基于支路势能法的电力系统暂态稳定性分析郭向东+张泽峰+冯虹+武志强+刘振宇摘要：为了解决传统分析方法在实时性和兼容性方面不能兼顾的问题，对直接法进行了改善，使算法在满足实时性的同时，兼容性也可以达到实际工作的要求。运用支路能量函数对整体电力系统的暂态稳定性进行分析，得到支路稳定度指标SSBIK和临界割集的运算结果。利用算例NEWENGLAND10机39节点系统和以单机无穷大系统，引入了在详细模型框架下的表达式，比较极限切除时间CCCT与质量稳定度SSBIK验证数据的可靠性。结果表明：支路势能法可以满足电力系统暂态稳定性分析实时性和兼容性的要求，克服了传统方法的缺点，与实际测量得到的数据的误差属于合理范围。这种方法不需要测量复杂的参数，在未来的稳定性分析方面具有良好的前景。关键词：电力系统；暂态稳定性；支路能量函数；支路势能法；暂态稳定性指标：TM711：ADOI：10.11974/nyyjs.20170808001引言电力系统暂态稳定是表示当电力系统运行出现故障时，各部分发电机可以继续在运行中维持同步协调，并转化到一种新的状态或者是故障发生前的状态。现如今，有2种方式可以对电力暂态方法进行分析：前者是以Lyapunov理论为基础的直接法，后者是时域仿真法，而直接法则又根据算法的不同分为求能量函数和扩展等面积这2种方法，使用时域仿真法在时间上无法满足实时性的要求，直接法的使用范围窄，适用性差。为了改善这种状况，在直接法的基础上提出了支路势能法。而关于这个问题国内外专家已有过探讨，在多机电力系统模型方面Bergen和Hill在分析了负荷模型和网络拓扑在电力系统运行中影响的情况下，提出了保证在网络结构下的稳定模型[5]；在能量函数方面，Padiyar和Ghosh提出了通过对发电机详细模型进行应用来提高能量函数表达式的应用范围[6]；张涛提出了在对电力系统进行原有方法上改进的扩展等面积法的应用[7]；傅书逖在研究中对直接法中的势能界面法进行了全面的介绍[8]；江伟提出了一种将原直接法降价求解，降价求解静态电压稳定临界点的新技术[9]；田晓军在励磁控制方面的电力系统暂态稳定分析进行了研究[10]；张尚对现今电力系统中的各类暂态分析方法进行了全面的论述和研究，对各类分析方法的适用领域和算法进行了探讨[11]。本文改进了直接法兼容性差，模型简单的方面，提出了改善的支路势能法，在使用NEWENDLAND10机39节点系统与单机无穷放大系统作为算例对算法运算电力系统暂态稳定性的结果进行了验证[12]。1支路能量函数法及表征参数1.1结构保持模型下的多机能量函数和支路势能函数通过仿真存在m0条母线，n台发电机，v0条线路，虚拟节点代表发电机内的电势，存在m0-n条母线上连接有负荷元件，根据以上条件，电力网络可扩展为l=l0+m条线路，在不计算线路和发电机上自身的阻尼等等因素，n0+m条母线，在计算中为支路k两端节点i，j的电压相角，则多机系统的能量函数可以表示为：式中：V是系统总的能量；是系统动能，即所有发电机动能之和；是系统的势能，即所有支路的势能之和；是第k条支路两端的相角差；表示g台发电机角速度和同步转速的差；Mg表示g台分布式发电机惯性时间；表示第k支路的事故处理后两端平衡状态的相角差；P是第k条支路有功功率；代表的是k条支路在事件处理后系统处在平衡状态下的有功功率的指标。时间变量的函数和空间变量的通过对势能的不同运算可以分别得到式（2）、式（3）：若指定作为支路k在事故处理完成时的相角差，那么这个函数包含的支路能量表示为：针对指定的故障和支路，的值已被给出，根据式（4）可以知道支路对能量函数的参考点和事故处理后的轨迹都有关系。1.2支路稳定度指标整体分析支线暂态势能变化的不同之處，利用支路暂态势能增长到最大值时和支路是否稳定的角度来判断电力系统整体的稳定性。因为系统的稳定性会逐渐下降，存在于电力系统任意支路的暂态势能的随后产生变化，其中系统稳定性的降落引起了支路暂态势能的增加，即暂态势能受到了严重的冲击。根据上文的叙述，定义在首次角度震荡事件中支路的稳定度为[13]：1.3支路稳定度测度函数支路稳定度的测度函数定义如下：稳定度显示在任何一个时刻t在k支路在事件后轨迹的...