电力系统故障分析第七章 电力系统振荡分析

第七章小干扰法分析简单小干扰法（Small Disturbance Analysis）是电力系统稳定分析中常用的一种方法。

它的基本思想是在系统运行基准状态下，对系统进行微小的扰动，然后通过线性化的电力系统模型对扰动进行分析，从而得到系统的稳定性和动态响应。

小干扰法分析的目的是研究系统对扰动的响应情况，包括发电机转速和功率的变化、传输电流的变化等。

通过小干扰法可以得到系统的频率响应、阻尼特性、振荡模式等重要参数，为系统的稳定性评估和控制提供依据。

小干扰法分析的基本步骤如下：1.设置系统基准状态：选择适当的系统基准状态，包括发电机的初始状态、负荷水平、运行模式等。

2.选择扰动源：选择适当的扰动源，通常是对发电机进行微小的扰动，如改变发电机的励磁电压、转动惯量等。

3.建立线性模型：根据系统的非线性方程，对系统进行线性化处理，得到线性模型。

线性模型一般采用状态空间表达形式，包括状态方程和输出方程。

4.求解特征值问题：将线性模型进行特征值分解，求解特征值和特征向量，从而得到系统的固有频率和振动模式。

5.分析响应特性：根据特征值和特征向量，进一步分析系统的频率响应、阻尼特性和振动模式等。

小干扰法分析的主要优点是方法简单、计算量小、结果准确。

但它也有一些局限性，如只适用于小扰动、线性系统模型等。

在实际应用中，通常将小干扰法与其他方法结合使用，如大干扰法、直接分析法等，以获得更全面准确的稳定性分析结果。

小干扰法分析在电力系统稳定性研究和控制中具有重要的应用价值。

它可以用于评估系统稳定性、设计稳定性控制器、优化负荷分配等。

它也可以用于系统故障分析、可靠性评估、新能源接入方案评估等方面。

总之，小干扰法是电力系统稳定分析中常用的一种方法，通过微小的扰动以及线性化处理，可以得到系统的稳定性和动态响应。

它具有简单、准确等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。

第七章电力系统暂态稳定第一节概述暂态稳定是指电力系统在某个正常运行方式下，突然受到某种大的干扰后，经过一段暂态过程，所有发电机能否恢复到相同速度下运行，能恢复则称系统在这种运行方式下是暂态稳定的。

暂态稳定与运行方式和扰动量有关。

因此不能够泛泛地说电力系统是暂态稳定或不稳定的，只能说在某种运行方式和某种干扰下系统是暂态稳定或不稳定的。

在某种运行方式下和某种扰动下是稳定的，在另一种运行方式和另一种扰动下可能就是不稳定的。

所谓的运行方式，对系统而言，就是系统的负荷功率的大小，或发电功率的大小；对输电线路而言，就是输送功率的大小。

功率越大，暂态稳定性问题越严重。

所谓大干扰一般指短路故障、切除大容量发电机、切除输变电设备、切除或投入大负荷。

一般短路最为严重，多数情况研究短路故障干扰。

短路故障扰动量的大小与短路地点、短路类型、短路切除时间有关。

短路可能发生在输电线路上，也可能发生在母线或变压器上。

一般发生在母线上较为严重。

短路发生在输电线路上，一般靠近电源侧的较为严重。

短路分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。

一般三相短路较为严重，次之两相接地短路，单相接地短路最轻。

这里所说的短路是单重故障，如果有多种故障，一般多重故障较为严重。

发生短路后，借助断路器断开，将故障的线路、或母线或变压器隔离，保证非故障部分继续运行。

短路切除时间越短，对暂态稳定越有利。

短路切除时间包括继电保护装置和断路器动作的时间。

装有自动重合闸的输电线路，被隔离的输电线路会重新投入运行，如果是瞬时性故障，重合就成功，电网恢复原有状态；如果是永久性故障，重合不成功，故障线路再次被隔离。

重合成功对暂态稳定有利，重合不成功对暂态稳定更不利。

一般用短路故障来检验系统是否暂态稳定。

我国颁布的《电力系统安全稳定导则》规定：①发生单相接地故障时，要保证电力系统安全稳定运行，不允许失负荷；②发生三相短路故障时，要保证电力系统稳定运行，允许损失少量负荷；③发生严重故障时，系统可能失稳，允许损失负荷，但不允许系统瓦解和大面积停电，应尽快恢复正常运行。

153第七章 电力系统不对称故障分析电力系统是三相输电系统，由于各相之间存在电磁耦合，因此各相之间存在互阻抗和互导纳。

例如如图7-1所示的三相系统，各相除了具有损耗r a 、r b 、r c ，自感L a 、L b 、L c ，以及对地电容外C a 、C b 、C c 外，相间还存在互感m ab 、m bc 、m ca 和互电容C ab 、C bc 、C ca 。

图7-1 三相电磁耦合系统根据电路理论可知，如果三相系统的自阻抗和自导纳参数相等，相间的互阻抗、互导纳参数也分别相等，那么这样的三相系统称为三相“平衡系统”。

只有在三相平衡系统中，当电源电压对称时系统中各个节点或支路的电压和电流才是对称的。

以7-1系统为例，假设三相的自感相等，相间互感也相等，自阻抗用Z s 表示，互阻抗用Z m 表示，则三相电压与电流的关系为：⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=cs b m a m c c m b s a m b c m b m a s a I Z I Z I Z E I Z I Z I Z E I Z I Z I Z E (7-1)如果三相电源对称，那么将7-1中三个方程相加就得到：0))(2(=+++=++cb a m sc b a I I I Z Z E E E (7-2) 根据7-2可知：0=++cb a I I I 那么三相电压方程7-1变为：⎪⎩⎪⎨⎧-=++=-=++=-=++=cm s c s b m a m c b m s c m b s a m b a m s c m b m a s a I Z Z I Z I Z I Z E I Z Z I Z I Z I Z E I Z Z I Z I Z I Z E )()()( (7-3)上式说明，三相电流也对称。

上面的三个式子是在三相系统平衡且对称情况下，用单相法进行三相电路计算的基础。

然而电力系统发生的故障大多数情况下都是不对称故障，我们用什么方法来进行分析和计算呢？很显然，不对称的三相系统之所以不可以用单相来代替，如果采用三相电路方程进行计算，不对称故障分析将非常复杂（随着计算机技术的发展，很多计算是采用三相电路计算的）。

电力系统低频振荡的成因重新解析电力系统低频振荡是指在电力系统中出现的频率较低且持续一段时间的振荡现象。

这种振荡通常具有较大的振幅，对电力系统的稳定性和可靠性产生负面影响。

在过去的研究中，对电力系统低频振荡的成因进行了一定的解析，但是由于电力系统的复杂性和多变性，对于该问题的理解和解释仍有待进一步深入。

为了重新解析电力系统低频振荡的成因，我们需要从其根本原因出发，即电力系统的动态特性和稳定性。

电力系统由发电机、变压器、输电线路、负载等多个组成部分组成，它们之间通过复杂的电力网相互连接。

系统中存在大量的多相流动和耦合效应，以及动态响应和稳态响应之间的相互作用。

电力系统低频振荡的成因可能与电力系统的固有特性有关。

电力系统中的各个组成部分都具有一定的惯性和阻尼特性，如发电机的转子惯性、变压器的电感和阻尼、输电线路的阻抗等。

这些特性在系统负荷发生变化或发生故障时会引起系统的动态响应，可能导致系统振荡的发生。

电力系统中还存在很多复杂的非线性和时变特性，如各种控制设备、保护装置等，它们的作用也可能对系统的稳定性产生影响。

电力系统低频振荡的成因还与系统运行状态有关。

电力系统是一个大规模的复杂网络，其中包含了多个节点和支路。

系统的运行状态是指各节点和支路的电压、电流、功率等参数的数值。

当系统运行状态接近不稳定边界时，系统的动态响应会增加，可能引发低频振荡。

当发电机负荷过重或输电线路过载时，系统容易产生低频振荡。

还有一些外部因素，如输电线路的突然故障、恶劣天气条件等，也可能对系统的稳定性产生影响。

电力系统低频振荡的成因还与系统的控制方法和运行策略有关。

电力系统通过各种控制设备和调度控制中心来实现对系统的监视和控制。

这些控制方法和运行策略的选择对系统的稳定性和抗扰性产生重要影响。

调度中心对系统的发电机输出功率、变压器的变比、输电线路的有功和无功功率等进行调节时，可能引发系统的低频振荡。

不合理的控制策略和参数设置也可能导致系统的不稳定。

汽轮机单阀-顺序阀切换造成电力系统振荡分析摘要：本文详细介绍了电力系统振荡，同时通过实例介绍了汽轮机单阀-顺序阀切换容易诱发电力系统振荡问题，进而寻找产生振荡的原因，同时给出切实可行的解决措施。

希望能够为业界人士提供有价值的参考，进而有效解决汽轮机运行过程中单阀-顺序阀切换引起的电力系统振荡问题。

关键词：单阀-顺序阀切换；电力系统；振荡前言：现阶段，中国一直主张和提倡使用电能，因为电能属于清洁型能源，适合大范围推广和使用，并为中国的经济发展做出突出贡献。

具体实施过程中，需要保证所供电能的质量能够达到客户的实际需求。

虽然目前有许多发电方式，但仍以火电和水电为主。

目前，火力发电主要依靠燃烧煤燃烧发电。

1.电力系统振荡概述所谓的电力系统振荡是指电力系统中一个或多个电磁参数随时间的推移而发生变化。

传输线的传输功率超过最大允许功率值，这又破坏了电路系统的静态稳定性，这就是电力系统出现振荡的根本原因。

一旦电网发生短路，就不可避免地要拆除大容量发电，输电和变电站设备。

一旦发生负荷瞬间变大的情况，难免会破坏电力系统的暂态稳定性。

电源之间的异步合闸没有进入同步状态势必会造成很多影响，轻则造成机械设备无法在额定条件下进行正常工作或系统保护故障，严重的会造成系统崩溃。

2.单阀-顺序阀切换顺序阀：机组稳定运行时，宜用喷嘴调节方式，即高压调节阀顺序开启，尽量减少处于节流状态下的高压调节阀，从而提高热效率；单阀：在启动过程中，为保证机组全周进汽，减小热应力，宜采用节流调节方式，即所有高压调节阀同步开关。

混合方式：综合单阀和顺序阀的优劣势，从而诞生出一种混合阀运行方式，即在机组整个启动过程中，高压调节阀同时动作，保证了全周进汽，但在逐步的汽轮机提转速和升负荷阶段，四个高压调节阀动作幅度不一样，#1高调门开度最小，#4高调门开度最大，以减少节流损失。

在单阀方式下，单阀系数为1。

当操作员发出转到顺序阀方式的指令后，单阀系数用10分钟时间，由1变到0，最后保持为0，即为顺序阀方式。

电⼒系统【第七章：电⼒系统三相短路的分析与计算】⼀.电⼒系统故障概述 1.短路 短路是指电⼒系统正常运⾏情况下以外的相与相或相与地【或中性线】之间的故障连接。

2.对称短路与不对称短路 三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路。

其它⼏种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路，如下： 3.产⽣短路的主要原因是电⽓设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。

4.系统中发⽣短路相当于改变了电⽹的结构，必然引起系统中功率分布的变化，⽽且发电机输出功率也相应发⽣变化。

5.为了减少短路对电⼒系统的危害，可以采⽤限制短路电流的措施，在线路上装设电抗器。

但是最主要的措施是迅速将发⽣短路的部分与系统其它部分进⾏隔离，这样发电机就可以照常向直接供电的负荷和配电所的负荷供电。

6.电⼒系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相【或相对地】的故障。

还有⼀种故障称为纵向故障，即断线故障，指的是⼀相或多相断线使系统运⾏在⾮全相运⾏的情况。

在电⼒系统中的不同地点【两处以上】同时发⽣不对称故障的情况，称为复杂故障。

⼆.⽆限⼤功率电源供电的系统三相短路电流分析 1.电源功率⽆限⼤时外电路发⽣短路（⼀种扰动）引起的功率改变对电源来说微不⾜道，因⽽电源的电压和频率对应于同步发电机的转速保持恒定。

2.⽆限⼤电源可以看做由多个有限功率电源并联⽽成的，因其内阻抗为零，电源电压保持恒定。

实际上，真正的⽆限⼤电源是不存在的，只能是⼀种相对概念往往是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对⼤⼩来判断电源是否作为⽆限⼤功率电源。

若供电电源的内阻抗⼩于短路回路总阻抗的10%时，则可认为供电电源为⽆限⼤功率电源。

在这种情况下，外电路发⽣短路对电源影响较⼩，可近似认为电源电压幅值和频率保持恒定。

3.当短路点突然发⽣三相短路时，这个电路即被分成两个独⽴的回路。

及有电源连接的回路和⽆电源连接的回路。

在有电源连接的回路中，其每相阻抗减⼩，对应的稳态电流必将增⼤。

电力系统振荡的结果及处理方式2012/7/13 15:35:41当发生短路或突然有大负荷切除或投入时，发电机与大系统之间的功角会发生变化，发电机的输出功率就会沿着发电机的功角特性曲线来回摆动，这就是电力系统的振荡。

电力系统振荡的结果有两种：一个是发电机的输出功率和负载能重新在一个点上实现平衡,经过一段时间的振荡后重新达到稳定，保持同步运行。

一个是发电机的输出功率和负载能无法再在任何一个点上实现平衡,从而导致发电机失去同步。

发电机的原动机输入力矩突然变化，如：水轮机调速器不正常动作;系统发生突然短路;大机组或大容量线路突然变化等。

通常，短路是引起系统振荡，破坏稳定运行的主要原因.电力系统振荡的预防：预防是多方面的，有继电保护上的要求，如快速切断故障线路;也有运行操作上的要求，如避免使发电机的容量大于被投入空载线路的充电功率，避免发电机带空载线路启动和以全电压向空载线路合闸;也有设计上的考虑，如避免发生发电机的次同步共振。

系统振荡有多种：异步振荡、同步振荡、低频振荡异步振荡—-其明显特征是,系统频率不能保持同一个频率，且所有电气量和机械量波动明显偏离额定值。

如发电机、变压器和联络线的电流表，功率表周期性地大幅度摆动;电压表周期性大幅摆动，振荡中心的电压摆动最大，并周期性地降到接近于零；失步的发电厂间的联络的输送功率往复摆动;送端系统频率升高，受端系统的频率降低并有摆动。

引起电力系统异步振荡的主要原因:1、输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏；2、电网发生短路故障，切除大容量的发电、输电或变电设备,负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏;3、环状系统（或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引启动稳定破坏而失去同步;4、大容量机组跳闸或失磁，使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏;5、电源间非同步合闸未能拖入同步。

异步系统振荡的一般现象:（1)发电机,变压器，线路的电压,电流及功率周期性的剧烈摆动,发电机和变压器发出有节奏的轰鸣声。

电力系统震荡的常见原因电力系统震荡是指电力系统中发生的频繁的振荡或不稳定现象。

它会对电力系统的稳定运行和负荷供应造成严重影响，因此对于电力系统的震荡问题研究具有重要意义。

电力系统震荡的常见原因可以分为以下几个方面：1.负荷波动：电力系统中的负荷波动是导致系统震荡的主要原因之一。

电力系统中的负荷是指用户对电能的需求，由于负荷的突然变化，会导致电力系统的频率发生变化，从而引起电力系统的震荡。

2.电力负荷不平衡：电力负荷不平衡是指电力系统中负荷在空间和时间上的不均匀分布。

当电力负荷不平衡时，会造成电力系统中的电压和频率的变化，从而引起电力系统的震荡。

3.电力系统参数的不确定性：电力系统中的参数不确定性是导致电力系统震荡的另一个重要原因。

电力系统的参数包括线路电阻、电抗、发电机的内部电阻等，由于这些参数的不确定性，会导致电力系统中的电压和频率的变化，从而引起电力系统的震荡。

4.电力系统控制系统的故障：电力系统的控制系统是保证电力系统正常运行的重要组成部分。

当电力系统的控制系统发生故障时，会导致电力系统的频率和电压的变化，从而引起电力系统的震荡。

5.电力系统的负荷饱和：电力系统的负荷饱和是指电力系统中负荷的增加超过了电力系统的供电能力。

当电力系统的负荷饱和时，会导致电力系统的频率和电压的变化，从而引起电力系统的震荡。

以上是电力系统震荡的常见原因。

为了避免或减小电力系统震荡，需要采取一系列的措施，包括加强电力系统的监控和控制、提高电力系统的调度能力、改善电力系统的负荷分配等。

只有通过有效地控制和管理电力系统，才能确保电力系统的稳定运行和负荷供应。

电力系统振荡原理电力系统振荡原理是指电力系统中的电压、电流或功率出现周期性的震荡现象。

振荡是由于系统中的能量在不同的元件间以一定的频率和幅值进行交换引起的。

电力系统振荡的主要原因可以归结为以下几个方面：1. 电源失稳：电力系统中的电源不稳定会引起系统振荡。

这可能是由于电压波动、频率偏移或相位不稳定造成的。

当电源失去稳定性时，系统中的元件会受到电压、电流或功率的交换影响。

2. 负载变化：电力系统中负载的突变或变化也会引起振荡现象。

当负载突然增加或减少时，电流和功率的变化会导致系统的震荡。

3. 阻抗不匹配：电力系统中的阻抗不匹配也是引起振荡的原因之一。

当系统中的阻抗不匹配时，电流和功率会在不同的元件间交换，从而引起振荡。

4. 回馈机制：在电力系统中，存在一些可能会导致振荡的回馈机制。

例如，当系统中的元件反馈信号相位和振幅不同于输入信号时，可能会产生振荡现象。

为了抑制电力系统的振荡，需要采取一些措施：1. 调整电源稳定性：应确保电力系统的电源稳定和可靠。

可以采取稳压、降频或相位校正等方法，以减少电源对系统振荡的影响。

2. 负载平衡：应合理规划和管理负载，避免负载突变或过大的变化。

可以通过负载调整、负载均衡等方法来控制负载的变化。

3. 匹配阻抗：需要确保系统中的元件阻抗匹配，以减少由于阻抗不匹配引起的振荡。

4. 引入稳定回馈：可以通过引入稳定的反馈机制来抑制系统的振荡。

例如，采用PID控制器、频率补偿器等来实现稳定的回馈控制。

综上所述，电力系统振荡是由于电源失稳、负载变化、阻抗不匹配和回馈机制等因素引起的。

为了抑制振荡，需要调整电源稳定性、平衡负载、匹配阻抗和引入合适的稳定回馈机制。

这些措施可以提高电力系统的稳定性和可靠性。

电力系统振荡的概念一、电力系统稳定性电力系统的稳定性是衡量系统在运行过程中抵御外部干扰和内部不稳定性因素的能力。

在电力系统中，各种设备和元件的工作状态会不断发生变化，如负荷的波动、故障的出现等，这些因素都会对系统的稳定性产生影响。

保持电力系统的稳定性是保证整个系统安全、经济、优质运行的前提。

二、振荡现象电力系统的振荡是指系统中出现的一种周期性或准周期性的运行状态变化。

这种振荡现象通常是由系统中的某些元件或环节的非线性特性引起的，如发电机转子的摇摆、变压器磁场的非线性等。

振荡现象会导致系统中的电压和电流出现波动，影响系统的正常运行。

三、振荡机理电力系统的振荡机理主要包括以下几个方面：1. 发电机同步转速的不稳定：发电机同步转速的不稳定是电力系统振荡的主要根源之一。

当系统中出现负荷突变或故障时，发电机转子的惯性会发生变化，导致同步转速出现波动，从而引发系统振荡。

2. 变压器磁场的非线性：变压器是电力系统中重要的元件之一，其磁场的非线性会导致系统出现振荡现象。

当变压器承受的电压超过其额定值时，磁通密度会发生变化，引起铁芯饱和，导致励磁电流剧增，进而引发系统振荡。

3. 输电线路的阻抗不匹配：输电线路的阻抗不匹配会导致电流在传输过程中产生波动，从而引发系统振荡。

当线路中的负荷发生变化时，电流的传输也会受到影响，导致线路阻抗发生变化，进而引发系统振荡。

四、振荡识别电力系统振荡的识别是采取有效控制措施的前提。

通过对系统中的电压和电流信号进行分析和处理，可以判断出系统中是否存在振荡现象以及振荡的类型和程度。

常用的振荡识别方法包括频域分析法、时域分析法和现代信号处理方法等。

这些方法都可以通过对系统中的测量数据进行计算和分析，提取出与振荡相关的特征信息，从而实现对振荡的识别。

五、振荡控制电力系统振荡的控制是保证系统稳定性的重要措施之一。

通过对系统中的振荡现象进行有效的控制，可以减少或消除振荡对系统的影响，保证系统的正常运行。