電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概述

1、 山東容弗新信息科技有限公司【容弗知道】電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定1、 暫態(tài)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)用來考慮大擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，是暫態(tài)穩(wěn)定問題。迄今為止，各國電力系統(tǒng)仍然利用發(fā)生規(guī)定擾動這樣的決定性方法來判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。實際發(fā)生過的系統(tǒng)大擾動模式多種多樣。有的由于多種異常狀態(tài)同時或相繼出現(xiàn)而使整個擾動模式極為復(fù)雜，而普遍地規(guī)定用于設(shè)計和生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的考核的擾動方式，則極為簡單。例如。最常用的是單一的某電力元件無故障突然開斷以及因短路故障斷開等，同時認(rèn)為相應(yīng)的繼電保護(hù)及自動裝置動作正確。擾動可按擾動嚴(yán)重程度和出現(xiàn)概率分為三類：第I類，單一故障（出現(xiàn)概率較高的故障）：a.任何線路單相瞬時接地故障重合

2、成功；b.同級電壓的雙回或多回線和環(huán)網(wǎng)，任一回線單相永久故障重合不成功及無故障三相斷開不重合，任一回線三相故障斷開不重合；c.任一發(fā)電機(jī)跳閘或失磁；d.受端系統(tǒng)任一臺變壓器故障退出運(yùn)行；e.任一大負(fù)荷突然變化；f.任一回交流聯(lián)絡(luò)線故障或無故障斷開不重合；g.直流輸電線路單極故障。第II類，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低的故障）:a.單回線單相永久性故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；b.任一段母線故障；c.同桿并架雙回線的異名兩相同時發(fā)生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時跳開；d.直流輸電線路雙極故障。第III類，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低的故障）:a.故障時開關(guān)拒動；b.故障時繼電保護(hù)、自

3、動裝置誤動或拒動；d.自動調(diào)節(jié)裝置失靈；e.多重故障;f.失去大容量發(fā)電廠；g.其他偶然因素。這塊目前國內(nèi)也越來越重視，穩(wěn)定規(guī)定導(dǎo)則里面提到，但是具體分類沒有這么多，省級調(diào)度運(yùn)行方式對這塊校核也不夠，但以后應(yīng)該會有這方面的預(yù)案。校核暫態(tài)穩(wěn)定，只需要按照規(guī)定的故障形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)動態(tài)過程計算，當(dāng)判定在擾動去除后系統(tǒng)可以達(dá)到新的或恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，就可以認(rèn)為滿足了要求，而不必再考慮其他額外的裕度。這是因為在計算過程中已隱含了足夠的安全裕度，如下（本文不涉及具體怎么計算，畢竟我們也是用BPA之類的軟件計算）：作為慣例，進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計算時，要求選擇在實際可能的最為不利的一系列運(yùn)行方式，在最不利的地點(diǎn)發(fā)

4、生金屬性短路故障，按給定的故障切除時間(正常情況下總是略大于實際值)等所有不利條件的組合作為前提條件。顯然，必然較之實際情況嚴(yán)格，而具有較大的安全性。作為設(shè)計與生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性校核，總是忽略短路電流中的直流分量所產(chǎn)生力矩的影響，進(jìn)一步使短路故障形態(tài)下的校核結(jié)果偏于保守。暫穩(wěn)措施目前采用的主要有切機(jī)、切負(fù)荷、解列聯(lián)絡(luò)線；電氣制動、快關(guān)氣門、直流調(diào)制等措施應(yīng)用較少。2）提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的一次措施串補(bǔ)：串聯(lián)電容補(bǔ)償，這個之前無功那塊提到過，但是那不是主要的，其主要作用還是暫態(tài)穩(wěn)定方面，至于串補(bǔ)如何提高暫態(tài)穩(wěn)定性和增加線路輸送極限的內(nèi)容，教科書上都有就不提了，近年來用的比較多的可控串補(bǔ)后續(xù)

5、部分再說，其他和串補(bǔ)相關(guān)的有以下幾點(diǎn)：串聯(lián)電容補(bǔ)償只適用于送端和受端兩端系統(tǒng)都比較強(qiáng)大的情況。此時線路阻抗占有整個聯(lián)絡(luò)阻抗的主要成份，因而對它實現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償能顯著減少到系統(tǒng)的綜合阻抗，以取得提高送電容量的效益。但采用串聯(lián)補(bǔ)償也有一些特殊的問題。例如，如果采用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度較大，將使傳統(tǒng)的作為基本保護(hù)的距離保護(hù)的正確動作發(fā)生困難，而不得不采取特殊措施;串聯(lián)電容間隙非對稱擊穿，將影響零序電流保護(hù)的正確和有效動作;串聯(lián)補(bǔ)償站本身和對串聯(lián)電容的保護(hù)也是特殊問題，近年來開發(fā)的氧化鋅閥片用作串聯(lián)電容的過電壓保護(hù)，不但可以減化結(jié)構(gòu)，還能比較好地充分發(fā)揮串聯(lián)電容在故障切除后加強(qiáng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的作用;而如果在汽輪

6、發(fā)電機(jī)組的高壓配出線路上采用串聯(lián)補(bǔ)償，則必須研究和采取措施防止發(fā)生次同步諧振的可能性。所謂次同步諧振，即當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)接在經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮旊娤到y(tǒng)時，如果電系統(tǒng)的串聯(lián)諧振額率Fe和發(fā)電機(jī)組軸系的某一扭振頻率Fm對運(yùn)行頻率(例如50Hz)接近互補(bǔ)的話(Fe+Fm=60Hz)，則電系統(tǒng)將與發(fā)電機(jī)組軸系機(jī)械系統(tǒng)間相互交換振蕩能量，使振蕩逐漸增大直至機(jī)組軸損壞。而對于水輪發(fā)電機(jī)組，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)小于相聯(lián)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，機(jī)械部分的反作用極小。因而不致發(fā)生次同步諧振問題。其他的一次措施，比如中間并聯(lián)補(bǔ)償、增加開關(guān)站、增設(shè)線路，但都沒有串補(bǔ)來的普遍。3）提高暫態(tài)穩(wěn)定水平的二次自動措施實際工程中，二次措施

7、在提高暫穩(wěn)水平上，更為有效?？焖偾谐收舷到y(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題，主要出現(xiàn)在電廠的配出線上。而快速切除故障，則是提高線路暫態(tài)穩(wěn)定性的最有效措施，它也是其他安全自動措施得以發(fā)揮作用的前提條件。電力系統(tǒng)原理上，即快速切除故障，增大制動能量面積，增加系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。在一般的系統(tǒng)情況下，加速切除故障對提高極限送電功率水平的作用。隨電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電廠在系統(tǒng)中所處位置而異，但可以認(rèn)為，它對于要求傳輸大功率的長距離線路，效果特別突出。我國電力系統(tǒng)的實踐說明，有的系統(tǒng)僅加速了電廠出口附近的短路故障切除時間，就取得了保持三相短路后的暫態(tài)穩(wěn)定性:有的系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)丶涌旃收锨谐龝r間的同時，取消了原來需要的電氣制動，同樣取得了良

8、好的暫態(tài)穩(wěn)定效果。對于弱受端系統(tǒng)（受端系統(tǒng)較少。聯(lián)系比較松散)，縮短輸電線路的故障切除時間、更可以獲得較大暫態(tài)穩(wěn)定效益，某些情況下，你把故障切除時間從0.12S縮短到0.1s，可以代替切100MW負(fù)荷的效果。所以故障極限切除時間，也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)工程中需要關(guān)注的內(nèi)容。在我國現(xiàn)有條件下。可能達(dá)到的最快故障切除時間是多少，近端故障的切除時間將不大于0.1s，而遠(yuǎn)端故障切除時間則為0.1s或0.12s。根據(jù)需要，還可以做到近端故障不超過0.08s。具體的故障切除時間，國網(wǎng)的工程要按照國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)規(guī)范里面規(guī)定的值來分析。自動重合閘自動重合閘的重要作用、不僅在于恢復(fù)因故障斷開的線路，更是在連

9、續(xù)故障情況下保持系統(tǒng)完整性、避免擴(kuò)大事故的重要手段。1977年的第二次紐約大停電，是多回線連續(xù)故障引起的。在事故過程中，一問345kV電源線路因合閘角的整定過小(為了減少對1000MW機(jī)組的沖擊)而拒絕自動重合閘與禁止手動合閘。否則，也許這次造成重大社會損失的系統(tǒng)大停電事故就可能避免，事后不久。就把該合閘角改大了。自動重合閘的一些問題：1） 合理選用重合閘時間：可以顯著地提高重合于故障未消除線路上時的系統(tǒng)穩(wěn)定性。具體分析還是和制動能量面積有關(guān)，教科書內(nèi)容就不詳述。不論是單相的或三相的重合閘，當(dāng)重合到故障未消除的線路上時.將顯著地減低系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，而采用最佳重合閘時間的單相或三相重合閘，即使重

10、合到故障未消失的線路；對系統(tǒng)的穩(wěn)定水平將不會有較大的惡劣影響。與不進(jìn)行電合閘的情況基本相近。分析結(jié)果說明，重合時間可以按最大送電功率情況考慮最佳條件整定。一般地說，傳輸重負(fù)荷時，初始角大，故障后的搖擺周期較長:而在同樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件下，傳輸輕負(fù)荷時，初始角較小，故障切除后的搖擺周期變短。因而在較輕的傳輸負(fù)荷情況下，滿足最佳重合時間的重合閘時間將變短。計算結(jié)果證實，即使在輕負(fù)荷時偏離最佳重合間較多，一般也無礙于系統(tǒng)的最終穩(wěn)定。2）220kV線路的重合閘方式：220kV網(wǎng)絡(luò)較為緊密，一般采用三相重合閘方式，這種方式好處甚多，如重合閘裝置本身簡單可靠，繼電保護(hù)的整定配合比較方便。發(fā)生接地故障時，一側(cè)

11、先跳開后，另一側(cè)往往可能由零序電流保護(hù)相繼快速切除故障，起到部分高頻保護(hù)的作用等。實際系統(tǒng)中的大環(huán)網(wǎng)或重負(fù)荷單回線上，才宜于按需要整定單相或三相快速重合閘。在這樣特殊的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式下，當(dāng)線路發(fā)生單相或多相故障，如果任其斷開而不進(jìn)行重合閘。系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。而如果線路只是短時斷開，依靠成功的快速重合閘使電網(wǎng)得以快速恢復(fù)原來的正常接線，則可能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。對于這種情況，采用重合時間滿足需要的快速重合閘，當(dāng)然是合理的。但如果重合到故障尚未消除的線路上、系統(tǒng)失去穩(wěn)定則是無疑的，這時只好依靠后備措施來中止振蕩、或者切機(jī)、切負(fù)荷等防止失去穩(wěn)定。3）500kV線路的重合閘方式：由于500kV線路傳

12、輸?shù)墓β收枷到y(tǒng)容量的比重大。以及線路故障仍以單相瞬時故障占大多數(shù)，而保持這些線路安全運(yùn)行的有效措施應(yīng)是采用單相重合閘。和220kV線路不同，在500kV線路上采用單相重合閘必須考慮的一個重要問題是，故障點(diǎn)能否快速自滅?。ㄖ行渣c(diǎn)小電抗）。切機(jī)方案保持電電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性的最根本前提，在于保證線路的傳輸能力總是大于系統(tǒng)通過它傳輸?shù)淖畲蠊β?。所以線路發(fā)生故障引起傳輸能力不足時，必須切機(jī)，才有可能保持系統(tǒng)的繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。無論國內(nèi)外系統(tǒng)，都已把水電廠切機(jī)作為常用的對付上述問題的一種有效手段，并早已取得成功的經(jīng)驗。而火電廠切機(jī)則未見廣泛采用。發(fā)揮切機(jī)的作用，另一關(guān)鍵問題是希望在故障發(fā)生后盡快可能加速切機(jī)時

13、間，切得愈慢。效果愈差、等到其他機(jī)組已步入失穩(wěn)邊緣，再切機(jī)也無濟(jì)于事了。為了加速切機(jī)時間，最好動作于動作快的機(jī)組變壓器側(cè)高壓斷路器，而不是低壓側(cè)慢動作的發(fā)電機(jī)斷路器。另外，為了快速降低火電機(jī)組的功率，快關(guān)汽門是一個好辦法。合理調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行接線加強(qiáng)受端系統(tǒng)、適當(dāng)分散外接電源，不但是建設(shè)一個安全穩(wěn)定電網(wǎng)所需遵循的原則，在有條件而又需要的情況下，也不失為運(yùn)行系統(tǒng)一種重要的穩(wěn)定措施。由遠(yuǎn)方電源送來主要電力的系統(tǒng)條件。這種系統(tǒng)運(yùn)行接線的穩(wěn)定問題，往往由于受端母線電壓因缺少本地電源支持，在故障后系統(tǒng)的功率搖擺過程中，不能保持有較高水平；更可能在搖擺過程中受端母線電壓因電壓崩潰而不斷下降，造成受端電源與外地

14、電源間失步。在運(yùn)行系統(tǒng)中改善這種不穩(wěn)定現(xiàn)象的辦法之一是，將受端系統(tǒng)中的停運(yùn)機(jī)組改調(diào)相機(jī)運(yùn)行，以增大受端母線短路電流水平，從而使受端母線能在搖擺過程保持較高電壓。而更為有效的措施則是盡可能設(shè)法將遠(yuǎn)方電源分開，讓這些電源支路直到受端系統(tǒng)母線處才并聯(lián)運(yùn)行。這樣，當(dāng)任一送電支路發(fā)生故障，其他的電源支路，都將作為受端系統(tǒng)電源對受端母線電壓提供支持，保證受端電壓得以處于較高水平，從而顯著地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。切集中負(fù)荷切集中負(fù)菏，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行頻率，可以減輕某些電源線路的過負(fù)荷、可以提高受端電壓水平，因而都有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是集中切負(fù)荷對用戶的影響太大，而且由于遠(yuǎn)方控制可能帶來的誤操作，更加劇了它的副作用，因而使用時要慎重。減少和避免誤切負(fù)荷的可行辦法之一，是增加被切負(fù)荷的某種參量(例如電壓降低)的就地判別監(jiān)控，只有當(dāng)本地的判別元件動作而又收到遙切命令時才執(zhí)行?？焖賱畲趴焖賱畲乓恢笔且环N提高暫態(tài)穩(wěn)定的常用措施。在弱傳輸系統(tǒng)中、在規(guī)定的故障切除時間下?？焖賱畲艑μ岣邥簯B(tài)穩(wěn)定條件下的線路極限傳輸功率很有好處，具體效果視具體條件而定。采用快速勵磁