提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性主要從哪兩方面著手

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中失去穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的事故。為此，在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，當(dāng)經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度不夠高。就應(yīng)該采取技術(shù)措施，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，一旦系統(tǒng)失去穩(wěn)定，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施，限制事故范圍，減小由此帶來的損失，并盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)從靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩方面來進(jìn)行。一般來說，靜態(tài)穩(wěn)定程度高的系統(tǒng)，暫態(tài)穩(wěn)定性也要高一些。靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下維持其自身穩(wěn)定的能力，一個(gè)系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式時(shí)都不能完全保持其穩(wěn)定性，就更難保障受到大的干擾之后的穩(wěn)定性即暫態(tài)穩(wěn)定。所以為了提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性，必須采取帶有根本性的措施，即增加系統(tǒng)穩(wěn)定儲(chǔ)備，縮小電氣距離。對(duì)于暫態(tài)穩(wěn)定性來說，因?yàn)槭强紤]系統(tǒng)受到大的干擾后的穩(wěn)定性，所以保持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性比保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性更難，措施相應(yīng)多一些。我們分別從這兩方面就提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定的措施展開討論。

一、提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到某種微小的擾動(dòng)且擾動(dòng)消失后，不發(fā)生自激振蕩后或非同期失步。自動(dòng)恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)的能力。

下面由簡(jiǎn)單系統(tǒng)功—角特性方程式可知，在傳輸功率一定的情況下，發(fā)電機(jī)可能的極限功率愈大，則靜穩(wěn)定極限也愈高，相應(yīng)的靜態(tài)穩(wěn)定性能就愈好。而要提高靜穩(wěn)定極限則可以提高電源電勢(shì)和受端電壓。減小電抗。提高電源電勢(shì)和系統(tǒng)電壓，首先要求系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)有足夠的無功電源;而要減小電抗，就要增大電源容量。同時(shí)縮短發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。

1、發(fā)電機(jī)采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置

當(dāng)發(fā)電機(jī)不采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置時(shí)，空載電勢(shì)Eq為常數(shù)，發(fā)電機(jī)的電抗為同步電抗Xd。當(dāng)采用了自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置以后，發(fā)電機(jī)可以做到Eq‘或者是Vg為常數(shù)。而Eq’為常數(shù)意味著Xd減小為Xd‘，而Vg為常數(shù)則意味著Xd將對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。由于裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置價(jià)格低廉，效果明顯，是提高靜態(tài)穩(wěn)定性的首選措施。

2、 減小線路電抗

減小線路電抗，加強(qiáng)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，可以提高靜穩(wěn)定極限，提高穩(wěn)定程度。直接減小線路電抗可采用以下方法：1）、用電纜代替架空線;2）、采用擴(kuò)徑導(dǎo)線;3）、采用分裂導(dǎo)線。前面兩種方法因投資過高或其他技術(shù)問題，尚難普遍實(shí)現(xiàn)。所以，直接減小線路電抗的方法主要是采用分裂導(dǎo)線。例如對(duì)于500kV架空線路，當(dāng)采用單根導(dǎo)線時(shí)電抗大約為0.43Ω/km;采用三分裂導(dǎo)線時(shí)約為0.3Ω/km;電抗值下降了三分之一。因此，220kV及以上系統(tǒng)多采用分裂導(dǎo)線。

3、 提高線路額定電壓等級(jí)

從功—角特性方程可看出，提高線路額定電壓等級(jí)，可提高靜穩(wěn)定極限，提高靜態(tài)穩(wěn)定的水平。但提高電壓等級(jí)需要增加投資，尤其需要系統(tǒng)有足夠的無功電源。

4、 采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償

串聯(lián)電容器補(bǔ)償可由于調(diào)壓，也可以通過減少線路電抗來提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。在后一種情況下，應(yīng)通過計(jì)算決定其補(bǔ)償度。一般來說，補(bǔ)補(bǔ)償度愈大，線路等效電抗愈小，對(duì)于提高穩(wěn)定性有利。但補(bǔ)償度過大時(shí)將出現(xiàn)一系列的問題：造成阻尼功率系數(shù)D為負(fù)，引起系統(tǒng)自發(fā)性低頻振蕩，容易是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)磁，給繼電保護(hù)運(yùn)行造成困難，增大短路電流等?？紤]以上因素，用于提高穩(wěn)定性的串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度一般應(yīng)小于0.5.

串聯(lián)電容器補(bǔ)償一般采用集中補(bǔ)償。對(duì)于雙電源線路裝于中點(diǎn)，對(duì)于單電源線路裝于末端。

5、 改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系，可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。其方法有：1）、增加輸電線路回路，減小線路電抗;2）、加強(qiáng)線路兩端各自系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系，減小系統(tǒng)等效內(nèi)抗;3）、接入中間電力系統(tǒng)，這樣可將長(zhǎng)距離輸電線中間的電壓維持恒定，相當(dāng)于將輸電線路分段，從而也減小了電抗;4）、在輸電線路中間的降壓變壓器裝設(shè)同期調(diào)相機(jī)，且同期調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，可以維持其端電壓，甚至變電站高壓母線電壓為恒定。這樣，也相當(dāng)于長(zhǎng)距離輸電線路的分段，減小了線路電抗。

二、提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施

電力系統(tǒng)提高暫態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下，突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(tài)。但因運(yùn)行的系統(tǒng)受到急劇的干擾后，將使發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁率和機(jī)械功率之間出現(xiàn)大的差額，這是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。因此，提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施，首先考慮縮短不平衡功率作用的時(shí)間，減小功率差額的臨時(shí)性措施。

1、 快速切出故障

發(fā)生故障后造成轉(zhuǎn)子軸上的功率差額即不平衡功率，將使轉(zhuǎn)子加速，根據(jù)等面積定則，要使系統(tǒng)獲得暫態(tài)穩(wěn)定性，必須盡量減小加速面積，增大減速面積。這樣才有可能使被加速了的轉(zhuǎn)子回到同步速度，使系統(tǒng)恢復(fù)正常同步運(yùn)行。而要減小加速面積，最直接的辦法就是快速切除故障?？焖偾谐收系牧硪粋€(gè)積極作用是可以使電動(dòng)機(jī)端電壓迅速回升，減小了電動(dòng)機(jī)失速停轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)，提高了負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)快速切除故障，必須選用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置和快速動(dòng)作的斷路器。

2、 采用重合閘裝置

電力系統(tǒng)特別是高壓輸電線路的故障，大多數(shù)是瞬時(shí)性故障而不是永久性故障。采用自動(dòng)重合閘裝置，就是當(dāng)故障發(fā)生而斷路器將故障線路斷開之后，經(jīng)過一定時(shí)間由自動(dòng)重合閘裝置將使線路再次投入運(yùn)行。若故障的線路是瞬時(shí)性的，則當(dāng)斷路器重合后系統(tǒng)可能就此又恢復(fù)正常運(yùn)行。這不僅提高了供電可靠性，而且對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定也是有利的，重合閘動(dòng)作愈快對(duì)穩(wěn)定愈有利，但是重合閘的動(dòng)作時(shí)間受到短路處去游離時(shí)間的限制。一般短路點(diǎn)往往會(huì)出現(xiàn)電弧，如果重合過快，則產(chǎn)生電弧的短路點(diǎn)，可能因去游離不夠而使電弧重燃，使重合閘不成功，甚至使故障擴(kuò)大。特別是單相重合閘，由于故障相與兩正常相的相間電容和互感而產(chǎn)生的潛供電流維持了電弧的燃燒，使去游離時(shí)間加長(zhǎng)。重合閘不成功對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定是很不利的，這相當(dāng)于在很短的時(shí)間內(nèi)又給了系統(tǒng)一個(gè)大的沖擊。同時(shí)增加了斷路器的負(fù)擔(dān)，在實(shí)際使用中應(yīng)引起注意。重合閘不成功增大了加速面積而使系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定的情形，一般應(yīng)采取措施避免出現(xiàn)這種結(jié)果。

3、 強(qiáng)行勵(lì)磁

當(dāng)由于外部短路而使發(fā)電機(jī)端電壓降低，從而使其輸出的電磁功率減小時(shí)，可以采用強(qiáng)勵(lì)磁裝置以增加其電磁功率輸出，減小轉(zhuǎn)子的不平衡功率。一般的發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)都具有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置。當(dāng)機(jī)端電壓Vg低于額定電壓的85%時(shí)，低電壓繼電器動(dòng)作，并通過中間繼電器將勵(lì)磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強(qiáng)行短接，使勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流大大增加。從而使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電壓都迅速增大，以提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)，增加電磁功率輸出。從而減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率，以達(dá)到提高暫態(tài)穩(wěn)定性的目的。

4、 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

當(dāng)在中性點(diǎn)接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱接地短路時(shí)，將產(chǎn)生零序電流分量。若此時(shí)在系統(tǒng)中星形接線的變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，則零序電流流過時(shí)將在這一電阻中產(chǎn)生功率損耗。這種功率損耗可以減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率，有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。同時(shí)接入小接地電阻，反映在正序增廣網(wǎng)絡(luò)中，相當(dāng)于加大了附加阻抗，減少了系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，也提高了電磁功率。接地電阻的大小和安裝地點(diǎn)應(yīng)通過計(jì)算來確定，一般接地電阻值大約與變壓器的短路電抗值接近。

5、 減少原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率

當(dāng)故障使電磁功率減少時(shí)，如能減少原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，則可以減少作用在轉(zhuǎn)子上的剩余功率，提高其暫態(tài)穩(wěn)定性。減少原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率措施有：1）、對(duì)于汽輪機(jī)可以采用快速的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進(jìn)氣門;2）、連鎖切機(jī)，即在切除故障的同時(shí)，連鎖切除送端發(fā)電廠中的一臺(tái)或幾臺(tái)發(fā)電機(jī)組;3）、采用機(jī)械制動(dòng)即對(duì)轉(zhuǎn)子直接制動(dòng)的方法，利用這種方法減小功率差額，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性。