《淺析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性》5700字（論文）

IV淺析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性摘要隨著我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力開始逐漸變得強(qiáng)盛，我國國民的經(jīng)濟(jì)開始飛速發(fā)展，國民的生活水平也因此逐步提高，我國國民的用電需求也日益增長，在此基礎(chǔ)上，為了供應(yīng)國民們的生活用電，我國的電力供應(yīng)要求也開始增高。由于電力系統(tǒng)越來越趨于復(fù)雜化，所帶來的不穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)帶來了許多危害，給我國經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，并且對生產(chǎn)生活的影響也逐漸增大。為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，并且能夠確保電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)穩(wěn)定的研究成為了今后發(fā)展道路上重要的一環(huán)。形成大電網(wǎng)的電力系統(tǒng)有利于電力能源的調(diào)配和利用，提高經(jīng)濟(jì)效益，但與此同時(shí)又帶來了更大的隱患，比如電壓不穩(wěn)、電壓崩潰等，很容易造成大范圍的電事故，將造成大量的損失，這類的大停電事故在國際上時(shí)有發(fā)生。因此對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題的研究成為了一個(gè)重要的課題。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法展開分析。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；能源；電壓目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 I第1章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 1第2章電壓系統(tǒng)穩(wěn)定分類 12.1靜態(tài)穩(wěn)定 32.2暫態(tài)穩(wěn)定 3第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 43.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡介 53.2電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施 63.3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施 6第4章電力系統(tǒng)失穩(wěn)的特征和后果 84.1電力失穩(wěn)特征 84.2電力失穩(wěn)后果 8總結(jié) 9參考文獻(xiàn) 11第1章緒論1.1研究背景自從人類踏入電力時(shí)代以來，一百多年來，人們與電的關(guān)系越來越密切，而電能的消耗也越來越大。近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技的飛速發(fā)展，我國已經(jīng)是全球第二大經(jīng)濟(jì)體，電力需求日益增加，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電壓的穩(wěn)定性問題就顯得尤為突出。目前，電網(wǎng)正朝著大機(jī)組、大電網(wǎng)、特高壓、長距離、跨地區(qū)輸送等方向發(fā)展，既有利于提高電力的利用率和經(jīng)濟(jì)效益，又可以降低電網(wǎng)的備用容量，但也很容易導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓崩潰。而新增加的電力系統(tǒng)，負(fù)荷的不可預(yù)測性，以及各種突發(fā)事件所帶來的不確定性，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況迅速變化，更有可能引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓崩潰。但現(xiàn)在的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，如果某個(gè)地方的電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很可能造成大面積停電，世界各地都會出現(xiàn)大面積停電，以下是最近20年來世界各地大規(guī)模停電的情況：“8.14”美加大停電：美國和加拿大都出現(xiàn)了一次大規(guī)模的電力中斷，導(dǎo)致了五千萬人的傷亡，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。事故原因主要是由于電力系統(tǒng)的靜態(tài)安全分析工具和狀態(tài)估算工具不到位，致使調(diào)度員無法監(jiān)控系統(tǒng)，再加上線路超負(fù)荷、接地等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)解列、重要負(fù)荷點(diǎn)電壓崩潰，從而引發(fā)大規(guī)模停電。巴西“2.4”大斷電：巴西于2011年2月4號大范圍的斷電。這場災(zāi)難波及到美國東北八大洲，受災(zāi)人口達(dá)4千萬。事故的起因是由于一次失誤，造成多條母線、出線中斷，東北電網(wǎng)與北部電網(wǎng)、東南電網(wǎng)分開，隨后東北電網(wǎng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的電力失調(diào)，造成了大規(guī)模停電。1.2研究意義現(xiàn)在的電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，影響的范圍很大，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以電網(wǎng)的穩(wěn)定性非常重要。電網(wǎng)不穩(wěn)定，造成大停電的原因很多，其中電壓不穩(wěn)定起到了很大的作用，大部分事故都是由電壓不穩(wěn)定引起的，也有可能是電壓不穩(wěn)定。在電網(wǎng)突然擾動(dòng)、負(fù)荷持續(xù)增長、線路容量不足等方面，都會導(dǎo)致電壓崩潰。因此，研究電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性對于人類的生存具有重要的意義。而在日常的電網(wǎng)運(yùn)行中，要對目前的電網(wǎng)電壓穩(wěn)定狀況進(jìn)行監(jiān)測，必須要有一個(gè)清晰的指標(biāo)，這樣才能使電網(wǎng)的工作人員能夠通過這些指標(biāo)判斷出電網(wǎng)的穩(wěn)定狀況，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。第2章電壓系統(tǒng)穩(wěn)定分類當(dāng)電網(wǎng)受到某些干擾后，其工作狀況會逐漸發(fā)生變化，從穩(wěn)定過渡到失步。這個(gè)周期的長度取決于系統(tǒng)本身的參數(shù)和狀態(tài)，還有外部因素的影響。我們將其劃分為三種不同的狀態(tài)：初始階段：在被干擾的那一剎那，大約一秒鐘。在這一秒鐘內(nèi)，有一部分的繼電器會啟動(dòng)，例如：切斷發(fā)電機(jī)，切斷線路，重新合閘。中間期：大約1秒后，干擾發(fā)生5秒鐘。在這個(gè)過程中，發(fā)電機(jī)的作用就體現(xiàn)出來了。最后一步：5秒后的干擾。在此期間，前兩個(gè)階段的行為對電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程產(chǎn)生了一定的修正作用。另外，由于電壓和頻率的下降，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備也會對負(fù)載進(jìn)行一定程度的削減。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，各種電網(wǎng)的潛在穩(wěn)定性問題也逐漸顯現(xiàn)出來。隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力和電能的需求也越來越大。1929年，瑞典ASESEvaluation公司（HVDC）開始了這項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)為其它國家的HVDC技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。我國已建成了大量的HVDC項(xiàng)目。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)的穩(wěn)定性也得到了極大的提升，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些新的問題也被解決了，比如電壓穩(wěn)定和頻率波動(dòng)。2.1靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電網(wǎng)在一定的工作條件下，受小干擾后是否能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作。當(dāng)系統(tǒng)在小干擾下沒有出現(xiàn)周期性故障或無周期性故障時(shí)，系統(tǒng)仍在初始運(yùn)行或轉(zhuǎn)入接近的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，稱為靜態(tài)穩(wěn)定。相反，如果出現(xiàn)循環(huán)或無周期故障，使其不能返回初始操作點(diǎn)，或者不能到達(dá)接近的穩(wěn)定操作位置，則稱為系統(tǒng)的靜態(tài)不穩(wěn)定。它的本質(zhì)就是指在一定的操作條件下，當(dāng)受到一定的干擾時(shí)，系統(tǒng)能否繼續(xù)工作。小干擾是指在系統(tǒng)正常工作時(shí)，負(fù)載發(fā)生較小的波動(dòng)，或正常調(diào)整。由于干擾很小，所以不需要像瞬態(tài)穩(wěn)定一樣，在求出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡后進(jìn)行穩(wěn)定型，而是利用線性化的方法，把非線性的瞬時(shí)問題轉(zhuǎn)化成線性問題，再利用線性化的原理，通過線性系統(tǒng)的原理，從復(fù)平面上的特征根的位置來判定穩(wěn)定性。該方法叫做“小干擾”。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，也找到了幾種判別系統(tǒng)穩(wěn)定的實(shí)用準(zhǔn)則，這種準(zhǔn)則簡單、直觀，特別適合于一般的電力系統(tǒng)，可以作為小干擾方法的補(bǔ)充。本文認(rèn)為，用小干擾法對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行了基本的研究，而實(shí)用判據(jù)法則是一種簡單的判別條件，即在給定的假定情況下，確定電力系統(tǒng)的靜穩(wěn)。也可以說，在沒有換路和干擾較少的條件下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是一個(gè)特殊的例子。也就是說，可以用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，也可以用暫穩(wěn)法來求解一些靜態(tài)穩(wěn)定問題，但是因?yàn)樗容^簡單，所以就沒有這個(gè)必要了。2.2暫態(tài)穩(wěn)定在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，同步運(yùn)行穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性都需要滿足。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會出現(xiàn)振蕩，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電壓、電壓出現(xiàn)劇烈的周期性變化，從而導(dǎo)致電網(wǎng)無法正常供電，從而導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)大面積斷電；頻率穩(wěn)定損失會導(dǎo)致頻率崩潰，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)斷電；一旦電壓不穩(wěn)定，就會導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的電壓崩潰，從而導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域的電力供應(yīng)中斷。我國對維持暫態(tài)穩(wěn)定性的需求分為三個(gè)層面：第一層面。對于一些比較輕微且普遍的故障，如多回220kV線路中有一次出現(xiàn)了單相永久性失效，并在重合后進(jìn)行永跳，既要保證系統(tǒng)在干擾后的穩(wěn)定性，也要保證對使用者的持續(xù)供電。第二級。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳時(shí)，如單回路的線路出現(xiàn)故障時(shí)，需要在干擾后保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是允許局部負(fù)載的損耗。第三級。針對三相短路的嚴(yán)重故障，仍然強(qiáng)調(diào)在干擾后維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是可以采用多種可能的方法。第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)定性3.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡介PSS是一種勵(lì)磁輔助設(shè)備，具有抑制電網(wǎng)不穩(wěn)定的作用。PSS通常裝在勵(lì)磁穩(wěn)壓器中，在工作時(shí)，系統(tǒng)通常為負(fù)值，因此它會引入一個(gè)比軸速更快的信號，從而產(chǎn)生一個(gè)正向的減振力矩，抵消了前面的負(fù)值。通過這種方式，可以有效地消除原有的負(fù)阻尼扭矩對電網(wǎng)的不利影響，從而增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。而且，電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置所輸入的各種數(shù)字信號，都與這種振動(dòng)有關(guān)，比如發(fā)電機(jī)的頻率、轉(zhuǎn)速、有功等，再通過放大，產(chǎn)生新的信號，再送到勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng)。圖3-1PSS結(jié)構(gòu)示意圖由圖3.1可知，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上是一種關(guān)于有功功率、匝數(shù)或頻率的反饋環(huán)節(jié)，它與原勵(lì)磁系統(tǒng)一起構(gòu)成了雙閉環(huán)系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)與電壓相關(guān)；而由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)則與、或相關(guān)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器把直流隔開的環(huán)節(jié)能夠使在接近無窮大時(shí)讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出為零，而在進(jìn)行其它中間過程時(shí)，該環(huán)節(jié)能夠讓這些數(shù)字信號順利通過，就可以讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在所需要的時(shí)段發(fā)揮它的作用。而在超前——滯后環(huán)節(jié)當(dāng)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以補(bǔ)償原系統(tǒng)所致的相位滯后。在處于放大環(huán)節(jié)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器所帶的放大元件也可以確保擁有足夠多的幅值。限幅環(huán)節(jié)可確保突發(fā)大擾動(dòng)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出不會對電機(jī)端電壓造成影響。圖3.2PSS信號作用相量圖3.2電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施中央控制模式是以傳輸狀態(tài)為基礎(chǔ)，在調(diào)度中心建立一個(gè)監(jiān)控中心，通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種控制方式需要大量的信息，需要對整個(gè)系統(tǒng)的操作進(jìn)行全面的了解，這樣的控制方式對硬件要求也很高，必須建立起穩(wěn)定、快捷的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)。通過對系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)的電抗，提高系統(tǒng)的工作電壓，改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是指在電網(wǎng)受到較小的擾動(dòng)后，不會出現(xiàn)自發(fā)性振蕩或周期性失步，并能在一定程度上實(shí)現(xiàn)其初始工作；在此，諸如單個(gè)電機(jī)的接入和切斷、負(fù)載和卸載等。其作用是將自然界的一次能源轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)輸電、變電、分配等方式向用戶提供電能，確保用戶安全、優(yōu)質(zhì)的電能。區(qū)域控制模式是指在兩個(gè)或兩個(gè)以上的廠站之間設(shè)置穩(wěn)定控制裝置，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的廠站構(gòu)成一個(gè)完整的區(qū)域穩(wěn)定控制體系，由各廠、站之間進(jìn)行信息交流、發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)對某個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。按照不同的決策方法，可以將地區(qū)管制模型劃分為若干種和分散兩類。區(qū)域穩(wěn)定控制模式通常是在一個(gè)主站點(diǎn)下面設(shè)置若干個(gè)分站，通過主站點(diǎn)將各個(gè)站點(diǎn)的工作狀態(tài)和地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行匯總，并將其發(fā)送到下位子站點(diǎn)。3.3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施對應(yīng)類型的信號參數(shù)在經(jīng)過電力系統(tǒng)穩(wěn)定器后將會被送往電壓調(diào)節(jié)器，它和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在此時(shí)應(yīng)處于相位滯后的狀態(tài)。而這些被處理過的數(shù)字信號能夠補(bǔ)償相位，所以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的網(wǎng)絡(luò)必須擁有超前補(bǔ)償?shù)墓δ堋ｋ娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來消除時(shí)滯以后的補(bǔ)償效應(yīng)。因此，我們可以得到電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)表示如下：:且我們可以得到如下以速度作為輔助信號參量的網(wǎng)絡(luò)圖：圖5.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)圖以為示例求出電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)方程：其中、是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)變量。、為超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，。是復(fù)位時(shí)間常數(shù)。為放大倍數(shù)。計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上就是求出、、以及的運(yùn)算過程。這些參量的求解一般都會使用根軌跡法或者是頻率相應(yīng)法。暫態(tài)磁阻功率讓功角特性計(jì)算變得非常的復(fù)雜：以直軸暫態(tài)電抗后的電動(dòng)勢代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢；以向量與的夾角代替。。第4章電力系統(tǒng)失穩(wěn)的特征和后果4.1電力失穩(wěn)特征電力不穩(wěn)定性是指在發(fā)電機(jī)內(nèi)的電流量和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等引起的小幅度的振動(dòng)，這種振動(dòng)的頻率一般在1赫茲。電網(wǎng)在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)振動(dòng)，主要是因?yàn)橄到y(tǒng)在受到干擾后，由于其內(nèi)部缺少阻尼，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子之間發(fā)生擺動(dòng)，從而導(dǎo)致了電力不穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機(jī)連接到一起時(shí)，同步發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)是緊密相連的，因?yàn)樗膬?nèi)部結(jié)構(gòu)具有很好的阻尼性，從而降低了不穩(wěn)定的可能性，但隨著電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，再加上環(huán)境和資金的限制，它的工作頻率也會越來越低。國外學(xué)者最先提出了電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置。它的核心原理是，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)可以智能地調(diào)整控制電壓，以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差等信號參量中的其中之一作為信號傳遞的基礎(chǔ)，使同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速偏差同軸的附加力矩，產(chǎn)生的阻尼能夠補(bǔ)償因電力失穩(wěn)而減少的部分，由此改良了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的目的是增加同步發(fā)電機(jī)的阻尼來增強(qiáng)電力輸送的穩(wěn)定性。它抽取角速度，功率或頻率等參量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后經(jīng)過放大、復(fù)位、和超前滯后等環(huán)節(jié)的處理后，作為勵(lì)磁系統(tǒng)的一部分輸入。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器優(yōu)秀的模型設(shè)計(jì)，它的基礎(chǔ)模塊簡單、針對性強(qiáng)且擁有經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)，能夠普遍應(yīng)用于各大電力系統(tǒng)。因?yàn)樗鼡碛薪档妥枘岬男Ч?，不僅可以抑制電力失穩(wěn)，還能夠改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。4.2電力失穩(wěn)后果三相負(fù)載失衡時(shí)，變壓器必然會出現(xiàn)零序電流，而由于零序電流的存在，使鐵心內(nèi)的零序磁通形成零序磁通，從而形成一個(gè)線圈，形成變壓器的罐壁或其它金屬部件。但是，在設(shè)計(jì)時(shí)，由于不把這些金屬元件作為導(dǎo)磁元件，會造成磁滯和電流損失，從而使其產(chǎn)生熱量，從而造成變壓器局部的金屬零件溫度異常上升，嚴(yán)重時(shí)會造成變壓器的操作事故。高壓線路通過流的故障在很大程度上是由電流引起的。由于三相負(fù)載失衡，導(dǎo)致高壓某一相會出現(xiàn)較大的電壓，造成高壓線路短路短路，造成大規(guī)模停電，同時(shí)，變電站開關(guān)裝置頻繁跳閘，縮短其使用壽命。低壓電網(wǎng)的高損耗會使電力公司的經(jīng)濟(jì)效益下降，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致電力公司的運(yùn)營出現(xiàn)虧損。由于變壓器燒損、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒損，不僅增加了供電公司的電力成本，而且由于停電檢修和更換購貨，導(dǎo)致停電時(shí)間較長，電力供應(yīng)減少，不僅會降低供電公司的經(jīng)濟(jì)效益，還會影響供電公司的信譽(yù)，降低服務(wù)品質(zhì)。三相負(fù)載失衡、一相或兩相畸變，勢必會導(dǎo)致線路上的壓降增加，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量下降，從而影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。變壓器燒毀，線路燒斷，開關(guān)設(shè)備燒毀，對使用者的用電產(chǎn)生很大的影響。短路還會導(dǎo)致大量的低壓設(shè)備被燒毀?？偨Y(jié)本次課題以電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題為研究角度，對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題的背景和研究的意義進(jìn)行了討論，同