今天给各位分享电力系统研究分析汇总十篇的知识，其中也会对二是AT供电系统的断路器和绝缘等级均应配套设计进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！
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受到外界诸多不良因素的影响，油田电力系统局部故障会引起电力回路的不良反应，进而引发连锁式故障，对于油田油田电力系统安全运行带来严重的负面影响。因此为了保证油田电力系统长期、安全运行，就需要做好油田电力系统连锁故障分析，采取积极有效的措施实现对油田电力系统连锁故障的防控，进而保证油田电力系统供电的安全性与长期性。
一、油田电力系统连锁故障分析方法
（一）模式搜索法
模式搜索法主要是通过解析法、随机模拟等分析方法对电力系统进行检测分析，进而准确判断出电力系统的运行状态以及可能潜在的故障风险。
1.解析法
解析法是通过数学的方式对于某个点或者时间段的电力系统运行情况进行分析，但是该方法不能够有效处理连续的电力参数，因此运用解析法分析油田电力系统连锁故障较为复杂。一般为了提升解析法的处理效率，引入Q-reduction和tie―cutting这两个指标，通过计算机模拟仿真的方法对于电力系统进行分析，从而在最短时间内及时发现故障点及故障产生的原因。
2.随机模拟法
随机模拟法借助于数理论与概率方法以及数学模型，通过概率抽样分析的方法进行故障点的甄别。通过随机模拟法，结合故障发生的烈度、可能的故障点以及故障发生时间等进行模拟量的加载，通过构建概率模型对电力故障模式进行模拟分析。为了提升随机模拟法的分析效果，在进行概率模拟仿真时要充分考虑电力系统连锁的过载效应和电力设备保护动作等诸多因素，从而构建出系统完善的故障分析与处理系统，保证电力系统安全运行。
3.综合分析法
综合分析法结合了解析法、随机模拟法、状态空间法等诸多模拟方法，快速自动筛选出后果严重且较易发生的连锁故障模式，将电力系统涉及到的故障因素以及设备问题放在大的整体环境下进行解决，从而可以保证交替地进行计算和潮流的处理。通过综合法可以有效甄别出对于电力系统运行影响较大的连锁故障，从而有效降低乃至避免此类故障对于电力系统的影响。由于电力系统发生大规模的连锁故障是极为少见的，传统的模拟分析与计算方并不能满足要求，这就需要运用状态空间分析和网络分析相结合的方法进行故障分析。
（二）模型分析法
为了及时准确地判断电力系统连锁故障的发生点及产生原因，实现对故障的有效防控，就需要运用模型分析法对于电力系统网络进行简化及模型化处理。通过建立起电力系统OPA模型、CASCADE模型等分析模型，运用这些模型并输入相关的参数数据，从而准确判断出油田电力系统发生故障的临界系统。当系统承受的负荷超出临界系统限制，则电力系统发生连锁故障呈现出幂律的分布形式，通过分析幂律的规律，则可以对电力系统连锁故障进行预分析。OPA模型通过研究电力系统输入负载的变化研究油田电力系统当前所处的状态，并且结合电力系统的极限负荷、故障的发生点、发生时间等内容建立起相应的电力系统模型。
OPA模型包括慢速和快速两种动态过程，并引入了具有自组织特性的沙堆模型对电力系统进行模拟分析。慢速OPA模型是电力系统增加一定的载荷，并且观察数天到数年内载荷对于电力系统的影响。快速OPA模型是观察几分钟乃至几小时内输入载荷对于电力系统的影响，从而准确判断电力连锁过负荷和连锁线路故障。
CASCADE连锁故障模型是假设有n条相同的传输线带有随机初始负荷，某故障因素导致电力系统某部分元件发生故障，这些故障元件所带的负荷遵循一定的负荷分配原则自动分配到其他无故障的元件上，进而形成网络连锁故障。CASCADE模型可以实现对涉及传输线和发电机连锁故障的大规模电力系统连锁故障进行分析。
二、油田电力系统连锁故障检修
（一）连锁故障排查
①设备数据质量分析。充分整合不同时期设备状态断面，实现对系统间设备状态的互检比对；
②历史时刻查询。实现电力设备的数据存储、调取，实现迅速快捷的设备状态以及设备使用历史数据查询；
③未来时刻断面预测。在历史时刻查询以及设备数据质量分析的基础上，自动收集涉及设备状态变化的计划类信息，实现智能化演算，推测出未来某段时期内调度操作历程，最终预测油田电力系统在某一时刻的设备断面。
（二）快速仿真决策
该系统是基于故障、问题进行动作响应，通过负反馈系统进行处理。因此该技术既不同于传统预防性控制的静态安全分析以及安全对策，也相比广域测量系统组成的动态安全评估系统要可靠的多。通过对故障信息的模型响应以及准确判断，实现对故障信息的预处理，进而为油田电力系统技术人员预留更多的问题处理时间。快速仿真决策技术为油田电力系统提供数据化分析以及问题预测，可以对现有油田电力系统控制系统中存在的安全性能低、可靠性不足以及故障及时检测率低的问题进行有效的解决，因此也是未来油田电力系统技术的发展重点。
电力系统研究分析篇（2）
在过去半个世纪以前，人们都是采用手工方法计算电力系统潮流，主要依靠计算尺。但是由于电力系统日渐复杂，手工计算起来非常复杂，不仅耗时费力，同时也容易出错。与此同时，伴随着计算机行业的飞速发展，就出现了后来的计算机算法。
在传统的“电力系统分析”教学课程中，教师们一般仅针对一些简单的电力系统（节点数很少）进行潮流计算，而忽视了现有潮流计算最通行常用的计算机算法。这种课程教学不仅枯燥，学生难以深刻领悟，而且与实际研究脱轨，因为目前现实中的电力系统都很复杂，采用手算不切实际，也就失去了教学的根本意义。本文针对课程教学中潮流计算方面存在的问题而进行教学改革研究。
DIgSILENT软件的潮流计算简介
电力系统仿真软件DIgSILENT的名称来源于数字仿真和电网计算程序（Digital Simulation and Electrical Network），是德国DIgSILENT GmbH公司开发的电力系统仿真软件。
DIgSILENT软件几乎包含了所有电力系统的常用分析功能，如潮流计算、短路计算（包括对称短路和不对称短路计算）、机电暂态和电磁暂态计算、谐波分析以及小干扰稳定性分析等等。另外一个重要的特点是把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，这样做的好处就是它不仅能够分析电网的暂态故障，而且又能研究电网的长期的电能质量问题及其控制手段。
DIgSILENT/Power Factory提供了非常全面的电力系统元件的模型库，包括发电机、电动机、控制器、动态负荷、线路、变压器、并联设备的模型，甚至包括风电机组电气部分的模型，如：双馈感应电机、变频器等等；其他部分如风速、机械传动系统、空气动力学部分以及控制系统都采用动态仿真语言DSL进行搭建。
DIgSILENT可以描述复杂的单相和三相AC系统及各种交直流混合系统。利用DIgSILENT进行潮流计算时，通过指定发电机、异步电动机、负荷等系统元件的特性来确定与之相连的母线在潮流计算中相应的属性，这样就能够以简单的操作方式来模拟复杂而真实的系统。此外，程序还提供了多种远程控制模式，例如多个发电机共同控制系统频率或母线电压等。DIgSILENT以更加接近实际情况的方式执行网络的控制模式，使操作和计算均得到简化。潮流求解过程提供了3种方法以供选择：经典的牛顿-拉夫逊算法、牛顿-拉夫逊电流迭代法和线性方程法。与此同时，DIgSILENT软件还可以进行变电站控制、网络控制以及变压器分接头调整控制。当潮流计算遇到不收敛的情况时，程序会自动将非线性的元件模型逐步线性化（主要是将所有负荷逐步转变为恒定阻抗，将非平衡节点发电机转变为带内阻抗的简单电压源），进而得出计算结果，该结果可用于对系统不收敛的原因作进一步分析。潮流计算的同时，DIgSILENT软件还可以实现过负荷校验计算等功能。
此外，最新版本的DIgSILENT还提供了最优潮流计算（OPF）功能。所谓最优潮流计算就是对基本潮流计算的有益补充。最优潮流计算主要采用内点法，而且提供了多种约束条件和控制手段，其目标函数主要有最小网损、最小燃料费用、最大利润及最小区域交换潮流。
DIgSILENT软件正逐渐成为电力系统研究方面最为认可的计算机软件之一，其所提供的潮流计算以及仿真结果已经在世界范围内得到广泛认可。
课程教学安排
手算
潮流计算可以用一组高阶的非线性的方程来表示，但是不含有微分方程，主要是因为潮流计算隶属于稳态分析，故不涉及系统元件的动态特性和过渡过程，而解非线性代数方程组最基本的方法就是迭代。因此，设计潮流计算算法的首要任务同时也是最为关键的问题就是收敛性，最终得出合理的解。
虽然目前计算机潮流算法运用十分广泛，但是掌握一些手算方法，不仅可以加深对其物理概念的理解，而且即便采用计算机算法，之前通常仍需采用手算求取某些原始数据。
这里所说的潮流计算手算方法主要针对简单网络的潮流分布，但是所谓的简单网络和复杂网络之间并没有明显的界限。课前老师把所需进行手算的算例以及分析资料分发给学生，让大家提前预习并先进行独立计算。然后在实验课上针对大家可能出现的共同问题进行详细讲解，并推导全过程，加深大家对潮流计算的认识和理解，掌握其原理。
运用DIgSILENT软件计算电力系统潮流
前面已经说到，计算机算法是大势所趋，而且已经得到广泛运用，是电气工程专业学生必须掌握的一项重要技能，也是未来继续深造以及竞争重要工作岗位的一个重要砝码。所以掌握并熟练运用计算机软件对本专业学生的未来发展起着重要的推动作用。
众所周知，DIgSILENT软件正逐渐成为电力系统研究方面最为认可的计算机软件之一。无一例外，任何一种电气设计软件都是先寻找或是自己搭建元件模型，然后通过所述关系搭建网络模型，其次就是设置元件参数，最后进行潮流计算。那么，如何判断一种设计软件是否优越，就是一看元件模型库是否丰富、准确，二看元件参数设置是否简单明了，再者就是看控制语言是否简洁易懂。
DIgSILNET采用有名值进行计算，电网元件从类型数据和个体数据两个层面被严格定义。类型数据包含了该类型元件用于各个计算功能的基本信息，例如某一架空线路的类型为OHL110kV-1，该类型的架空线为潮流计算提供的基本信息为，，，为短路计算提供的基本信息为，。对某一类型数据的改变将影响到所有采用该类型属性的元件。个体数据则是每个元件在分析计算中所要用到的仅与该元件本身相关的数据，例如某一架空线路的长为。采用该种方法进行计算机计算是有很多好处的。首先，我们无需再进行标幺值计算，避免了繁琐的计算，可以直接采用一些直观的铭牌数据等；其次，对于软件来讲，这也大大减少了数据的重复储存，显然对提高计算机速度也有一定的帮助。
在DIgSILNET中执行潮流计算、故障分析、谐波分析、动态仿真等功能时，可以引入多种电力电子元件，包括FACTS装置（如SVS、TCSC和UPFC）、直流整流和逆变器等。DIgSILENT为所使用的电力电子元件提供了丰富、开放且定期更新的模型库。
这些对于课程教学来说，减轻了单纯的软件学习难度，可以缓解学生对新软件学习的畏难心理。这种人机交互的友好界面，不仅老师们授课讲解起来比较轻松，而且学生们更易于接受，更为重要的是可激发学生的自主学习兴趣。
对比手算与机算
电力系统研究分析篇（3）
1通讯规约简介
在远动装置及自动化系统中，调度端和厂站之间、自动化设备之间有大量的YC（遥测）、YX（遥信）、YK（遥控）、YT（遥调）信息需要进行传送（见图1）。为了保证双方能够准确有效地进行通信，并分清信息传送过程中的轻重缓急，区别所传送信息的类别，必须事先约定好数据传送的格式，在信息发送端和信息接收端做一系列的约定，这种数据传送的格式便是通讯规约。
图1 通讯规约基本模式
通讯规约是设备间进行数据交互的语言，规约中对通讯报了一系列的规定，即为该种交互语言的单词与语法的规定。因此，根据通讯规约的各类规定，对报文进行分析和解释，即可对这种设备交互的语言进行解读和分析。
电力系统常用的通讯规约有“循环式”和“问答式”两类。循环式规约以循环的方式周期性地传送信息给接收端，不顾及接收端的需求，也不要求接收端给予回答，常用的有CDT规约。问答式规约以主站端为主，依次向各个RTU或终端发出查询命令，各RTU或终端根据查询命令进行回答，回答信息串长度是可变的，常用的有N4F、IEC101、IEC103、IEC104规约等。
2通讯接口及新型连接器设计
常用通讯接口包括串行接口和网络接口。串行接口又根据连接形式的不同，分为RS232、RS422、RS485等多种类型。
美国SEL公司（SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES， INC.）生产的微机型继电器在电力系统中有较广泛应用，主要应用型号包括SEL351、SEL551、SEL387等型号。SEL系列继电器主要使用了RS232串口、EIA485串口两种端口进行通讯，进行设备调试、检修时需要分别使用专用连接线通过相应的端口与继电器进行连接，进而根据通讯规约开展相关工作。由于继电器相关设备调试工作一般都为现场移动作业，带多根不同类型的连接线较为不便，且在实际工作时容易拿错线导致影响工作效率。同时，新型笔记本电脑一般都不再配备RS232串口，只能使用USB转串口线，这使现场工作需再多携带一根USB转串口转接线，进一步增加现场工作复杂程度和难度。因此，我们设计一种便携式通用型SEL继电器用通讯连接器，方便SEL继电器现场调试、检修使用，如图2所示。
图2 便携式通用型SEL继电器用通讯连接器设计图
连接器一端（右侧）设计为现行通用型标准USB接口，可方便插入常用笔记本电脑所带的标准型USB口中，便于与笔记本电脑进行连接；连接器另一端（左侧）设计为与继电器进行连接的模块化接口，一侧为RS232接口，另一侧为EIA485接口，均采用标准9针串口形式，但针脚定义不同。
3电力规约报文解析软件研究
IEC101、IEC103、IEC104为目前在电力系统应用最为广泛的通讯规约。因此，可设计一种电力规约报文解析软件，以方便进行报文解析，如图3所示。
图3 电力规约报文解析软件
电力系统研究分析篇（4）
一、引言
电力 工业 是为国民 经济 和社会 发展 提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。但日益复杂的电力系统，发生故障的几率也在不断增加，某些扰动可能导致大面积停电和稳定性问题尖锐化，严重时系统可能失去稳定。
目前电力系统中的常用的故障分析系统有故障录波系统、输电线路行波测距系统、小电流接地选线系统和电能质量监测系统等，这些系统为分析电网故障、确定电力系统在特定情况下的运行状况提供了强有力的支持。这一类应用的共同点是都要对某些模拟量数据进行记录、分析和 计算 ，从而实现不同故障分析系统的功能。但目前处理录波数据的系统一般只针对具体的应用而开发，相互之间尽管在数据处理方面有许多共性，却是由不同公司各自开发的，系统的开放性差，只适用于某一种特定的应用，缺少平台化的设计思想。这样就形成了所谓的“自动化孤岛”现象。
二、故障数据分析平台的功能分析
目前电力系统中常用的故障数据分析系统有以下几种：
（一）故障录波分析系统
故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统,它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量,如有功、无功及系统频率的全过程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为,了解系统暂态过程中系统各电参量的变化 规律 ,校核电力系统计算程序及模型参数的正确性，故障录波已成为分析系统故障的重要依据。
系统主要由电流(电压)智能监视模块、通信链路、监视微机和分析软件四部分组成,该系统将多个智能监视模块统一编址，通过通信网与分析主机相连，组成故障录波系统。每一个智能监视模块相当于一个独立的微型故障录波器，在线监视一条线路的运行状况，连续采集数据。当该线路发生异常时，相应模块连续采集一段设定时间段的线路运行数据，然后，将异常出现时刻前后各一段设定时间的数据作为故障录波信息保存，并上传给分析主机；分析主机将模块上传的数据加以保存、远传和处理，并可将异常波形显示并打印出来。
（二）输电线路行波测距系统
当输电线路发生故障后，必须通过寻线找出故障点，并根据故障造成的损坏程度判断线路能否继续运行还是须停电检修。行波测距是目前应用广泛的故障测距方法，其基本原理是：在电力系统发生故障后,在故障点将产生向两端运行的暂态行波,暂态行波在传播过程中遇到不均匀介质时,将发生折射和反射,因此在故障点和母线检测处暂态行波会发生反射和透射,这样就可以利用两个波头之间的时间差来完成故障定位。
行波采集与处理系统安装在厂站端，采用集中组屏式结构，一般包括行波采集装置、t－gps电力系统同步时钟以及当地处理机三部分。行波采集装置主要负责暂态电流信号的采集、缓存以及暂态启动，并生成启动报告；t－gps负责提供精确同步脉冲信号及全球统一时间信息；当地处理机由一台工控机构成，负责接收、存储来自装置的暂态启动报告，并与安装在线路对端所在变电所内的行波采集与处理系统交换启动数据，从而自动给出双端行波故障测距结果。
（三）小电流接地选线系统
电力系统配电网故障中绝大部分是单相接地故障。由于故障电流小，系统可带故障继续运行一定时间，小电流接地方式可显著提高供电可靠性，同时也具有提高对设备和人身安全性、降低对通讯系统电磁干扰等优点。但长时间带故障运行，特别是间歇性弧光接地故障时，过电压容易使电力设备出现新的接地点使事故扩大；同时故障电流可能使故障点永久烧坏，最终引短路故障。因此故障后快速选择故障线路就显得十分重要，在发生故障时须准确选出故障线路,以便及时切除故障。
由以上分析可以得出故障处理系统的共性：首先进行数据的采集和存储，再由数据处理模块进行数据的分析、 计算 及各种特征的提取等操作，最后对所得结果进行保存、显示和打印等。但目前不同的故障处理系统只针对具体应用开发，缺少通用平台的概念。
三、平台的主要功能模块与工作流程
参数设置模块可以对平台运行的参数进行设置，使平台在合适的状态下运行。前置机通过规约处理模块与站端装置进行通信，接收不同监测装置上传的各种录波数据，包括对不同通信规约传输数据的打包与解规约。数据通讯模块负责与后台机交换信息，若从装置收到的录波数据格式不符合comtrade标准则先调用数据格式转换模块然后再将转换后的数据交给数据通讯模块。
故障处理模块负责把接收到的数据进行分析处理，将数据分析后通过数据库管理模块送入数据库服务器中，故障处理模块还提供与高级应用程序的接口。报表管理模块从数据库中取得数据生成各种报表，装置参数整定模块在后台机上发送参数整定命令，通过前置机发到装置以调整装置的运行状态。装置运行监控模块实现监测与控制装置运行状况的功能，告警模块处理装置上报或是系统操作所产生的各种告警信息。
当用户要查看录波数据曲线时调用录波查询模块查找到满足要求的数据，再通过录波曲线显示模块对要分析的数据进行查看。用户权限设置模块设定用户的使用权限，以提高平台的安全性。
四、结束语
本文提出的电力系统故障数据分析平台，遵循标准化、模块化、分布式、分层次的设计原则，具有良好的通用性和可扩展性，为开发故障录波系统、行波测距、小电流接地故障监测和电能质量监测等以处理录波数据为主的信息管理系统提供全面的底层支持。平台的使用可以提高软件的重复利用率，避免重复开发，减少电力 企业 的投资，有利于提高电网的运行和管理自动化水平。
参考 文献 ：
[1]刘念、谢驰、滕福生，电力系统安全稳定问题研究[j].四川电力技术. 2004.（1）：1－6.
电力系统研究分析篇（5）
中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-01
一、引言
电力系统的稳定，对于我们如今的社会来说是非常重要的。电力系统的稳定性出现了问题，意思是指在电力系统正常运行的时候，受到外界的干扰，会出现运行数值的变化。
在电力系统的稳定性出现的问题当中，我们主要可以分为两大类，分别是静态稳定与暂态稳定。静态稳定是指电力系统由于受到外界的干扰之后，不会出现周期性的变化，而自动恢复到原来的电力系统状态。而另一种暂态稳定就是在电力系统在受到外界的干扰之后，不会恢复到原来的状态，而以一种新的运行状态来继续运行。所以我们要从不同的分析方法来分析电力系统的稳定性。
二、电力系统静态稳定分析
上面我们也说过，静态系统稳定是指在电力系统受到外界的干扰之后，本身的运行周期不会发生变化，而在干扰之后会自行的恢复的原来的运行状态，这样的电力系统就是静态稳定。静态稳定是基本上不需要我们来进行研究的，因为这样的电力系统，它会自动调节回来，不会对我们的生活造成太大的影响。而暂态稳定在受到外界的干扰之后，不但会出现本身运行周期的变化，在震荡之后，并不会回到原来的运行状态，而是以一种新的状态来运行。接下来我们将分别分析两中电力系统的稳定。
首先我们要讲述的是静态稳定的电力系统，这种静态的电力系统可以由以下这样的方法来分析，比如说全特征值分析法以及部分特征值分析法等。
首先我们可以用全特征值分析法来分析，在整个电力系统形成了雅可比矩阵A后，我们可以应用QR算法来完成整个矩阵的全部特征值，通过这样的方法来判断整个电力系统是不是静态稳定，这种方法具有的特点是占用的内存太大，同时整个预算的过程又太慢了，同时要是在计算大规模的电力系统的时候，就有可能出现误差，所以这种计算分析方法只能够应用于一些中小规模的电力系统，对于大规模的电力系统的实用性并不大[1]。
还有一种是部分特征值计算法，对于这种分析方法来说，主要就是为了关注整个矩阵中与需要分析目标相关的那一部分特征值，对于出现了震荡的不稳现象时，也是主要关注其中较大的特征值。采用这样的分析方法主要是针对在整个电力系统的低频震荡的分析，在整个矩阵中采取其中的主导特征值，这种从矩阵的部分特征值来分析的方法中，有点是将矩阵进行降阶后在进行分析，而有的分析方法却是直接在用矩阵来进行的分析计算的。以上的都是利用矩阵的特征值来进行的分析，其实在除了利用特征值来分析电力系统的稳定外，还可以用到的另一种就是频域分析法。
三、电力系统暂态稳定分析
这中电力系统是在受到外界的干扰之后，不会恢复的到原来状态的一种电力稳定系统。这是在电力系统受到外界大的扰动而引发的一种电磁的暂态过程，这种过程还会牵扯出机械运动的暂态过程一种相对要复杂的一种过程。在整个过程中，由于这种过程太过复杂，所以在分析这中电力系统的稳定的时候，我们需要注意一些问题。第一是不要考虑发动机对暂态过程的影响，应该电力系统中交流系统的变化。不考虑在频率变化时对整个电力系统中对系统的参数的影响。在这样的情况下，对于暂态稳定我们可以用以下这两中方法来进行分析，分别是数值解法以及直接解法这两种。
（一）数值解法
这种方法是在了解完暂态系统的微分方程以及它的代数方程之后，来计算求解的。主要应用的是各种的数值积分法来进行的求解来进行的计算分析。在这种利用各种方程来进行的计算的基础上，我们可以拓展出交替求解法以及联力求解法来。
首先我们要先分析的是交替求解法，这种方法可以在积分方程与代数方程两种方程中来选择。数值解法还应该要考虑的是对各种方程特性的适应性。在这中数值解法中主要应用到的方程可以有以下的一些方程，比如说稳定欧拉法、高斯-塞德尔迭代法、抗矩阵迭代法等。在这么多的计算方法中[2]，有一种梯形隐试积分法在计算电力暂态稳定当中具有很好的适应性。在如今的计算暂态稳定的方法中，都认为梯形积分法是最理想的一种方法了。
（二）直接解法
这种解法的中心思想是，在整个电力系统遭受到外界的干扰之后，不管是什么情况下，都会恢复到稳定的状态。所以直接法就是在整个状态的空间中找到一个稳定的平衡点，在以这个点为中心，将周边的范围作为一个稳定的区域，再使用李雅普诺夫函数来计算分析。要是出现的扰动不在稳定域内，也不可以说整个系统就是不稳定的，这也是在直接解法所占有的保守性特性。在直接的解法当中，还有一些实用的方法主要有不稳定平衡点法，势能界面法，单机能量函数法等。这些方法都可以应用到各种复杂的电力系统中去。
在整个暂态稳定的分析方法中，除了上述的几种方法之外，还有一种是概率分析方法，这种应用各个方面的因素来得出某些概率的方法也可以用来检测电力系统的稳定性
四、结束语
电力系统的稳定在整个中国电网中，是占据着非常重要的作用的，它直接会影响到一个国家的发展与进步。所以本文通过分析电力系统的各种稳定性的方法，来提取出对于电力系统有帮助的稳定性分析方法，希望对于我国的电力系统有帮助。
参考文献：
电力系统研究分析篇（6）
1、电力系统稳定性的重要性
我国经济发展速度越来越快，对电力的需求也越来越大，电力建设是各行各业发展的基础，是国民经济增长的基础，是我国向现代化前进的命脉。近年来我国电力消耗越来越高，预计到“十二五”时期，我国电力需求会逐年上升10%，在加上我国电力系统的大规模化和系统结构的复杂化，电力系统的不确定性也增加了发生电力事故的概率，给人民生活、工业生产以及国民安全带来较大的损失。所以要维持我国经济的高速发展，必须要建立现代化的电力系统，其首要问题就是保证电力系统稳定正常安全的运行。
电力系统所具有复杂的非线性特征，其不确定的动态行为使得电力系统会出现混沌振荡、频率崩溃和电压崩溃，这三种现象就是电网系统不稳定的典型特征，这也是电网事故三大主要原因。1966年美国两大电网西北西南电网合并互联时，就曾发生过振荡现象，在一分钟内发生了六次混沌振荡，从而导致两大电网解列。1996年5月28日11时57分我国华北电网发生了一起较为罕见的系统振荡事故，振荡持续了1分46秒，造成地处张家口地区的两座火力发电厂的停电，即沙岭子电厂(4*300MW)，下花园电厂(2*100+200MW)全停，最后导致该区域大部分地区停电，这就是严重的“5.28”华北电网事故。由此可见，电力工作者们必须在工程和技术上非常重视和关注电力系统的稳定性。
2、电力系统运行的基本状态
电力系统应有充足的静态稳定容量，分有功和无功两种，而且在正常负荷的波动下，能够有效的调节有功和无功间的潮流，并且不发生振荡，这样就可以保持电力系统正常运行的稳定性。若系统任意一元件发生故障，如发电机或变压器等，不应导致主系统发生频率崩溃或电压崩溃等非同步运行的情况。
若电力系统的总功率与总负荷随时相等，那么我们可以称该电力系统正常运行。用数学公式表示为： ；
，式中P为有功功率，Q为无功功率，g为功率，l为负荷，P、Q分别代表有功、无功的损耗。
电力运行的状态主要包括以下四种。(1)正常状态：电力系统可以在电压和频率上满足各用户的用电需求。(2)警戒状态：电力系统在正常运行状态下受到振荡等一些因素的干扰，并且将干扰带来的影响积累起来，当干扰的影响积累足够多时，电力系统进入警戒状态。(3)紧急状态：当干扰的影响积累足够多时，各运行水平偏离正常值，电力系统已经不能在电压和频率上满足各用户的用电需求，这时我们称电力系统进入紧急状态。(4)恢复状态：在进入紧急状态之后，一般电力系统会安装有继电保护或自动保护的装置，可以使故障停止下来或者隔离，这时则可以称为恢复状态。
3、电力系统稳定性的基本概念
在电力系统稳定运行的状态下，发出的电功率为定值，同时在各个节点上的各种参数也是定值，反之，如果发出的电功率和各个节点上的电压或频率出现了波动和偏差，那么这时电力系统就不是在稳定状态下运行。
电力系统的稳定性包含以下几种：(1)电力系统的静态稳定：在往电力系统里加入或移除个别电机电力，加入或移除负荷时，电力系统会受到一些小干扰，在小干扰消失后系统不发生自发振荡或非同步，自动恢复到初始运行状态，这种状态我们就称为电力系统的静态稳定。(2)电力系统的暂态稳定：与静态稳定对立，在电力系统受到较大干扰后，例如短路或者断线，可以暂时达到一个新的状态稳定下来，那我们则称这个新的状态为暂态稳定。(3)电力系统的动态稳定：电力系统的动态稳定则是指电力系统受到干扰后,不发生振幅不断增大的震荡而失步。
4、电力系统稳定性的研究方法
近年来，我国电力系统朝大电网、超高压、大机组、远距离输电的方向发展，但是电力系统基础建设设施水平落后的现在依然存在，在储存和运输能力方面，经常会接近甚至超过电网系统的额定负荷，在这种情况下，就会在较大程度上威胁到电力系统的稳定性。以2010年上海世博会为例子，而电力系统的稳定就是整个世博园区安全最根本的保障。设想在世博会期间，电力系统如果发生了故障，导致停电事故，势必将会造成一定性质的混乱，从而导致一些负面的因素影响到上海乃至中国的国际形象，其后果不堪设想。随着电力行业的发展，各电厂、电站和电力局的规模不断扩大，传输能力和距离的不断提高，在结合电力市场的日益完善和成熟，那么如何提高电力系统运行的稳定性，如何进一步加强和完善提高电力系统的基础设施来保证其稳定性，如何保持其可持续性发展，就成为了各国电力工作者们所面临的一个难题。1980年以来，电力工作者们和电力研究人员在电力系统稳定性领域做了大量的科学研究工作而且也获得很大的成就。下面我们就来看看有关电力系统稳定性的解决办法。
根据电力系统的实际情况和特点，近年来主要的应用措施有以下几点：
(1)在干扰较小的情况下，可以模糊的认为是线性问题，通过建立数学模型的方法来确定动态和稳定性，计算电压和频率的特征值。
(2)在干扰很大的情况下，则不能认为是线性问题，需要建立非线性方程组，而且不能通过建立学学模型的方法来确定动态和稳定性，目前一般是采用积分法来求解，但是由于非线性方程组求解的不确定性，一般会得到多组解，也就是说在干扰很大的情况下，会有多个动态的平衡状态。
参考文献：
电力系统研究分析篇（7）
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）05-0317-01
1凯里供电局营销工作概况
凯里供电局系中国南方电网公司和贵州电网公司领导下的国家大二型企业，担负供电辖区内15个县（市）及湘黔电气化铁路的电能供应、销售与服务任务，并为黔电入粤、黔电入湘的重要通道，为贵州电网公司代管县局最多（15个）的供电企业。该局年售电量40亿千瓦时，辖区内高能耗负荷企业占总负荷70％左右，该局目前营销工作面临负荷结构不合理、代管县局多的复杂管理形势。如何有效的调动代管县局主动做好辖区内的营销服务工作，培育更多优质负荷，提高企业的营销经营业绩，成为该局营销管理工作的研究重点。为此，该局通过建立电力营销数据分析系统，客观公正地评价下属业绩，导入竞争机制，不断提高该局的营销工作质量。
2 建立实时数据跟踪监控系统
凯里供电局针对需要实时控制的电量及电费回收等指标推行日报表和帐目日报表、周期性报表制度，建立起销售状况的实时监控数据分析系统。这里重点介绍电量销售日报表和电费回收进度表。
电费欠费说明：
1.凯里供电局本月应收15478万，截至8月30日下午6:00,本月实收14090万，欠费1388万，回收率为91.03％。凯里系统本期合并口径新增欠费953万，月末应收电费余额增加额为673.57万，其中城区供电分局直管客户欠费191万（凯里纸厂欠费110万，城区小客户欠费81万），直管县局终端用户欠费566万（其中施秉恒盛公司欠495万，市郊局小客户欠23万、镇远局小客户欠47万）；台江局欠192万。
2.注意问题：凯里城区小客户本月欠费可能较多，要加大催费力度；同时对凯里纸厂进行跟踪催费。
销售异常势头，跟进弱势区域、弱势类别。
（2）电费回收进度表。
欠费数目越大，时间越长，追讨的可能性就越小，控制应收账款的通用原则是对赊销客户设定信用额度和信用期限。凯里供电局要求各分县局和大客户管理所在每月24日后按日上报电费回收进度表。每月最后两天在早会上通报。一方面提醒各分县局和部门注意正常欠费的关注和跟进；另一方面对异常欠款及时暴光，及时检点，及时追究，从上至下形成对应收账款追讨的巨大压力。
3 建立月度营销分析制度，做好营销数据的月度分析
对于市场营销部而言，简单地根据营销数据考核各分县局和部门工作没有任何意义，重要的在于你能引入公平的评估模式，让各分县局和部门的营销负责人心服口服。
完备科学的月销售分析应达到以下目的：
（1）分析整个地区局的当月电量、线损、欠费余额，同期增长率，教上月成长率。
（2）引导各分县局和部门营销负责人关注自己的电力销售和电费回收是否健康。
（3）引导各分县局和部门营销负责人关注当月重要客户的销售。
（4）排除市场容量不同、市场基础不同等因素的干扰，客观公正地评估各分县局和部门的销售贡献。
这里以月度下网电量分析表进行说明：
通过此表我们可以看到凯里供电局当月的售电量、累计售电量、成长率、同期增长率等,还可以看到各类别电量及所占的比例。更重要的是,我们可以看到各分县局的售电情况,排名情况,对各分县局进行点评, 还可以要求后三名说明原因，给其营销负责人相应的指导和压力。
4 小结
通过建立有效的电力营销数据分析系统，凯里供电局实现了实时的销售监控和周期性的分析反馈及控制，为提高企业经营业绩奠定了基础。
参考文献
［1］傅景伟.电力营销技术支持系统［M］.中国电力出版社，2002.
电力系统研究分析篇（8）
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
在现今社会，实现电力系统在安全可靠的前提下经济运行，不仅对国民经济具有重大意义，对国家政治也有重要影响。因此，面对日趋复杂的系统和日益增长的用户需求，如何保证电网“安全、优质、经济”运行，一直以来都是电力系统工程技术人员和学者的研究的重要课题之一。
一、无功优化的意义
电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的一种有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。实现无功功率的优化可以改善电压的分布、提高用户端的电压质量、减少电力传输(主要是线路和变压器)的电能损耗，从而降低电力成本，同时也能提高电力传输能力和稳定运行水平。
随着自动化技术的日益成熟，基于传统的安全监控和数据采集系统的高级应用软件如网络拓扑、状态估计、调度员潮流正逐步趋于实用化，在此基础上可以进行功能的再扩展，开发电网电压、无功优化控制系统。随着电力通信的飞速发展，我们可以在现有的自动化系统基础上进行无功优化计算，下达控制指令，利用电力通信信道，将这些指令传递给变电站的综合自动化系统，投切电容器、调节变压器分接头，来实现无功功率的最优控制，将线损降低到最低，使SCADA/EMS系统的效益更加直观、明显。
二、静态无功优化调度的模型与算法
1、数学模型
电力系统无功优化调度问题通常表示成含约束条件的非线性数学模型。从经济性角度出发的经典模型是将系统的有功损耗最小化作为目标函数，从系统安全性角度出发的模型是将系统运行状态（如节点电压幅值）偏离期望值之平方和最小或者电压稳定裕度最大作为目标函数，或者同时考虑这两者构成多目标模型，此外，还有以无功注入总成本最小为目标的模型。在电力市场环境下，如考虑到无功功率的发电和运行成本，则可以采用有功和无功的发电总成本最小化作为目标函数。
2、求解方法
无功优化的求解方法主要有非线性规划法（Non-Linear Programming，NLP）、线性规划法（Linear Programming，LP）等常规的无功优化方法以及人工智能搜索方法等。
（1）常规优化方法
NLP能直接处理非线性的目标函数和约束函数，应用较广泛的NLP方法主要有简化梯度法、牛顿法和二次规划法。
虽然ORPD问题属于最优潮流问题中的一个特例，目标函数和约束条件是非线性的，但应用求解经济调度的各种NLP方法来求解ORPD问题时或多或少都存在计算量大、收敛性差、稳定性不好等问题。简化梯度法对罚函数和梯度步长的选取要求严格，收敛慢，且不能有效地处理函数的不等式约束。尽管二次规划法的精确性及可靠性较好，但其计算时间随问题规模的增加而急剧增长，在求解临界可行问题时会出现不收敛。牛顿法具有快速收敛的特点，但尚不能有效处理电压无功优化控制中的大量不等式约束。
（2）专家系统和人工神经网络方法
20世纪80年代专家系统被引入到电网电压无功控制领域。有研究者提出了一种便于为实时控制建立专家系统的方法，灵敏度树，在此基础上开发了电力系统电压无功控制的专家系统，以协助操作人员监视母线电压并选择最有效的控制方法来处理电压越限情况。也有学者采用专家系统和模糊集求解ORPD问题，在一系列规则中引入启发式控制，根据隶属度函数来度量规则的适应度。虑到仅依赖于专家系统或者ANN方法进行ORPD求解难度很大，因而常将其作为常规算法的辅助和补充来发挥作用。
（3）内点法
自N.Karmarkar于1984年提出具有多项式时间可解性的线性规划内点算法以来，各种内点法相继被提出，并已被扩展应用于求解二次规划和直接非线性规划模型。它们的主要优点是计算时间对问题的规模不敏感，计算速度快，收敛性好。但如何探测和处理优化过程中的不可行解的问题是内点法的一个障碍。
（4）启发式搜索算法
近年来，启发式搜索算法在全局优化问题中得到了密切关注和广泛应用。如模拟退火算法、遗传算法、进化规划、进化策略、粒子群游算法、免疫算法、Tabu搜索算法以及这些算法的组合方法]等。而其中最引人瞩目的是遗传算法（Genetic Algorithms，GA）。
三、动态无功优化调度的模型与算法
在进行无功调度时将是在高电压环境下进行操作、切换控制设备，如这些情况出现得很频繁，就会破坏设备的绝缘强度、缩短设备的使用寿命，并形成事故隐患。此外，频繁调节控制设备还加重了运行人员的工作强度，容易产生操作错误，不利于系统的安全运行。
因此，在动态无功优化调度数学模型中引入了变压器抽头和补偿装置投切开关允许动作次数的限制。现有建模方法主要是将一天的负荷预测数据划分成若干（如24）个时段，然后以整天的能量损耗最小或者24时段内总网损最小为目标，并将控制变量的动作次数作为直接约束，从而获得全天各时段的无功调度模式，形成了十分复杂的时空耦合问题，常会受负荷预测结果精度的影响。
刘明波给出了动态无功优化问题中严格意义下的非线性混合整数数学模型，介绍了各种离散控制设备每天的最大允许动作次数相同时的优化结果，显示了动态无功优化取得的控制设备动作次数的降低是以有功网损的升高为代价的。
为简化动态无功优化问题，通常的做法是简化状态解空间以达到降维效果：任晓娟通过启发式规则确定控制设备的动作序列，采用一种稀疏矢量方法对控制变量进行一定的简化，将数学模型转化成静态优化模型，适合于求解高中压配电网的动态无功优化问题；文献Sharif S S将负荷曲线划分成若干时段，离散控制变量在每一个时段中的取值相同，在时段数较少（小于最大允许动作次数）的情况下自动满足动作次数限制，然后进一步在各个大时段（interval）中再细分出若干个周期（period），对每个周期只使用连续变量、依据实时负荷数据进行优化，以尽可能地降低网损。由于过分强调了动作次数约束而减少时段的分区，很多情况下无法调动所有设备进行无功优化。
Liang R H根据预测的24时段负荷数据，将变压器带负荷调压装置的动作次数和无功补偿投切次数作为约束，采用动态规划法求解。由于状态数量庞大，求解效率不高。
Wong Y K认为无功优化调度的目标除了通常被普遍采用的网损最小化和电压合格化之外，还应增加控制设备的操作最小化。因此目标函数中增加各个控制变量的变化量罚函数，并依据经验人为地根据各控制变量操作优先级的不同分配不同的罚因子，可惜各个罚因子没有真正的物理意义，取值缺乏科学依据。
潘哲龙则将网损和动作元件数作为两项惩罚项，加入到越限元件数最小化的目标函数中，采用一种分布式并行计算的遗传算法进行求解，不过该文也没有给出罚因子的选取方法。
倪炜提出在实时无功优化的目标函数中考虑控制变量的调节代价：以各台设备的成本与调节故障导致的损失费用之和除以寿命期内的有效调节次数。
展望
随着ORPD问题研究工作的深入，其控制次序问题和负荷模型问题将会凸现出来。控制次序的问题涉及应用层面，而目前无功优化控制的应用基本仍停留在离线的水平上，因而该问题的理论研究也不够深入，实际上，即使优化后得到一个可行解，在调节逐个设备的过程中也不一定能够保证不出现临时越限现象。负荷模型问题更是目前研究的一个盲点。实际上负荷与电压的关系相当密切，由于无功优化的结果往往导致部分状态变量逼近约束边界，负荷与电压的相互作用过程将会产生新的越限。由于负荷模型的研究本身是一个难点，通常将负荷视为恒功率，这种被普遍采用的假设值得推敲。
参考文献
电力系统研究分析篇（9）
作者简介：李孟超（1968-），男，河南商丘人，河南省电力公司商丘供电公司，高级工程师。（河南 商丘 476000）
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0209-02
近年来，随着我国电力工业步入大电网、大机组、大容量、特高压、交直流混合、远距离输电、智能电网的阶段，电力系统的复杂性明显增加，电网的安全稳定问题日渐突出。当电网结构薄弱、缺少技术防范措施时，则可能因某一电气设备故障引发大面积停电事故，因此应把电网的稳定问题放在首位，这是众多事故中得出的客观规律。对于我国来说，长期以来发输变配工程落后于负荷的增长，网架相对薄弱，随着电网的不断发展，保证电网的稳定、可靠、运行，成了一项艰巨而重要的任务。加强电网稳定、可靠控制技术的研发和利用，已成了电力部门的重要任务。无论什么情况下，电力生产调度部门都要把电网安全稳定运行放在极其重要的位置。
一、保障提高电力系统静态稳定的措施
从电力系统静态稳定的本质来看，静态储备越大，电网静态稳定性越高。缩短“电气距离”是提高静态稳定的根本措施。主要措施包括以下几个方面：
1.减小线路电抗
采用分裂导线可以减小架空线路的电抗。对于电压为220kV及以上的输电线路，一般均采用分裂导线。这样既可以减小线路电抗，又加强了系统之间的联系，从而提高了电力系统的稳定性。
2.提高电力线路的额定电压
在电力线路始末端电压相位角保持不变的前提下，沿电力线路传输的功率基本上与电力线路额定电压的平方成正比。换言之，提高电力线路的额定电压相当于减小电力线路的电抗。因此，提高了电力系统的静态性。
3.采用串联电容器补偿
电力线路串联电容器补偿除了可以降低电力线路电压降落并用于调压外，还可以通过减少电力线路的电抗来提高电力系统的静态稳定性。但由于这两种补偿的目的不同，使用的场合、考虑问题的角度也就存在很大的不同。
一般情况下，串联电容器的补偿度愈大，愈接近于1，电力线路补偿后的总电抗愈小，从而可以提高电力线路的输送功率极限值，提高电力系统的静态稳定性。
4.改善电力系统的结构
改善电力系统结构的方法较多，对提高电力系统静态系统作用较明显的方法包括：一是加强系统联系，增加输电线路回数，减少输电线路电抗，使电力系统有坚强的网架，从而提高电力系统的静态稳定性。二是加强电力线路两端系统各自内部联系。三是在电力系统中间接入中间调相电力系统。
因此，电力线路经过的地区有地方电力系统或发电厂时，应尽可能地联合成为较大的联合电力系统，对于提高整个电力系统的静态稳定性有一定好处。
5.维持和控制母线电压
在电力系统正常运行中，维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持和控制变电站、发电厂高压母线电压恒定，特别是枢纽厂（站）高压母线电压恒定，相当于输电系统等值分割为若干段，这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离，从而保证和提高了电力系统的稳定性。
（1）负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。
（2）切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较重要的线路等引起了大的扰动。
（3）电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。
三、提高电力系统暂态稳定性的措施
提高电力系统暂态稳定性的措施和提高静态稳定性的措施有所不同。其不是首先考虑缩短电气距离，而是首先考虑减少能量差额或功率的临时性措施。具体措施如下：
1.快速切除故障和自动重合装置的应用
这是两种常常配合在一起使用的借减少功率或能量的差额提高暂态稳定性的措施，经济有效，应首先考虑。
（1）快速切除故障。快速切除故障对提高电网暂态稳定有着决定性作用。其大大提高了发电厂之间的稳定性，减少了电动机失速的危险。
（2）自动重合闸。由于电力系统中的故障，特别是高压电力线路的故障，大多是瞬时性短路故障。采用自动重合闸装置可以大大提高电网的可靠性和稳定性。因重合成功会使系统电源充足，易满足负荷的要求，从而保证了负荷运行的稳定性。
2.电气制动和变压器中性点经小电阻接地
（1）电气制动。当电力系统故障时，电机输出的功率急剧减少，发电机功率因功率过剩而加速，如能迅速投入制动电阻，消耗发电机的有功功率以制动发电机，使发电机不失步，仍能同步运行，可提高电力系统的暂态稳定性。
（2）变压器中性点经小电阻接地。变压器中性点经小电阻接地就是对接地性短路故障的电气制动。在短路靠近送电端时，它主要由送端发电厂供给；靠近受电端时，主要由受端系统供给。送电端发电机由于要供给这部分功率，短路时它们的加速就要放缓，或者说这些电阻中的功率损耗起了制动作用，从而提高了系统能的暂态稳定性。
3.长线路中间设置开关站
在线路较长时，可以在线路中间设置一个或多个开关站，这样相当于缩短了线路，因而可以提高系统的暂态稳定性。
4.采用单元接线方式
这是不增加设备投资以提高电力系统暂态稳定性的措施。采用单元接线基本上防止了发电厂之间并列运行暂态稳定的破坏。
5.连锁切机和切除部分负荷
连锁切机是由单元接线方式派生的，是介于并联接线和单元接线之间的一种提高暂态稳定的措施，它可以提高电力系统的暂态稳定性。当电力系统中备用容量不足，难以采用单元接线方式而必须采用并联接线方式时，为了提高系统暂态稳定性，可以采用连锁切机。
四、商丘电网安全稳定水平现状
通过对2013年夏季大负荷、冬季大负荷进行全接线及N-1暂稳分析，商丘电网无暂稳问题。
由N-1静态安全分析，在主要发、输、变电设备检修情况下，商丘电网存在500千伏联变下网负荷超稳定极限、重要断面过极限及220千伏电压水平偏低问题。
2013年商丘电网稳定约束的重点在于配合各种设备检修时，控制电网负荷使商丘电网电压满足运行要求，各重要断面不过载或不超稳定极限。
五、对商丘电网稳定运行采取的约束措施
（1）电压控制：电压控制是以下各项控制的前提。控制商丘电网220千伏电压不低于220千伏。
（2）开封地区与商丘地区500千伏主变。
1）汴西变投运前：开封地区与商丘地区500千伏主变由祥符两台主变、庄周两台主变共四台主变构成，主变下网极限要求如表1所示。
2）汴西变投运后：开封地区与商丘地区500千伏主变由祥符两台主变、庄周两台主变、汴西一台主变共五台主变构成，主变下网极限要求如表2所示。
（3）张阁庄周西送断面。该断面由220kV健张线、ⅠⅡ华庄线三个元件组成，控制限额如表3所示。
（4）商丘东部受电断面。该断面由220kV张梁线、ⅠⅡ庄陆线、ⅠⅡ裕梁线五个元件组成，控制限额如表4所示。
六、结论
电网的稳定运行对电力系统的安全十分重要。运行经验表明，重大电网事故的发生几乎都是由于电网稳定破坏而扩大，因缺乏事故预案，而后扩大至灾害性后果。因此，一个较弱而有措施准备的电网，将比一个强而无措施准备的电网会有更好的运行效果。本文希望通过对一些对策的研究，提高电网的安全稳定运行及经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]何仰赞，温增银.电力系统分析（上、下册）[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.
[2]孟祥萍.电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.
电力系统研究分析篇（10）
中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：
一、关于牵引供电系统
1．牵引供电系统能量来源
我国电气化铁路取电于国家公用电网，外部电源是高速列车所需能量来源，它在牵引变压器作用下实现了将电力系统能量转变成牵引供电能量。一般普通铁气化路，牵引变压器工作电压为110KV，但高速铁路牵引变电所需要外部电源电压为220KV，目的是使高速铁路在供电电能提供上有安全可靠外电网保障。
2．牵引供电系统核心
对于整个牵引供电系统来说，牵引变电所作用如同人的心脏。牵引变电所把电力系统传送来的电能，根据对电压和电流不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，再分别馈送到铁路轨道上空架设的接触网上，列车通过受电弓取电而产生牵引动力。在一条电气化铁路沿线上有多个牵引变电所，它们之间距离大约为40Km到50Km，并且每个牵引供电所设置二台牵引变压器，采用双电源供电，提高了供电可靠性。牵引变电所中，最主要设备当属牵引变压器，因牵引供电需要，牵引变压器与一般变压器有较大差别，采用接线方式有三相Yd11接线、单相V/V接线、三相-两相斯科特接线等。牵引变压器将电力系统高电压降低至适合列车运行的电压等级，还起着将三相电转换为单相电功能。牵引变电所除了牵引变压器之外，还包括与牵引变压器配套的其它设备，如高压断路器、隔离开关、电压电流互感器、高低压开关柜、全封闭组合电器、电容补偿装置等。
二、电气化铁路电能质量问题。
由于牵引供电系统结构特殊性和负荷在时间、空间上分布随机性，造成了电力系统三相严重不平衡。电气化铁路普遍存在着电能质量问题，因而受到电力系统限制。电气化铁路影响电力系统主要电能质量指标有：谐波电流、功率因数、负序电流。高速铁路动车组采用大功率交直交牵引传动系统，性能良好，功率因数大幅提高，接近1。谐波电流含量也下降较大，可等同为在既有交直牵引供电系统基础上增加了高效有源电力滤波器。但高速动车组列车由于牵引电机功率大幅增加，负序电流更为明显。
三、理想牵引供电系统。
理想牵引供电系统是电气化铁路在从电力系统取电同时, 把其产生的对电力系统干扰隔离出来, 也就是说, 该系统要把电能质量控制在相关标准或国家标准允许范围内。为使电能质量达标，可考虑在牵引变电所内采取措施，解决负序电流问题，同时在铁路牵引网使用统一电压供电且取消接触网电分相。
1．理想牵引供电系统构成
时代进步造就了大功率电力电子技术飞速发展, 而且由于功率半导体器件集成水平、容量大幅提高, 同时价格不断下降, 这就为解决电力系统与牵引供电系统在电能质量上存在的矛盾与铁路自身电分相提供了新思路, 同时在装备与技术方面提供了可能。我们可借鉴一下德国模式,在牵引变电所通过三相交流与直流和单相交流全变换方式下实现同相供电,利用直流环节隔离与转换作用,构造独立于公用电网的供电网络。因为采用全变换,并且三相负荷平衡,并不存在着负序问题,而且铁路供电臂取消了电分相, 变电所之间能进行潮流调度, 变压器负荷率和容量利用率都能得到极大提高。牵引变电所取电是在三相电力系统，牵引馈线要增加断路器和一些相关保护，我们可仿单相牵引变电所馈线来实现,各个断路器对应着不同故障区间，分区所断路器一般都是闭合的,这样可以实现牵引网贯通与供电。
2．理想牵引供电系统限制因素与解决方案
限制理想牵引供电系统因素是国外电力电子器件依旧比较昂贵, 而且经济性也较差，但随着国产化进程和技术迅速发展, 元器件成本将会大幅下降。现在按照同相供电装置容量折算为1000元/KVA来计算,每20MVA变电所需要增加2000万元。下面是笔者结合一些资料及本人看法对推广理想供电系统给出了一些建议：首先，我们应通过工作备用, 而节省不必要场地所需及固定备用设备投资；其次，因避免了电分相从而使列车运行变得更平滑, 同时节省了自动过分相日常维护费用和一次投资；再者，因牵引变电所容量降低可节省固定容量电费，按每个月固定容量电费为15 元/ kvar来计,降低一个容量等级而节省电费数目是很可观的；然后，电子器件（如IGBT、IGCT ）和集成产品越来越普及,尤其是国产化后,它们单价会大幅度下降，会更有助于理想牵引供电系统推广；最后，可以减少铁路部门由于电能质量问题与公共电网运营商产生纠纷或受罚。当前被罚款主要原因是功率因数问题,不过今后也很难排除会由于谐波干扰、负序电流而造成电能质量罚款事件。
四、同相供电系统
为降低负序电流影响, 要把供电臂相位依次接入电力系统三相中的某一相,也就是换相，这样沿线供电臂将使用不同相位电压进行供电,在分区所处需设置电分相装置。电分相是列车运行、尤其是高速列车运行的薄弱环节，完成同相供电是提高列车平稳舒适性和安全性的有效方法。现行供电方式存在问题的最有效解决方法就是在牵引变电所采取以负序、无功补偿为核心的对称补偿技术,从而实现同相供电,也就是全线用同一相位单相电压来供电。它与单相牵引变压器有一点是一样的,可以避免在牵引变电所出口使用电分相。考虑到同一电力系统不同进线处系统短路容量也不同，进而承受负序电流能力也不同。为了减少不必要的设备浪费和投资,可将同相供电系统中的变电所分成三种:不补偿,仅仅用牵引变压器；半补偿, 对于补偿负序要有适度要求；全补偿, 要求实现对称补偿, 尤其对负序有较强抑制能力。
根据不同接线, 在变电所进行对称补偿时, 有一些技术上难度。按理论上，当功率因数是1，同时只补偿负序的时候,最小全补偿容量与牵引负荷功率相等。实现对称补偿方式有两种: 一种是无功补偿方式,它既可以无源（SVC装置）同时也可以有源（SVG装置），主要采用平衡变压器进行最优补偿，如Scott接线方式，同日本不等边Scott接线方式不同, 这种变压器次级绕组匝数n1与变压器次级绕组匝数n2相等，当全补偿时，负序电流为0，取消变电所出口电分相。它的缺点是电力系统任一相电压或线电压无法与供电臂电压U同相,也就是无法与相邻变电所对应相电压( 如YN, vd 接线)或线电压( 如单相接线、V/V接线) 的供电臂实现同相，供电臂有再生反馈电流通过之时补偿要反性。此种补偿对每种接线方式能不能适用要做具体分析；另一种为有源补偿模式,采用变电所平衡接线变压器与潮流控制器( PFC)相配合。当功率因数为1时，PFC提供一半牵引负荷有功功率即可消除负序。它的优点是供电臂电压可与电力系统相电压或线电压设置成同相，也就是可以与其他V/V接线或单相变电所实现输出电压同相。供电臂有再生反馈电流时，PFC向电力系统发送一半再生功率。当所有牵引变电所达到国家电能质量标准时，可将分区所相联，减少电分相。这其中需要探讨的是, 在电力系统要求牵引变电所三相接入条件下，现有高速铁路AT供电方式牵引变电所多使用V/X接线，想要实现对称补偿，取消电分相、消除负序, 只能采用SVG或SVC, 还必须在三个端口进行补偿, 这增加了技术难度，若采用两个端口补偿, 则补偿容量非最优。
五、新型AT供电模式。
自耦变压器AT是普通双绕组变压器的一种特殊连接, 它的特点是低压与高压绕组间不仅有电路直接联系，而且还有磁路耦合, 其传递的功率为传导功率和感应功率之和, 也就是说, 之所以功率传递比普通双绕组变压器大是因为存在传导功率。因AT 高低压绕组之间有直接电路联系, 便要求高压侧与低压侧具有同样绝缘水平, 常用于高低侧电压相对接近场合。
目前，世界高速铁路AT供电方式主要为2 X 27.5KV法国模式和55KV日本模式。我国这两种模式均有采用,京津线采用2 X 27.5KV法国模式，京秦线则采用55KV日本模式。我们可以借鉴这两种模式设计出一种新模式，该模式应该具有以下几个特点：一是相同供电能力下,日本模式要求牵引变电所馈线、母线导线截面更小, 这有利于接触网悬挂轻型化，新模式借鉴；二是新模式同日本模式相比, 牵引变电所内可不设AT, 将AT布置在线路上,简化了系统, 增加设计选择灵活性，并节约了成本；三是同法国模式相比, 新模式牵引变压器不需要中间抽头,能很大程度简化牵引变压器制造难度,而且还省去了牵引变电所回流线布置；四是我们牵引侧开关由2 X 27.5KV模式提升为55kV双极开关,开关绝缘等级提高, 不过工作电流要比2 X 27.5KV模式小, 在高压侧使用220KV大容量供电条件下, 方便于开关选型；五是新模式供电能力高于法国模式, 与日本模式相同, 在增加供电能力同时, 有助于减少电分相数目，延长供电臂。
六、牵引供电系统分析与建议
一是我们需要认真研究新型AT供电模式,填补日本模式与法国模式的缺陷。新型AT供电模式不仅要适用于理想牵引供电系统，也要适用于现行供电系统；二是AT供电系统的断路器和绝缘等级均应配套设计；三是我国电气化铁路供电系统相对于世界来说具有多种牵引变压器接线形式和AT供电方式, 需要结合我国高速铁路实际,设计出具有自主知识产权并且最适合的新模式；四是我们在解决电能质量问题同时, 要实现电气化铁路无分相化；五是我国高速铁路牵引变电所大多采用三相方式接入电力系统，平衡接线最节省补偿装置容量，也便于和单相变电所相互配合,从而形成同相供电系统来尽可能避免电分相,这也同样适用于既有线改造。
总之，当今电力电子技术迅速发展普及，而高速铁路电能质量问题也是急待研究解决的课题。我们为了解决电能质量问题，设计出一种供电系统。本文简介了牵引供电系统与理想牵引供电系统，相形比较之中所存在问题有待我们去解决，还有在对日本、法国供电模式分析比较之中，能得到适合我们的AT供电模式。
参考文献
[1] 李群湛, 贺建闽. 牵引供电系统分析[M]. 成都:西南交通大学出版社, 2007.
[2] 黄辉.椭圆形截面墩柱承载力计算.铁道建筑，2011.
[3] 解绍锋, 李群湛等. 同相供电系统对称补偿装置控制策略研究[J]. 铁道学报, 2002.
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