电力系统稳定性问题及分类

现代电力系统是一个巨大而复杂的动态系统，安全稳定性是其运行的基本要求。模型的高维性、运行方式的不确定性、元件的强非线性、扰动的随机性，使得电力系统稳定现象和机理十分复杂。随着电网大规模互联，HVDC、FACTS等柔性输电技术广泛应用，以及新能源电源比例不断提高，对电力系统动态机理与稳定性的分析与控制越来越困难^[2，3-5]。

电力系统稳定性是指，在给定初始运行条件下，电力系统受到物理扰动或者故障后，重新获得平衡运行状态，各种状态变量满足约束条件，从而保持全系统完整性的能力。

由于电力系统稳定性涉及多种多样的动态现象，从不同方面出发就有不同的分类方法，常见的有：根据稳定过程的特点，分为静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性；根据扰动的大小，分为小扰动稳定性和大扰动稳定性；根据稳定过程的时间，分为短时间稳定性、中长期稳定性和长期稳定性；根据稳定现象的不同，分为低频振荡、负荷稳定、次同步振荡和电气谐振等，其中次同步振荡又分为异步发电机效应、轴系扭转振荡和暂态扭矩放大作用等；根据稳定机理的不同，分为功角稳定（发电机稳定）、电压稳定、频率稳定、扭振稳定和滑差稳定等。

电力系统稳定性的定义与分类具有重要意义，清楚地、系统地理解不同类型稳定问题及其相互关系对于电力系统的良好设计和运行是非常必要的。因此，电力系统两大国际组织——国际大电网会议（CIGRE）和美国电气电子工程师学会（IEEE）多次给出过电力系统稳定性的定义与分类，并且根据电力系统大规模互联、新技术不断应用带来的稳定问题的新变化，设立联合工作组，于2004年给出了新的电力系统稳定性的定义与分类，其给出的稳定问题的分类如图1-1所示^[6]。

图1-1 IEEE/CIGRE给出的电力系统稳定问题分类(www.xing528.com)

与此同时，根据我国电力系统长期设计、运行实践和研究经验，国内在电力系统安全稳定方面的标准中也提出了对电力系统稳定性的定义与分类，其中建议的电力系统安全稳定计算技术规范对稳定问题的分类如图1-2所示。

这两种定义和分类在总体框架和主要概念上是基本一致的。两者的主要区别包括：在功角稳定方面，后者除了包含IEEE/CIGRE所给出的非周期性失稳、周期性失稳和暂态失稳三种短期稳定过程之外，还给出了大扰动动态稳定的定义，是指在大扰动下，在包括慢速的自动调节和控制装置的作用下，保持较长过程功角稳定性的能力。在电压稳定方面，IEEE/CI-GRE定义认为小扰动电压稳定也包括短期和长期过程，但是国内定义认为小扰动电压稳定主要指静态电压稳定，不包括联锁反应等长期过程。

图1-2 电力系统安全稳定计算技术规范给出的电力系统稳定问题分类