电力系统暂态稳定性
电力系统遭受大的干扰后，由于系统的结构和参数发生了较大的变化，因而系统的功率
分布及各发电机输出的电功率也随之发生突然的变化。但是，由于原动机和调速机构有一定
的惯性，需要经过一定的时间以后才能改变原动机输出的机械功率，这样就破坏了发电机与
原动机之间的功率平衡，在发电机组的转轴上便会出现不平衡转矩。当发电机输出的电功率
突然减小时，发电机组转子就要加速，转速逐渐升高。当发电机的输出电功率突然增大时，
发电机组转子就要减速，转速逐渐降低。由于电力系统中各发电机转子转动惯量不一样，因
而各机组轴上的不平衡转矩变化情况也不一样。因此，将会在各发电机转子之间产生不同的
相对运动。
功角的概念
◆y 为内功率因数角，d=y-j 定义为功角。它表示发电机的励磁电势 和端电压之间相角差。
功角 d 对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。
功角是表征同步发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要参量 [1-4]，多年来，功角的
测量得到了广泛的重视和深入的研究。已有的测量方法从原理上主要有两大类：一类是纯电
气测量方法，即采集同步发电机的输出电压、电流或/和其他电气量，进而通过理论分析和
计算来获得功角。该类方法最简化的情况就是基于稳态公式或相量图的解析计算法，它在系
统稳态运行且发电机的参数比较精确时，能比较准确地计算出功角，而在系统暂态过程中，
由于参数时变性、机组铁心饱和等的影响，方法所依赖的解析公式不能成立，导致较大的计
算误差。另一类方法需要借助非电量传感器（包含光电或磁电变换）来实现测量。常见的作
法是[1-4]，在转子轴上设置机械测点或测速齿轮，在转子周围安装光电、电刷或电磁装置 ，
后者接收由前者产生的脉冲信号或其它与转子位置或速度相关的量，进而通过一定的变换来
实现功角的测量（以下简称脉冲法）。脉冲法往往需要对发电机本体进行不同程度的改造，
工艺复杂，而且由于采用非电量传感器，需借助于比较复杂的信号处理和误差补偿技术，以
去除诸如机械加工误差、信号传输延时、轴体扭振等导致的结构性误差；而且针对个案提出
的方法很难适用于别的发电机，导致实现代价较大。除了上述两大类常见方法外，还有学者
研究了一些很别致的测量方法，如文[5]提出的应用多层前向神经网络的映射功能，通过仿
真数据训练并进而用来测量发电机功角的方法，文[7]提出的通过分析机组端电压的零序谐
波分量来测量功角的方法，但这些方法的可靠性有待于在实际电力系统进行验证。
自动励磁控制系统进行强行励磁对提高电力系统暂态稳定非常有利。强行励磁取决于发
电机电势上升的速度和励磁机的等值时间常数。当输电系统突然有一回线路发生短路时，如
果强行励磁控制系统动作，由于发电机出口端电压可以维持很高，这样，短路时的功角特性
曲线将比较高，加速面积自然也变小，这样，发电机转轴上的不平衡转矩也将变小，发电机
相对运动的振荡幅度减弱。因此，电力系统中各发电机组均装有快速高顶值电压的可控硅励
磁控制系统，它可以显著改善电力系统故障后发电机电压的恢复以及系统的暂态稳定性。
在上述的快速励磁系统中，再配置 PSS 装置，可以大大改善电力系统发生短路后发电
机后续摇摆（指第一摆周期以上）的动态过程，使振荡迅速平息下来。另外，也可以较大程
度地提高事故发生后的静态稳定极限。一种称为断续控制的励磁装置或“暂态电力系统稳定”。
断续控制的作用是尽量延长故障切除后发电机保持顶值电压的时间。如果不采用这种控
制，一旦系统发生故障，在故障切除后发电机电压就回很快返回到额定电压值上，尤其是快
速励磁控制系统。这样功角特性中的加速面积就会增大，使系统出现暂态不稳定。如果采用
断续控制方式，就能够在故障切除后的极短时间那断续保持顶值电压，使发电机功角特性复
制增大，加速面积减小，减速面积加大，从而减小发电机第一摆的幅值。
