摘要：本文系统地探讨了电力系统暂态稳定性分析与控制方法。首先介绍了暂态稳定性的基本概念，包括定义、影响因素和评估指标。然后详细阐述了暂态稳定性分析的方法、数学模型和计算方法，包括直接法、时间域仿真法、线性化方法等。接着讨论了提高暂态稳定性的措施，探究了电力系统控制策略，以及现代控制技术在暂态稳定性控制中的应用。最后，强调了对电力系统暂态稳定性问题的深入研究对提高系统安全性和可靠性的重要性，并展望了未来的研究方向。

关键词：电力系统；暂态稳定性；分析方法

引言

电力系统的暂态稳定性对于保障电力系统的安全运行至关重要。随着电力系统规模的不断扩大和复杂度的增加，暂态稳定性分析与控制成为了当前电力系统研究的重要课题。本文旨在系统地探讨电力系统暂态稳定性的分析方法、数学模型以及控制策略，进一步探讨现代控制技术在该领域的应用，并为提高电力系统的安全性和可靠性提供理论和技术支持。

一、电力系统暂态稳定性的基本概念

（一）暂态稳定性的定义

电力系统暂态稳定性是指当系统经历大扰动（如短路故障、突然的负荷变化、发电机脱网等）时，系统能够保持同步运行并恢复到新的稳定状态的能力。暂态稳定性是电力系统稳定性的重要组成部分，直接关系到电力系统的安全和可靠运行。暂态稳定性通常关注的是系统在故障后的几秒钟内的动态响应，确保发电机之间的角度差不至于过大而失去同步。

（二）暂态稳定性的影响因素

影响电力系统暂态稳定性的因素众多，主要包括：系统结构：电力系统的拓扑结构、发电机和负荷的分布、输电线路的连接方式等都会影响系统的暂态稳定性。复杂的网络结构可能会导致更多的暂态问题。系统参数：发电机的转子惯量、阻尼系数、励磁系统特性、负荷特性等参数对系统的暂态响应有显著影响。参数的优化和合理配置是提高系统暂态稳定性的关键。故障类型和位置：不同类型的故障（如三相短路、单相接地等）以及故障发生的位置会直接影响系统的暂态稳定性。通常，靠近发电机或重要负荷中心的故障对系统稳定性的威胁更大。控制措施：自动电压调节器（AVR）、电力系统稳定器（PSS）、发电机励磁控制系统等控制装置对系统暂态稳定性有显著影响。合理的控制策略可以有效提高系统的暂态稳定性。

（三）暂态稳定性的评估指标

评估电力系统暂态稳定性的方法多种多样，常见的评估指标包括：临界清除时间（CCT）：指系统在经历故障后能保持稳定的最长故障持续时间。CCT越长，表明系统的暂态稳定性越好。功角响应：分析故障后发电机功角的变化情况，评估系统是否能够重新达到稳定状态。功角的最大偏移量和振荡次数是评估的重要参数。转子速度偏差：通过监测故障后发电机转子的速度变化，评估系统的稳定性。转子速度恢复的快慢和稳定性是评估系统响应能力的重要指标。电压响应：评估系统关键节点电压在故障后是否能够快速恢复到额定值范围内，电压的恢复速度和稳态值是评估系统稳定性的关键。

二、电力系统暂态稳定性分析

（一）暂态稳定性分析的方法

在电力系统暂态稳定性分析中，常用的方法包括直接法、时间域仿真法、线性化方法和其他分析方法。直接法通过对系统微分方程的直接求解，考虑系统各个部分之间的动态关系，适用于小规模系统或简化模型。时间域仿真法则将系统建模为时变动力系统，通过数值积分法求解微分方程，模拟系统的动态响应过程，适用于复杂系统的分析。线性化方法则是针对系统在扰动点附近进行线性化处理，分析系统的稳定性，适用于小扰动下的系统分析。其他分析方法如频域法、能量函数法等则针对特定问题或系统结构采用不同的分析方法进行分析，以全面评估系统的暂态稳定性。

（二）暂态稳定性分析的数学模型

电力系统暂态稳定性分析的数学模型主要包括电力系统网络模型、发电机模型和负荷模型。电力系统网络模型将电力系统的各个组成部分抽象为电路元件，建立系统节点电压和支路电流之间的关系，以实现节点分析或潮流分析。发电机模型是暂态稳定性分析的核心，通常采用转子-励磁系统模型描述发电机的动态特性，包括发电机的转子惯量、励磁系统特性和转子电动势方程等。负荷模型则描述了系统中各种类型负荷的特性，如恒定阻抗负荷、恒定功率负荷和恒定电流负荷等，以实现对系统负荷特性的准确描述。

（三）暂态稳定性分析的计算方法

电力系统暂态稳定性分析的计算方法主要包括数值积分法、线性化方法和其他计算方法。数值积分法将系统微分方程离散化，通过数值积分法（如龙格-库塔法）进行求解，得到系统在不同时刻的状态量变化，适用于大规模系统的分析，计算效率较高。线性化方法将系统在扰动点附近进行线性化处理，得到系统的状态空间方程，通过求解特征值或者频域分析等方法评估系统的稳定性，适用于小扰动下的系统分析。其他计算方法如基于能量函数的稳定性判据、基于相量描述的稳定性判据等，针对特定问题或系统结构采用不同的计算方法进行分析，以全面评估系统的暂态稳定性。

三、电力系统暂态稳定性控制方法

（一）提高暂态稳定性的措施

为了提高电力系统的暂态稳定性，可以采取一系列措施。首先是增加系统的阻尼，通过调整发电机和负荷之间的连接方式、改善网络结构等方法增加系统的阻尼，提高系统的阻尼比率，从而减少系统的振荡。其次是优化网络结构，通过合理规划和布置输电线路、变电站等设备，降低系统的复杂度，减少故障传播路径，提高系统的稳定性。此外，还可以合理配置电力设备，包括发电机的容量和数量、负荷的分布方式等，以优化系统的运行状况，增强系统的暂态稳定性。

（二）电力系统控制策略

在实际运行中，采用有效的电力系统控制策略可以提高系统的暂态稳定性。一种常见的控制策略是快速切除故障，在系统发生故障时，及时切除受影响的设备或线路，防止故障的扩散，减小对系统的影响。另一种控制策略是自动电压调节，通过调整发电机的励磁电压和无功功率输出，控制系统的电压稳定性，提高系统的暂态稳定性。此外，发电机励磁控制也是一种重要的控制策略，通过调整发电机的励磁电流，控制系统的电压和频率，提高系统的暂态稳定性。

（三）现代控制技术在暂态稳定性控制中的应用

随着现代控制技术的不断发展，越来越多的先进控制技术被应用于电力系统的暂态稳定性控制中。其中，柔性交流输电系统（FACTS）技术是一种重要的现代控制技术，通过在电力系统中插入可控的电气装置，如静态无功补偿器（SVC）、静态同步补偿器（STATCOM）等，实现对系统的电压和功率流的控制，提高系统的稳定性。另外，高压直流（HVDC）输电技术也被广泛应用于暂态稳定性控制中，通过在系统中引入HVDC连接，实现对系统的功率流的控制，提高系统的暂态稳定性。此外，智能电网技术也为暂态稳定性控制提供了新的思路，通过智能化的监控和控制系统，实现对系统的实时监测和快速响应，提高系统的暂态稳定性。这些现代控制技术的应用，为提高电力系统的暂态稳定性提供了有效的手段和技术支持。

结语

在电力系统暂态稳定性分析与控制方法的研究中，我们深入探讨了各种分析方法、数学模型以及控制策略的应用。通过对电力系统暂态稳定性的全面理解和有效控制，我们能够提高系统的安全性和可靠性，保障电力供应的稳定性。随着现代控制技术的不断发展和应用，我们对于解决电力系统暂态稳定性问题有了更多的思路和手段。

参考文献：

[1]邹焱. 基于Kuramoto模型的电力系统暂态稳定性分析与提升方法[D]. 浙江大学， 2023.

[2]曲莹，韩肖清，刘新元，等. 基于多源数据驱动的电力系统暂态稳定性分析方法 [J]. 太原理工大学学报， 2024， 55 （01）： 73-83.

[3]赵学深，朱琳，郭力，等. 基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法 [J]. 中国电机工程学报， 2023， 43 （04）： 1389-1402.