于減少這個(gè)外部力量的作用時(shí)間，繼保越快，外力的作用時(shí)間就越短，這個(gè)球就不會(huì)一下子掉下來。而自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器此時(shí)作用相當(dāng)于自動(dòng)改變這個(gè)碗的坡度，當(dāng)這個(gè)球上升時(shí)增加坡度，當(dāng)下降時(shí)就減少這個(gè)坡度，使這個(gè)球在碗中滾動(dòng)幅度迅速減小。

如果這個(gè)碗和球之間的摩擦很小，這個(gè)球受到擾動(dòng)后在碗中來回滾動(dòng)時(shí)間就很長，特別是，如果這個(gè)擾動(dòng)的外力不斷的來回施加，就比如我們不斷的蕩秋千，這個(gè)球就永遠(yuǎn)不停的來回滾動(dòng)甚至掉下來，我們就說這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差。這里的摩擦阻力相當(dāng)于電力系統(tǒng)的阻尼，這個(gè)來回不斷施加的外部力量就相當(dāng)于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的負(fù)阻尼。一般來說，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器在電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中起壞作用，產(chǎn)生負(fù)阻尼，使整個(gè)系統(tǒng)阻尼減少。當(dāng)我們在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器中增添PSS裝置，PSS就把自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器原來所產(chǎn)生的負(fù)阻尼變?yōu)檎枘?，相?dāng)于增加碗和球的摩擦系數(shù)，使球的滾動(dòng)幅度快速減小，于是這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性就滿足要求。

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定我國電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)分三級：

第一級標(biāo)準(zhǔn)：保持穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電[對于出現(xiàn)概率較高的單一元件故障，不采取穩(wěn)定控制措施];

第二級標(biāo)準(zhǔn)：保持穩(wěn)定運(yùn)行，但允許損失部分負(fù)荷[出現(xiàn)概率較低的嚴(yán)重故障];

第三級標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，必須防止系統(tǒng)崩潰，并盡量減少負(fù)荷損失[出現(xiàn)概率很低的多重性嚴(yán)重事故]。

國網(wǎng)的安全穩(wěn)定三道防線總體上應(yīng)滿足三級標(biāo)準(zhǔn)要求。繼電保護(hù)是第一道防線，但第一道防線的正確動(dòng)作并不一定能完全滿足穩(wěn)定導(dǎo)則中規(guī)定的第一級標(biāo)準(zhǔn)，例如，一些聯(lián)系相對薄弱的電網(wǎng)連單瞬、單永故障都存在問題，需要采取穩(wěn)定控制措施來提高電網(wǎng)的送電能力;

穩(wěn)定控制系統(tǒng)是基于對電網(wǎng)的穩(wěn)定分析而配置的，它只針對預(yù)想的運(yùn)行方式、預(yù)定的故障類型，如果出現(xiàn)了預(yù)想以外的方式或故障，則穩(wěn)控系統(tǒng)不能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，即第二道防線是人們主動(dòng)出擊采取的措施;

第三道防線則是兜底的，凡是多重故障、預(yù)想之外的事故導(dǎo)致系統(tǒng)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(kuò)大，防止系統(tǒng)崩潰，即第三道防線是被動(dòng)應(yīng)對大事故的手段。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制階段示意圖如下：

二、電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定

前面已經(jīng)說過，功角的穩(wěn)定分為三種：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

在設(shè)計(jì)和運(yùn)行系統(tǒng)中，主要對如下三個(gè)方面的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。第一類:：最大量的分析計(jì)算是暫態(tài)穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)的運(yùn)行操作和故障是大量地經(jīng)常發(fā)生的，因此，對暫態(tài)穩(wěn)定性的正確評估，對于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有第一等重要意義。第二類:較少的是計(jì)算分析長距離重負(fù)荷線路的靜態(tài)穩(wěn)定裕度。出現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定問題的情況，多屬單機(jī)對主系統(tǒng)模式或單機(jī)經(jīng)大環(huán)網(wǎng)分別接入系統(tǒng)模式。第三類：最少但最引起研究人員興趣的是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算分析，即判定是否出現(xiàn)周期性失穩(wěn)的問題。由于這種穩(wěn)定破壞并非常見，在實(shí)際系統(tǒng)中，往往都是在事件發(fā)生后才去認(rèn)真分析并尋求對策。

一般情況下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平低于系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定水平，如果滿足了大擾動(dòng)后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，往往可同時(shí)滿足正常運(yùn)行情況下的靜態(tài)穩(wěn)定要求。但是，保持一定的靜態(tài)穩(wěn)定水平，乃是取得系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)和前提。有了一定的靜態(tài)穩(wěn)定裕度，就有可能在嚴(yán)重的故障情況下通過一些較為簡易的技術(shù)措施去爭取到系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。不保持靜態(tài)穩(wěn)定，系統(tǒng)無法運(yùn)行;而在某些特殊情況下，例如大發(fā)水電和事故后運(yùn)行方式下，卻需要也可以降低系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平而短期地運(yùn)行。這種臨時(shí)做法合乎邏輯的理由是.影響系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定最為嚴(yán)重的短路故障，具有概率性質(zhì)，因而可以認(rèn)為不會(huì)在那樣的短期運(yùn)行期間，又同時(shí)發(fā)生足以招致失去暫態(tài)穩(wěn)定的嚴(yán)重故障。三、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定

也可以叫小干擾穩(wěn)定(這塊說法不一，可以這么認(rèn)為)。

靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)的能力。靜態(tài)穩(wěn)定問題實(shí)際上就是確定小擾動(dòng)下系統(tǒng)的某個(gè)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)點(diǎn)能否保持。系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的固有特性，與干擾的大小無關(guān)。(若電力系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后，在較長過程中，在自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置作用下的穩(wěn)定問題，則被劃為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題，姑且在這塊先介紹了)。

電力系統(tǒng)受到小擾動(dòng)之后可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定通常分為兩種形式：

由于缺少同步轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角逐步增大，滑行失步;

由于有效阻尼轉(zhuǎn)矩不足，轉(zhuǎn)子增幅振蕩。欠阻尼振蕩;低頻功率振蕩問題;

電力系統(tǒng)包含許多機(jī)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(qū)域間振蕩模式(0.1~1Hz)

區(qū)域內(nèi)振蕩模式(1~2Hz)

小干擾穩(wěn)定性問題通常是由于系統(tǒng)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(jù)受擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的線性化微分方程式組的特征方程式的根，判斷是否穩(wěn)定的方法。

問題實(shí)質(zhì)在于：如果小機(jī)組擾動(dòng)的頻率接近主網(wǎng)系統(tǒng)的固有機(jī)電諧振頻率時(shí)會(huì)激發(fā)產(chǎn)生“共振”現(xiàn)象，使主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的振幅愈來愈大，好像低壓電網(wǎng)小機(jī)組產(chǎn)生的相對系統(tǒng)來說不大的一個(gè)功率振蕩(搖擺)，在主網(wǎng)內(nèi)被“放大”了。

以華中電網(wǎng)2005年”10.29”功率振蕩為例：

振蕩頻率為0.77Hz。

華中電網(wǎng)大部分500kV線路出現(xiàn)功率擺動(dòng)，三峽外送系統(tǒng)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(wǎng)振蕩現(xiàn)象明顯，有多臺小機(jī)組(總計(jì)40MW)被迫解列。

機(jī)組中，三峽電廠機(jī)組振蕩最大，左二單機(jī)振幅(峰峰值)達(dá)到270MW。500kV中樞點(diǎn)中，左二500kV母線電壓振蕩最大，振幅為40kV。

初步結(jié)論為：湖北西北電網(wǎng)由弱阻尼引發(fā)的同步振蕩導(dǎo)致主網(wǎng)相近頻率強(qiáng)迫振蕩的可能性較大，但需對湖北西北電網(wǎng)阻尼變化敏感因素作進(jìn)一步分析，也需要進(jìn)一步研究系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)迫振蕩的機(jī)理。

控制改善小干擾穩(wěn)定性的研究方面，應(yīng)區(qū)分不同的振蕩模式，找出其不穩(wěn)定的原因，有針對性地選擇合適的控制措施。特別是聯(lián)絡(luò)線振蕩模式的控制措施。要建立系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性準(zhǔn)則，如所有關(guān)鍵振蕩模式阻尼比不低于3%，聯(lián)絡(luò)線或關(guān)鍵輸電斷面的傳輸極限等。在對實(shí)際系統(tǒng)大量研究的基礎(chǔ)上，確定避免系統(tǒng)發(fā)生小信號不穩(wěn)定的調(diào)度方案。軟件計(jì)算一般也針對這些要素進(jìn)行校核。

計(jì)算過程中，主要是分析對外網(wǎng)的變化(如斷面潮流和方向)對區(qū)域電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)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(jī)組PSS等措施，以免電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩。下為小干擾分析模態(tài)圖。

四、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定

1、暫態(tài)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

用來考慮大擾動(dòng)對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，是暫態(tài)穩(wěn)定問題。迄今為止，各國電力系統(tǒng)仍然利用發(fā)生規(guī)定擾動(dòng)這樣的決定性方法來判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。實(shí)際發(fā)生過的系統(tǒng)大擾動(dòng)模式多種多樣。有的由于多種異常狀態(tài)同時(shí)或相繼出現(xiàn)而使整個(gè)擾動(dòng)模式極為復(fù)雜，而普遍地規(guī)定用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的考核的擾動(dòng)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