类型b：学术报告

作者与发表信息
本文由IEEE/CIGRE联合工作组撰写，主要作者包括Prabha Kundur（加拿大，召集人）、John Paserba（美国，秘书）以及来自多个国家的专家（美国、瑞士、希腊、澳大利亚、比利时等）。该论文发表于2004年5月的《IEEE Transactions on Power Systems》第19卷第2期，标题为《Definition and Classification of Power System Stability》。

主题与背景
本文旨在为电力系统稳定性（Power System Stability）提供精确的定义和系统化的分类框架。电力系统稳定性是电力工程领域的核心问题，自20世纪20年代以来一直被广泛研究。随着电力系统规模的扩大、新技术的引入以及运行条件的日益复杂，传统的稳定性定义和分类已无法全面反映实际需求。例如，电压稳定性（Voltage Stability）、频率稳定性（Frequency Stability）和区域间振荡（Interarea Oscillations）等新型不稳定现象逐渐凸显。因此，本文从理论和实践角度重新审视稳定性问题，旨在为行业提供统一的分析工具和术语标准。

主要观点与论据

1. 电力系统稳定性的定义
   本文提出，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后恢复运行平衡状态的能力，且系统变量有界，确保系统完整性”。这一定义与动态系统理论中的渐近稳定性（Asymptotic Stability）概念一致，强调系统在扰动后的收敛性和有界性。作者通过对比早期CIGRE和IEEE报告（如文献[4]-[7]）指出，传统定义未涵盖所有实际不稳定场景，例如电压崩溃（Voltage Collapse）和频率失稳（Frequency Instability）。

2. 稳定性分类框架
   根据物理现象、扰动规模和时间尺度，稳定性被分为以下三类：

   • 转子角稳定性（Rotor Angle Stability）：涉及同步发电机在扰动后保持同步运行的能力，进一步分为小扰动稳定性（Small-Signal Stability，基于线性化分析）和暂态稳定性（Transient Stability，基于非线性分析）。例如，缺乏同步转矩（Synchronizing Torque）会导致非周期性失稳，而阻尼不足（Damping Torque）会引发振荡失稳。
     
   • 电压稳定性（Voltage Stability）：关注系统维持稳态电压的能力，分为大扰动电压稳定性（如短路故障后的恢复）和小扰动电压稳定性（如负荷渐变下的响应）。电压失稳通常由负荷动态（如电动机恢复功率需求）与输电网络无功支持能力不足引发。
     
   • 频率稳定性（Frequency Stability）：指系统在发电-负荷严重失衡后维持频率的能力，例如孤岛运行（Islanding）时的低频减载（Underfrequency Load Shedding）。
     

分类依据包括：
- 主导变量（如转子角、电压或频率）；
- 扰动规模（小扰动需线性化分析，大扰动需非线性仿真）；
- 时间尺度（短期现象如暂态过程，长期现象如变压器分接头调整）。

1. 稳定性与可靠性、安全性的关系
   本文明确了稳定性（Stability）、安全性（Security）和可靠性（Reliability）的区别：

   • 可靠性是长期概率性指标，涵盖充足性（Adequacy）和安全性；
     
   • 安全性是短期鲁棒性指标，包括静态安全分析（如潮流越限）和动态安全分析（如稳定性校验）；
     
   • 稳定性是安全性的子集，专注于动态平衡的恢复。
     作者引用NERC标准（北美电力可靠性委员会）和IEEE/CIGRE文献（如[34]-[38]）说明，传统确定性方法（如N-1准则）需向风险导向的评估方法演进。
     

2. 系统理论基础的衔接
   第五部分从数学和控制理论角度阐释稳定性的理论基础：

   • 李雅普诺夫稳定性（Lyapunov Stability）：通过能量函数（Energy Function）证明系统轨迹的有界性和收敛性；
     
   • 输入/输出稳定性（Input/Output Stability）：适用于持续扰动（如负荷波动）的分析；
     
   • 线性系统稳定性：通过特征值（Eigenvalues）或李雅普诺夫矩阵方程判断。
     作者强调，电力系统的高维非线性特性使得稳定性分析需结合简化模型（如动态相量法）和数值仿真。
     

意义与价值
1. 学术价值：首次系统化整合了电力系统稳定性的定义、分类与理论框架，弥补了早期文献的不足（如文献[6]-[7]），为后续研究提供标准术语。
2. 工程价值：指导稳定性分析工具的开发（如时域仿真、小信号分析），并推动行业设计准则（如CIGRE导则[21]）的更新。例如，电压稳定性分类直接影响了静态（如连续潮流法[26]）和动态（如长时仿真[25]）分析方法的互补应用。
3. 跨学科贡献：通过衔接数学控制理论与电力工程实践，促进了复杂系统稳定性分析的通用方法论发展。

亮点
- 全面性：涵盖转子角、电压、频率三类稳定性，并细化子类别（如短期/长期电压稳定）；
- 理论严谨性：通过李雅普诺夫理论和输入/输出稳定性验证定义的数学基础；
- 实践导向：针对行业需求（如高压直流（HVDC）弱联网问题[22]）提出具体分析建议。

其他有价值内容
- 对“动态稳定性（Dynamic Stability）”术语的争议提出明确反对意见（基于文献[6]-[7]），建议避免使用；
- 探讨了分布式决策（如市场结构）对长期稳定性的潜在影响（引用文献[50]），为智能电网研究提供前瞻性视角。