提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題當(dāng)系統(tǒng)在某一正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)的問題第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月分類：電壓穩(wěn)定行頻率穩(wěn)定性功角穩(wěn)定性第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月功角穩(wěn)定性

發(fā)電機(jī)之間失去同步，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間角度的單調(diào)增加或增幅震蕩，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度習(xí)慣上稱為功角，因此這類穩(wěn)定性問題常稱為功角穩(wěn)定性第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月功角穩(wěn)定性小干擾穩(wěn)定性又稱電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性大干擾穩(wěn)定性又稱暫態(tài)穩(wěn)定性第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月提高電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的措施

通過對(duì)單機(jī)無窮大系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的分析可知：減小可以提高系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定極限。因此加強(qiáng)電氣聯(lián)系，縮短“電氣距離”，就成為提高電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的基本措施，可以由以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)：第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月采用分裂導(dǎo)線采用更高電壓等級(jí)的線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月采用更高電壓等級(jí)的線路可以有效地減少線路電抗的標(biāo)幺值。當(dāng)選取線路的額定電壓為基準(zhǔn)電壓，即時(shí)，在統(tǒng)一的基準(zhǔn)容量下線路電抗的標(biāo)幺值為：

由此可見，線路電抗的標(biāo)幺值與其額定電壓的平方成反比暫態(tài)第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

采用更高電壓等級(jí)的線路可以有效減小線路電抗標(biāo)幺值。第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月暫態(tài)穩(wěn)定性

當(dāng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生了較大的變化，使得系統(tǒng)的潮流及各發(fā)電機(jī)的輸出功率也隨之發(fā)生變化，從而打破了原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的功率平衡，在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速或減速，隨之引起各發(fā)電機(jī)功率，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子間相對(duì)角的變化，同時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓和定子電流的變化引起勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等一系列的變化，形成了一個(gè)以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁功率變化為主的機(jī)電暫態(tài)過程第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

針對(duì)以上現(xiàn)象，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施，一般首先考慮的是減小干擾后不平衡功率的臨時(shí)措施：改變制動(dòng)（電磁）功率改變?cè)瓌?dòng)（機(jī)械）功率第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月改變制動(dòng)功率故障的快速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁電氣制動(dòng)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地輸電線路設(shè)置開關(guān)站輸電線路采用強(qiáng)行串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)?2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）故障的快速切除及自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用故障的快速切除縮短了故障持續(xù)時(shí)間，從功-角特性曲線可以看出減小了加速面積，增加了減速面積，提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外，也可使負(fù)荷中的電機(jī)端電壓迅速回升，減小電動(dòng)機(jī)失速和停頓的危險(xiǎn)第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

功角特性曲線

故障切除過晚第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

電力系統(tǒng)中故障切除時(shí)間是由繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間和斷路器動(dòng)作時(shí)間的總和決定的。電力系統(tǒng)的故障，特別是高壓輸電線路的故障大多數(shù)是短路故障，而這些故障大多數(shù)有是瞬時(shí)性的。采用自動(dòng)重合閘裝置先切除故障，經(jīng)過一定時(shí)間再合上斷路器，若故障消失則重合閘成功。這個(gè)措施可以提高供電的可靠性。第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

自動(dòng)重合閘成功可以使減速面積增加，且動(dòng)作越快對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性越有利但重合閘的時(shí)間取決于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，故障點(diǎn)電弧的去游離時(shí)間，故障形式，斷路器的性能等。

重合成功重合不成功第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

在中性點(diǎn)接地的超高壓接地輸電線中，其短路故障絕大多數(shù)是單相短路接地故障，因此在這些線路上往往采用單相自動(dòng)重合閘，切除故障相而不是三相，從切除故障到重合閘前的一段時(shí)間內(nèi)，送電端的發(fā)電廠和受端系統(tǒng)也沒有完全失去聯(lián)系，因此可以提高穩(wěn)定性。三相重合單相重合第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

必須指出的是，采用單相自動(dòng)重合閘時(shí)去游離的時(shí)間要比采用三相重合閘時(shí)有所加長，因?yàn)榍谐幌嗪笃溆鄡上嗳蕴幱趲щ姞顟B(tài)，盡管故障電流被切斷，潛供電流可維持電弧的燃燒，對(duì)去游離不利第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）對(duì)發(fā)電機(jī)施行強(qiáng)行勵(lì)磁

發(fā)電機(jī)都具有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而發(fā)電機(jī)端電壓低于85%—90%額定電壓時(shí)迅速而大幅度的增加勵(lì)磁，從而提高發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，增加發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率。第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）電氣制動(dòng)

電氣制動(dòng)時(shí)在系統(tǒng)發(fā)生故障后迅速的投入電阻以消耗發(fā)電機(jī)的有功功率（增大發(fā)電機(jī)的電磁功率），從而減少功率差額。圖示為兩種制動(dòng)電阻的接入方式。

串聯(lián)接入并聯(lián)接入

兩種制動(dòng)電阻的接入方式第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣制動(dòng)作用可用等面積定則解釋，但是制動(dòng)電阻的大小及投入時(shí)間要選擇恰當(dāng)，否則或者會(huì)發(fā)生前制動(dòng)或者會(huì)發(fā)生過制動(dòng)，發(fā)電機(jī)雖在第一次震動(dòng)中沒有失步，但卻在切除故障和切除制動(dòng)電阻后的第二次震蕩中失步。無電氣制動(dòng)有電氣制動(dòng)過制動(dòng)第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

因此在采用電氣制動(dòng)時(shí)應(yīng)經(jīng)過一系列的計(jì)算來選擇電氣制動(dòng)。（四）變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地是不對(duì)稱接地故障時(shí)的電氣制動(dòng)。因?yàn)樽儔浩髦行渣c(diǎn)串接了電阻，出現(xiàn)不對(duì)稱故障時(shí)，零序電流流過變壓器中性點(diǎn)電阻引起了附加的功率損耗。這對(duì)應(yīng)于故障期間的功率特性Ⅱ升高，因?yàn)樽儔浩髦行渣c(diǎn)電阻反映在正序增廣網(wǎng)絡(luò)的附加阻抗中。與電氣制動(dòng)類似，變壓器中性點(diǎn)的小電阻必須經(jīng)過計(jì)算來確定電阻值第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)圖零序網(wǎng)絡(luò)正序增廣網(wǎng)絡(luò)第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）輸電線路設(shè)置開關(guān)站

對(duì)雙回路的輸電線路，故障切除一回路時(shí)，線路阻抗將增大一倍，故障后的功率極限要降低很多，這對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定和故障后的靜態(tài)穩(wěn)定都是不利的。特高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的阻抗占系統(tǒng)總阻抗的比例很大，這種影響就更大。如果在線路中間這只開關(guān)站，把線路分成幾段，故障時(shí)僅切除一段，則線路阻抗增加的較少，對(duì)穩(wěn)定性是有利的。第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）輸電線路采用強(qiáng)行串聯(lián)電容補(bǔ)償

利用電容器容抗與輸電線路感抗相反的性質(zhì)，在輸電線路上串連接入電容來減小線路的等效電抗。由于考慮繼電保護(hù)正確動(dòng)作和引起次同期諧振等因素，串聯(lián)電容的補(bǔ)償度Kc一般小于0.35第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月改變?cè)瓌?dòng)功率快速的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進(jìn)汽門連鎖切除部分發(fā)電機(jī)合理選擇遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的運(yùn)行接線第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）快速的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉汽門

現(xiàn)有的原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器都具有一定的機(jī)械慣性和存在失靈區(qū)，因而其調(diào)節(jié)作用有一定的遲滯。加之原動(dòng)機(jī)本身從調(diào)節(jié)器改變輸入工質(zhì)的數(shù)量到它的輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化需要一定的時(shí)間，所以，即使是動(dòng)作較快的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器，它對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的第一個(gè)搖擺周期的影響也很小。目前已在使用的有汽輪發(fā)電機(jī)的快速動(dòng)作汽門。發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)裝置或?qū)ｉT的檢測(cè)控制裝置使汽門動(dòng)作，使原動(dòng)機(jī)的功率下降，并在功率角開始減小是重新開放汽門第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月快速關(guān)閉汽門時(shí)，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率變?yōu)榍€PT‘，加速面積由原來的abcd點(diǎn)包圍的面積變?yōu)閍bcd’包圍的面積，而減速面積由deh點(diǎn)包圍的面積增大到d’ehh’包圍的面積第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）連鎖切除部分發(fā)電機(jī)

如果系統(tǒng)備用容量足夠，在切除故障線路的同時(shí)，連鎖切除部分發(fā)電機(jī)，相當(dāng)于減少了等效發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率。但是，由于切除部分發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)失去了部分電源，系統(tǒng)頻率和電壓會(huì)下降，可能會(huì)引起頻率崩潰或電壓崩潰，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。為防止這種情況，切除部分發(fā)電機(jī)后可以連鎖切除部分負(fù)荷，或者根據(jù)頻率和電壓下降的情況切除負(fù)荷。第29頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）合理選擇遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的運(yùn)行接線

遠(yuǎn)方發(fā)電廠向系統(tǒng)中心輸電常常采用多回路輸電方式。但在運(yùn)行中，從提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的角度宜選用機(jī)組單元接線或擴(kuò)大單元方式向遠(yuǎn)方的負(fù)荷中心輸電。