提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施分析

摘 要：電網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，隨著社會(huì)的發(fā)展，用電量不斷增加，電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性不僅僅關(guān)系到電力系統(tǒng)自身的運(yùn)行安全，同時(shí)也關(guān)系到國(guó)民生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。由于電力系統(tǒng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不受到外界因素的干擾，電力系統(tǒng)承受干擾的能力有待提高。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定性；電力系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）35-0129-02

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小干擾之后，不會(huì)發(fā)生自發(fā)振蕩或者非周期性失步，自動(dòng)地恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力市場(chǎng)的發(fā)展和跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)互聯(lián)使得電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的分析更加復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，局部的不穩(wěn)定或故障容易波及到更大的范圍，維護(hù)更困難，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也會(huì)相應(yīng)加大。新能源的接入技術(shù)尚不成熟，這類(lèi)電源對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)了一定的影響。

電力系統(tǒng)運(yùn)行的絕對(duì)穩(wěn)定是不存在的，時(shí)時(shí)刻刻都存在著干擾，如：電力系統(tǒng)的負(fù)荷的變化、由于風(fēng)吹而造成傳輸線(xiàn)間距離的微小變化、氣候溫度的變化（引起傳輸線(xiàn)電抗的變化）等都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生干擾。了解電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是電力技術(shù)工作人員、電力市場(chǎng)的各個(gè)參與方都希望得到迫切解決的問(wèn)題，因此更加可靠的評(píng)估方法和分析方法對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)發(fā)展的必要前提，也是電力市場(chǎng)穩(wěn)步發(fā)展的依賴(lài)條件。因此如何提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1 電力系統(tǒng)失穩(wěn)的原因

{1}突然大負(fù)荷轉(zhuǎn)移引起連鎖反應(yīng)。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不完善，當(dāng)某一回線(xiàn)路發(fā)生跳閘時(shí)，該線(xiàn)路所帶的負(fù)荷轉(zhuǎn)移疊加到臨近的線(xiàn)路上，容易造成電力系統(tǒng)振蕩，甚至線(xiàn)路連鎖跳閘，從而不穩(wěn)定性擴(kuò)大到整個(gè)電網(wǎng)。

{2}系統(tǒng)故障切除速度較慢。當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)局部故障時(shí)，如果由于保護(hù)動(dòng)作不迅速，此故障線(xiàn)路或設(shè)備對(duì)其他設(shè)備的運(yùn)行造成了影響，此時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)發(fā)生較大改變，出現(xiàn)不穩(wěn)定性現(xiàn)象。

{3}發(fā)電設(shè)備功角穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要標(biāo)志是系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機(jī)均同步運(yùn)行，如果機(jī)組間運(yùn)行不同步，則電力系統(tǒng)的電壓、電流和功率都會(huì)出現(xiàn)周期性的大幅度振蕩，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能向用戶(hù)正常供電。

2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的意義

電力系統(tǒng)是發(fā)、輸、配、用電設(shè)備組合在一起的整體，在電力系統(tǒng)中，各個(gè)設(shè)備之間是相互聯(lián)系的，如果某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)改變都會(huì)影響到其他的設(shè)備甚至?xí)罢麄€(gè)電網(wǎng)。

電力系統(tǒng)一旦失去穩(wěn)定，發(fā)電和用電都不能保證正常，電力系統(tǒng)失穩(wěn)一般伴隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的改變，此時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)二次設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)了沖擊，例如電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)很可能觸發(fā)保護(hù)裝置，然而此時(shí)電力系統(tǒng)并沒(méi)有發(fā)生故障，那么就造成了保護(hù)誤動(dòng)，而很有可能在真正發(fā)生故障的時(shí)候，由于保護(hù)不能及時(shí)返回而出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)。

電力系統(tǒng)失穩(wěn)往往降低電能質(zhì)量，電壓頻率偏移，波形畸變這些對(duì)電力設(shè)備以及用電設(shè)備的正常工作都帶來(lái)了影響，例如對(duì)于某些對(duì)電壓頻率較高的用電設(shè)備諧波的影響下容易生產(chǎn)出殘次品，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)造成損失。

供電的穩(wěn)定性關(guān)系到電力市場(chǎng)的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)供電穩(wěn)定性有著直接的影響作用，供電不穩(wěn)定，用戶(hù)、售電部門(mén)會(huì)遭受經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的裕度是進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的先決條件，優(yōu)化調(diào)度有利于降低網(wǎng)損，提高經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)國(guó)家電力信息網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，在2011年，1～7月份全國(guó)的電網(wǎng)全社會(huì)用電量為26869億kW，同比增長(zhǎng)12.15%，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施

3.1 快速切除故障及重合閘裝置的利用

開(kāi)關(guān)設(shè)備和繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作特性對(duì)電力系統(tǒng)故障的快速切除、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。

保護(hù)設(shè)備切除故障的時(shí)間是保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和從接到跳閘命令開(kāi)始到繼電器觸頭斷開(kāi)后電弧熄滅的時(shí)間的總和。加快故障切除速度一方面是為了防止同步發(fā)電機(jī)越過(guò)運(yùn)行穩(wěn)定區(qū)（運(yùn)行功角小于），另一方面，由于電力系統(tǒng)中發(fā)生故障后一些設(shè)備由于承受過(guò)大電流容易發(fā)生過(guò)熱甚至起火、爆炸，引發(fā)更加嚴(yán)重的事故，若故障切除時(shí)間加快，減少過(guò)電流時(shí)間，可減少電力系統(tǒng)設(shè)備損壞，防止事故擴(kuò)大，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了減少保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該從提高繼電保護(hù)設(shè)備的性能上著手。相關(guān)研究表明，對(duì)于某一雙回線(xiàn)路，當(dāng)線(xiàn)路一段發(fā)生故障時(shí)，故障切除速度從0.2 s提高到0.1 s，此時(shí)，三相短路故障情況下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定臨界值從45%提高到82%，單相短路故障時(shí)，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定臨界值從94%提高到98%。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，電力系統(tǒng)中的故障多數(shù)是短路故障，并且這些故障多數(shù)是暫時(shí)性的，若采用自動(dòng)重合閘裝置可以再發(fā)生故障的線(xiàn)路上斷路器跳開(kāi)之后經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間合上斷路器，如果此時(shí)故障消失，那么重合成功，在采用了自動(dòng)重合閘的線(xiàn)路上，重合的成功率能夠達(dá)到90%以上，因此該項(xiàng)措施對(duì)于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性也具有重要的意義。

3.2 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

無(wú)功不足會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓跌落，甚至發(fā)生電壓崩潰，無(wú)功調(diào)節(jié)對(duì)電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性具有關(guān)鍵的作用，無(wú)功調(diào)節(jié)不能發(fā)揮作用時(shí)，電力系統(tǒng)母線(xiàn)電壓會(huì)隨著運(yùn)行方式的變化而發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致網(wǎng)損增加，電壓不合格率提高。為了提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，需要通過(guò)一定的技術(shù)手段向電力系統(tǒng)補(bǔ)償一定的無(wú)功。

主要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有：調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）、統(tǒng)一潮流控制器、可控硅串聯(lián)補(bǔ)償器等設(shè)備。由于調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，維護(hù)困難，現(xiàn)在一般不再安裝新的調(diào)相機(jī)。靈活交流輸電技術(shù)是現(xiàn)在的一項(xiàng)新技術(shù)，由于電力電子元器件的發(fā)展，無(wú)功補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性和平滑性。由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是時(shí)刻改變的，因此需要針對(duì)不同的時(shí)刻的具體情況對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是一個(gè)較好的解決方案，控制理論的發(fā)展可以對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性控制，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

3.3 統(tǒng)一潮流控制器的在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中的作用

統(tǒng)一潮流控制器也是電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它具有多種補(bǔ)償功能，串聯(lián)補(bǔ)償、并聯(lián)補(bǔ)償、端電壓調(diào)節(jié)等基本功能，并且這些功能可以綜合起來(lái)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的調(diào)節(jié)功能。統(tǒng)一潮流控制器本質(zhì)是背靠背變流器（back-to-back convertor），原理如圖1所示。

變流器1和變流器2分別通過(guò)變壓器T1和T2接入系統(tǒng)，其中變流器1可以等值為兩個(gè)并聯(lián)電流源，分別向系統(tǒng)注入無(wú)功功率和有功功率，從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功控制變流器接入點(diǎn)的電壓，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)有功功率電流源使得系統(tǒng)與裝置所交換的有功功率為零，從而保持變流器直流部分電容的電壓恒定。變流器2則負(fù)責(zé)向電力系統(tǒng)提供一個(gè)幅值和相位均可變的串聯(lián)電壓源，通過(guò)該電壓源控制流過(guò)線(xiàn)路的復(fù)功率。由于直流部分的存在，變流器1和變流器2可以獨(dú)立地控制，因此可以獨(dú)立地發(fā)出或者吸收無(wú)功功率，起到調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)無(wú)功的作用。

統(tǒng)一潮流控制器和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的機(jī)理是相同的，都是通過(guò)向電力系統(tǒng)補(bǔ)償無(wú)功，提高對(duì)系統(tǒng)母線(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)能力而實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際中，無(wú)功補(bǔ)償并不是越多越好，過(guò)度的欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償都不合適，補(bǔ)償無(wú)功恰好等于系統(tǒng)的無(wú)功缺額則容易使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，因此在變電站中常常采用的辦法是適當(dāng)?shù)倪^(guò)補(bǔ)償，這主要是因?yàn)槿舨捎们费a(bǔ)償，電力系統(tǒng)中的產(chǎn)生的感性無(wú)功增加，還是很容易導(dǎo)致諧振問(wèn)題。

3.4 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

變壓器中性點(diǎn)接地提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的原理在于，由于故障多為不對(duì)稱(chēng)故障，在電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)的接地電阻向故障后的電網(wǎng)絡(luò)增加了電阻，起到消耗發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率的作用，減少功率差額，減少電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性的因素。

變壓器中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式，實(shí)質(zhì)是一種電氣制動(dòng)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施，電氣制動(dòng)即采用向電力系統(tǒng)中增加制動(dòng)電阻，消耗電機(jī)發(fā)出有功功率，同樣的原理，也可以通過(guò)向發(fā)生故障后的電力系統(tǒng)投入較大的電阻（例如旁路電阻的接入），增加故障時(shí)候功率的消耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)失穩(wěn)后的應(yīng)對(duì)措施

設(shè)置解列點(diǎn)。如果上述措施都不能達(dá)到維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，那么可以通過(guò)手動(dòng)將電力系統(tǒng)解列為幾個(gè)獨(dú)立的部分，防止故障影響范圍的擴(kuò)大。在系統(tǒng)解列的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)盡量做到解列后的各個(gè)部分的電源與復(fù)合應(yīng)該是基本相等的，從而保證各個(gè)獨(dú)立部分的電壓、頻率保持在正常范圍內(nèi)。系統(tǒng)解列是不得已的措施，在系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)都調(diào)整好之后，要盡快將解列的各個(gè)部分重新并列。

發(fā)電機(jī)的再同步運(yùn)行。由于系統(tǒng)失去穩(wěn)定，電力網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)備很難在短時(shí)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行控制，只有從源頭出發(fā)改善穩(wěn)定性情況，如果此時(shí)發(fā)電機(jī)能夠在失步之后有可能再次同步運(yùn)行，那么則可以在短時(shí)內(nèi)將其拉入同步。

5 結(jié) 語(yǔ)

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系到電力的安全生產(chǎn)和運(yùn)行，同時(shí)也對(duì)電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一定的影響，為了提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文分析了幾種應(yīng)用較多的措施。然而，不論是采用哪一種措施，都必須要考慮技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的可操作性和經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇合理的提高穩(wěn)定性的措施，除此外，還需要考慮提高穩(wěn)定性所采用的設(shè)備加入對(duì)電網(wǎng)中其他設(shè)備的影響。

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