提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)分析

晁陽

摘 要：我國的電網(wǎng)系統(tǒng)隨著經(jīng)濟的發(fā)展了較大的進(jìn)步，有利于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是隨著客觀條件的改變，影響電力系統(tǒng)正常運行的因素逐漸增加，管理人員應(yīng)當(dāng)針對現(xiàn)如今的新情況進(jìn)行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的改進(jìn)，加強其穩(wěn)定性的程度，本文根據(jù)維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的相關(guān)經(jīng)驗，對能夠有效地保證電力運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；穩(wěn)定性技術(shù)；分析

由于我國的科學(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步，使我國的電力相關(guān)的工業(yè)得到了發(fā)展的空間，我國用于運行電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，如變壓器以及發(fā)電機的單機容量在不斷擴大，電力系統(tǒng)中的機組規(guī)模逐漸擴大、電壓逐漸升高、電網(wǎng)的規(guī)模也在逐漸擴大，電網(wǎng)能否保證運行質(zhì)量，對于我國的各個行業(yè)的順利運行起著關(guān)鍵性的作用，本文對幾種能夠保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的技術(shù)進(jìn)行研究。

1 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其分類

電力系統(tǒng)與一般的運行系統(tǒng)之間存在差異，具有極其復(fù)雜的非線性特點，在進(jìn)行動態(tài)性質(zhì)的行為時，會出現(xiàn)一些不良現(xiàn)象，如電壓發(fā)生崩潰、頻率發(fā)生崩潰以及混沌震蕩的事故。電力系統(tǒng)保持較好的穩(wěn)定性，就能幫助減少以上三種不良現(xiàn)象發(fā)生的可能性。我們可以將電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能看成一個動態(tài)性的過程，一旦這個系統(tǒng)在日常工作中受到了客觀因素的干擾，使同步運行的電機以及電壓相角發(fā)生了重新調(diào)整，形成的新運行系統(tǒng)就可以被稱為電力運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)可以被分為：動態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定以及暫態(tài)穩(wěn)定。

動態(tài)穩(wěn)定是穩(wěn)定狀態(tài)的一種特殊情況，在電力系統(tǒng)被干擾之后，尤其是受到了較大的干擾的情況時，如果震蕩過程超過了三個運行周期，系統(tǒng)中的每一個同步電機都具有保持一致的性能，在這個過程中，除了常規(guī)性指令，還要考慮調(diào)壓器以及調(diào)試器的動作，負(fù)荷動的特性影響因素也不可被忽略。

靜態(tài)穩(wěn)定一般是電力系統(tǒng)受到的干擾程度比較小的時候發(fā)生的，一般不會發(fā)生自震蕩以及失步周期性，系統(tǒng)能夠迅速回歸到原本正常狀態(tài)下的運行能力。

暫態(tài)穩(wěn)定是指：當(dāng)系統(tǒng)遭受較大干擾后，系統(tǒng)中的各同步電機還能保持同步運行到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)或者恢復(fù)到未受干擾前的穩(wěn)定狀態(tài)的能力，小于三個蕩振的周期，約三秒以內(nèi)。

2 確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

目前，我國電力系統(tǒng)已步入大電網(wǎng)、大機組、超高壓、遠(yuǎn)距離輸電時代，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及其互聯(lián)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題也將越來越突出。有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的研究已成為國內(nèi)外電力界的熱門課題之一。因此，在當(dāng)前，研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的機理、以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制措施，具有重要的意義。

2.1 對送電系統(tǒng)的控制

改善發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性：由電力系統(tǒng)功率極限的簡單表達(dá)式可知，減小發(fā)電機的電抗，可以提高電力系統(tǒng)功率極限和輸送能力。

改善原動機的調(diào)節(jié)特性：我們根據(jù)發(fā)電機功角變化對于再熱式輪機可以采用快速調(diào)節(jié)輪機汽門與帶有微機控制和帶有功角檢測儀的高速系統(tǒng)來消除故障后發(fā)電機輸入以及輸出功率之間的不平衡，交替關(guān)、開快速汽門，以縮短振蕩時間，提高暫態(tài)穩(wěn)定。

快速操作汽閥（快關(guān)）：當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時，輸出的電磁功率突變，這時，如果原動機的調(diào)節(jié)裝置非常的準(zhǔn)確、靈敏和快速，使得原動機自身的功率能跟上相應(yīng)的變化的電磁功率，則能極大讓系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高[2]。

切機：提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本措施包括減小原發(fā)電機大軸不平衡功率。方法有兩個一個是減少原發(fā)動機的輸入功率，第二個是增大發(fā)電機發(fā)出的電磁功率，當(dāng)系統(tǒng)有充足的備用電機時，我們同時切除故障線，同時切除部門聯(lián)鎖發(fā)電機，這樣就能有效的增大系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.2 采用附加裝置提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

在輸電線路串聯(lián)電容：利用電容器容抗和輸電線路感抗性質(zhì)相反的特點，在輸電線路中串聯(lián)電容補償線路中的電感來提高超高壓遠(yuǎn)距離輸電的功率極限，從而起到提高系統(tǒng)穩(wěn)定的作用。

在輸電線路中并聯(lián)電抗：改善遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要措施之一就是將電抗并聯(lián)到輸電線路中。因為隨著輸電線路長度的增加，產(chǎn)生的電抗就會越大，隨之容抗也會變大，而增加的電容則會給線路帶來大量的無功，當(dāng)線路負(fù)荷較輕情況下，線路中大量的無功會造成線路末端電壓過高。為改善這種情況，我們將電抗器并聯(lián)到輸電線路上來吸收由長距離線路所產(chǎn)生的大電容造成的無功功率，這樣，可以減小發(fā)電機的運行功角，提高發(fā)電機的電勢從而提高長距離輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

將變壓器中性點改為小阻抗接地：電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路情況時產(chǎn)生的暫態(tài)穩(wěn)定和變壓器中性點接地情況有著重要的聯(lián)系。為了提高中性點直接接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們利用電流流過阻抗會消耗有功功率原理將系統(tǒng)中變壓器的中性點改為經(jīng)小阻抗接地，這樣系統(tǒng)短路時產(chǎn)生的零序電流經(jīng)過變壓器中性點小阻抗后消耗有功這就增加了發(fā)電機的輸出電磁功率，減小了發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上存在的不平衡功率，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定[3]。

2.3 非線性控制技術(shù)在暫態(tài)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用

為提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，除應(yīng)對電網(wǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃、建設(shè)、采取緊急措施之外，最主要的就是對相關(guān)部件采取有效的控制手段。根據(jù)電力系統(tǒng)采用模型的不同可選取不同的方法。通常對非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法有：

Lyapunov直接法：在假設(shè)非線性控制系統(tǒng)的原點為平衡點，尋找一個正定Lyapunov函數(shù)，，且，在此基礎(chǔ)上求出反饋控制規(guī)律，使得，這就是正定函數(shù)的思想，當(dāng)時閉環(huán)系統(tǒng)才會逐漸的趨向穩(wěn)定。由此可見，要想使受干擾后的系統(tǒng)動態(tài)過程以較快的速度趨向平衡點則需要V越負(fù)越大。自適應(yīng)、滑膜等控制設(shè)計都可以用Lyapunov直接法。

變結(jié)構(gòu)控制方法：20世紀(jì)70年代中期科學(xué)研究者們開始研究變結(jié)構(gòu)控制方法，該方法不但能有很好的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性，而且它有很強的魯棒性，能抗外部干擾和參數(shù)的攝動。該方法的基本思想是：預(yù)先選定一個超平面，利用切換函數(shù)和高速開關(guān)將電力系統(tǒng)的相軌跡按照一定的規(guī)律驅(qū)動到超平面上，我們將該運動定義為滑動模態(tài)，其基本思想是，利用高速開關(guān)和切換函數(shù)將系統(tǒng)的相軌跡按一定的趨近律驅(qū)動到一個預(yù)先選定的超平面S（X）=0（稱滑行面或切換面）上，超平面上的系統(tǒng)運動稱為滑動模態(tài)（Slidingmode），且系統(tǒng)的滑動模態(tài)是逐漸趨向穩(wěn)定的。

結(jié)束語

我國對于保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)做出了新的探索，除了本文中提到的幾項能夠有效保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)，還有許多新型的技術(shù)還處于實驗階段，能夠有效地解決電力系統(tǒng)中的一些突出性的問題，無論是我國還是外國對于其穩(wěn)定性的研究都在持續(xù)進(jìn)行中，我國的技術(shù)人員必須堅定信心，針對我國的電力系統(tǒng)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，開發(fā)出更多能夠適用于我國的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的技術(shù)，使電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量可以滿足供電需求。

參考文獻(xiàn)

[1]與永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[4]張振川，盛四清.如何提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性[J].科技資訊，2011（19）