电力系统稳定性分析
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电力系统的稳定性与可靠性分析电力系统稳定性与可靠性是电力工程中两个重要的概念。
稳定性是指电力系统在各种外界扰动下,能够维持稳定的运行状态。
可靠性则是指电力系统的设备和组件能够在设计寿命范围内保持正常工作,不发生故障。
了解电力系统的稳定性和可靠性对于保障电力供应的稳定和安全具有关键意义。
一、电力系统的稳定性分析电力系统的稳定性是指系统在发生扰动后,能够恢复到稳态工作状态的能力。
稳定性问题主要分为静态稳定和动态稳定两个方面。
1.静态稳定性静态稳定性指电力系统在平衡态时,对外界扰动的抵抗能力。
主要包括电压稳定性和转子稳定性。
(1)电压稳定性:电压稳定性是指系统运行时各节点电压保持在合理范围内的能力。
当电压波动超过一定范围时,电力系统中的设备可能会受到损坏,甚至引发系统崩溃。
因此,对于电力系统来说,维持合理的电压水平至关重要。
(2)转子稳定性:转子稳定性是指电力系统在发生扰动时,转子角速度能够恢复到稳定的状态。
转子稳定性问题是由于大功率负荷变化或大幅方波的投入引起的。
转子稳定性直接影响系统的可靠性和稳定性。
2. 动态稳定性动态稳定性是指电力系统在外界扰动下,能够恢复到平衡态的时间和稳定性。
主要包括小扰动动态稳定和大扰动动态稳定两个方面。
(1)小扰动动态稳定性:小扰动动态稳定性主要以系统阻尼为基础,衡量系统对小幅度扰动的抑制能力。
一般利用系统的传递函数或者状态空间模型来分析和评估。
(2)大扰动动态稳定性:大扰动动态稳定性主要指系统在大幅度外界扰动(如故障、短路等)下的稳定性。
主要通过计算机仿真和实验研究来评估。
二、电力系统的可靠性分析电力系统的可靠性是指系统在设计寿命范围内保持正常工作的能力。
可靠性问题主要包括设备可靠性和电网可靠性两个方面。
1. 设备可靠性设备可靠性是指电力系统中设备的寿命、故障率和可修复性等方面的评估。
主要包括静态设备可靠性和动态设备可靠性。
(1)静态设备可靠性:静态设备可靠性主要指静止设备(如变压器、发电机等)在工作期间内不发生故障的概率。
电力系统稳定性分析方法一、引言电力系统是现代社会运行的重要基础设施,其稳定性对社会经济发展至关重要。
为了保障电力系统的稳定运行,分析电力系统的稳定性显得尤为重要。
本文将介绍电力系统稳定性分析的方法,并探讨其在实际应用中的意义。
二、动态稳定性分析方法动态稳定性是指电力系统在扰动下的恢复能力,其分析主要包括以下几种方法。
1. 平衡点分析法平衡点分析法是一种最基本的电力系统稳定性分析方法,其通过对电力系统进行线性化处理,以判断系统在发生扰动时是否能够回到平衡状态。
该方法具有计算简单、易于理解的优势,但仅适用于小扰动范围内的稳定性分析。
2. 状态变量分析法状态变量分析法是一种基于微分方程组的稳定性分析方法,其通过建立系统的状态变量模型,利用数学方法分析系统的稳定性。
该方法适用于更大范围的扰动,并能够提供系统动态性能的详细信息。
3. 相量法相量法是一种将电力系统描述为相量方程的稳定性分析方法,其通过对电力系统中各个节点的电压和电流进行相量计算,得到系统的电力输送情况。
相量法能够提供系统各个节点的电力传输能力和动态稳定性等信息,对于大规模电力系统的稳定性分析应用广泛。
三、静态稳定性分析方法静态稳定性是指电力系统在稳定工作点附近对负荷变化和参数扰动的敏感性。
下面介绍两种常用的静态稳定性分析方法。
1. 损耗灵敏度法损耗灵敏度法通过对系统的功率损耗进行分析,以判断电力系统在负荷变化或参数改变时的稳定性。
该方法对于分析系统的经济性具有重要意义,能够指导电力系统的运行和规划。
2. 阻尼灵敏度法阻尼灵敏度法是一种基于系统的各种模式振荡损耗的分析方法,通过测量系统各个模式的阻尼比,以评估系统的稳定性。
阻尼灵敏度法在分析系统的振荡稳定性方面具有一定的优势,广泛应用于电力系统的规划和控制中。
四、实际应用与意义电力系统稳定性分析方法在实际应用中具有重要的意义。
首先,稳定性分析方法可以帮助电力系统运营者评估系统的稳定状况,及时发现潜在的稳定问题,并采取相应的措施进行调整,确保电力系统的安全稳定运行。
电力系统稳定性分析在当今社会中,电力系统的稳定性对于维持现代生活的正常运转至关重要。
电力系统的稳定性分析是评估和优化电力系统运行的关键环节。
本文将对电力系统稳定性分析进行探讨,以帮助读者更好地了解电力系统的运行情况和相关问题。
一、电力系统的稳定性概述电力系统是由发电机、输电线路、变电站、配电网等组成的。
在电力系统中,稳定性是指系统从各种扰动(如电力负荷突变、电网故障等)中恢复到平衡状态的能力。
稳定性分析的目的是通过分析电力系统在扰动下的响应,确定电力系统的稳定性并为问题的解决提供指导。
二、电力系统稳定性分析的方法1. 暂态稳定性分析暂态稳定性分析是评估系统在发生大幅短时干扰后的稳定性能力。
通过模拟系统在故障发生后的动态过程,包括发电机转子振荡、系统电压波动等,来判断电力系统是否能在有限时间内恢复平衡。
2. 过渡稳定性分析过渡稳定性分析是评估系统在发生大幅干扰后恢复平衡时的稳定性能力。
该分析主要关注系统的振荡过程,如频率、阻尼等,以确定系统是否在一定时间范围内恢复平衡。
3. 静态稳定性分析静态稳定性分析是评估电力系统在不同负荷水平下的稳定性能力。
通过分析系统的功率平衡、电压稳定等指标来判断系统是否能够稳定运行。
三、电力系统稳定性分析的重要性1. 保障电网安全稳定运行稳定性分析可以帮助电力系统的管理者和运维人员了解系统的脆弱点、潜在问题以及应对措施,从而保障电网的安全稳定运行。
2. 优化电力系统配置稳定性分析可以为电力系统的规划和设计提供指导,确保系统在遭受扰动时能够快速恢复平衡,降低系统损耗,并优化系统的配置。
3. 提升电力系统的可靠性电力系统的稳定性分析可以识别系统的瓶颈和薄弱环节,从而采取相应的措施提升系统的可靠性和韧性,降低系统故障和停电的风险。
四、电力系统稳定性分析的挑战与展望1. 大规模可再生能源的接入随着可再生能源的快速发展和大规模接入,电力系统的稳定性面临着新的挑战。
如何有效地融入可再生能源,并保持系统的稳定运行是当前亟需解决的问题。
电力系统稳定性分析电力系统是现代社会的重要基础设施之一,对于能源供应的稳定性和可靠性有着重要影响。
电力系统的稳定性分析是确保电力系统运行安全稳定的关键步骤之一。
本文将从电力系统稳定性的概念、影响因素以及分析方法等方面展开讨论。
一、电力系统稳定性概述电力系统稳定性指的是电力系统在外部扰动下,经过一定时间后恢复到原有运行状态的能力。
电力系统稳定性主要分为动态稳定和静态稳定两部分。
1. 动态稳定动态稳定是指电力系统在发生扰动后,系统能够恢复到新的稳定工作点。
动态稳定分析主要涉及系统的振荡特性、发电机的暂态稳定以及系统的阻尼衰减等方面。
2. 静态稳定静态稳定是指电力系统在额定负荷条件下,系统能够保持稳定。
静态稳定分析主要涉及电力系统的负荷流和潮流计算,以及对系统进行电压稳定分析和过电压稳定分析等。
二、电力系统稳定性分析方法电力系统稳定性分析是通过建立电力系统的数学模型,采用数值计算方法进行系统响应的计算和仿真。
一般电力系统稳定性分析方法包括以下几种:1. 扰动响应法扰动响应法是最常用的电力系统稳定性分析方法之一。
该方法通过对电力系统进行一系列阻塞操作,如远端短路和发电机突然断开等,观察电力系统的动态响应,进而分析稳定性。
2. 频率扫描法频率扫描法是一种通过改变电力系统的激励频率,观察系统阻尼振荡特性的方法。
通过改变电力系统的激励频率,可以得到系统的频率响应曲线,从而评估系统的稳定性。
3. 参数灵敏度法参数灵敏度法是通过改变电力系统模型中的参数,观察系统响应的变化来分析稳定性。
这种方法可以用来确定系统中具有较大灵敏度的参数,从而指导系统的优化设计和运行调整。
4. 静态伏安分析法静态伏安分析法通过建立电力系统的潮流计算模型,对系统的电压和功率等进行分析,从而评估电力系统的稳定性。
该方法适用于静态稳定性分析,可以帮助发现潜在的电压稳定问题。
三、电力系统稳定性影响因素影响电力系统稳定性的因素众多,其中包括以下几个方面:1. 发电机能力和响应速度发电机的能力和响应速度对电力系统的稳定性有着重要影响。
电力系统的稳定性分析一、概述电力系统稳定性分析是电力系统运行状态评价的重要组成部分,它是指在电力系统出现扰动或故障时,系统恢复平衡的能力。
稳定性分析主要包括大范围稳定分析和小干扰稳定分析。
二、大范围稳定分析1.功率平衡方程大范围稳定分析主要考虑电力市场运行中出现的电力故障、过负荷、电压失调等因素,其稳定性分析主要建立在功率平衡方程的基础上。
功率平衡方程主要是描述电力系统在稳态时,功率的产生、输送和消耗的平衡关系,因此如下:P\_i - D\_i = ∑B\_{ij}(δ\_i - δ\_j) + ∑G\_{ij}(V\_i - V\_j)其中,P_i是母线i的有功需求,D_i是母线i的有功供给。
Bii是母线i对地电导,Bij是母线i与母线j之间的电导,δ_i是母线i的相角,V_i是母线i的电压,Gij是母线i与母线j之间的电导,而∑B\_{ij}(δ\_i - δ\_j)是相邻母线之间的励磁无功交换。
2.风险源目录在大范围稳定分析中,还需要进行风险源目录的分析。
这主要是基于故障的综合性研究,以及稳态运行某一元件的风险。
目录可分为元件目录和风险源目录。
元件目录主要是列举单个元件故障的可用性需求和可靠性指标,决定元件的运行状态。
而风险源目录主要是对故障进行分类,找到相关系统的最小数字,连续排序,避免同一数字的重复出现。
3.故障分析故障分析是大范围稳定分析的重要组成部分。
故障种类包括短路和开路,故障后电网可能形成的模式有三种:Ⅰ型模式、Ⅱ型模式、Ⅲ型模式。
Ⅰ型模式是由多输入单输出电源和单输入多输出负载组成,其中二者结合只能形成一补偿电容,故而电源能够满足负载的电感成分。
Ⅱ型模式是由多输入多输出电源和负载组成,缺少电容分量导致电源不能满足负载的电感成分,必须通过延迟公共电压板或转移核心来完成,因而需要额外的控制技术。
Ⅲ型模式是由多输入多输出电源和负载组成,其中二者之间不存在补偿电容,但可以共同大范围地控制发电量、充电、放电等。
电力系统的稳定性分析一、引言电力系统是一个复杂的系统,由多个电力设备组成,并分布在不同位置上。
如果电力系统不稳定,会导致系统停电或设备损坏。
因此,对电力系统进行稳定性分析具有重要意义。
二、电力系统的稳定性电力系统的稳定性是指系统在扰动后,能够保持稳定的能力。
扰动可以是外部扰动(如雷击、风暴)或内部扰动(如电力设备失效)。
电力系统的稳定性可以分为动态稳定性和静态稳定性。
动态稳定性是指系统经过一段时间后,能够恢复到稳态工作状态的能力。
静态稳定性是指系统在扰动后重建稳态状态的速度。
三、稳定性分析方法稳定性分析的目的是确定系统是否能够恢复到稳态工作状态。
稳定性分析方法可以分为两类:定量和定性。
定量方法是通过数学模型计算系统的稳态和动态状态,确保系统都在一定范围内。
其中最常用的方法是模拟仿真。
定性方法是从系统本身的特性出发,分析其在扰动后的响应。
例如,通过估计系统惯量和阻尼,可以估算系统在扰动后的动态响应。
四、分析电力系统稳定性的例子针对电力系统的稳定性分析可以使用多种工具和方法。
例如,可以使用动态仿真,预测不同场景下系统的稳定性。
下面我们以南方电网为例。
南方电网是中国大陆的一个大型电力系统,由高压输电线路和变电站组成。
我们可以通过建立南方电网的稳定性模型,预测在各种不同的系统扰动情况下,系统的稳定性如何。
这个模型应该考虑南方电网的结构和所有电力设备的特性,包括发电机、变压器、电缆电线、开关设备等等。
同时,还需要基于电力设备的运行数据,估算系统的惯量和阻尼等参数。
基于这些数据,我们可以建立南方电网的稳定性模型,模拟不同场景下的稳定性。
例如,在发电机失效时,模型可以计算出系统是否可以恢复到稳定状态。
然后,我们可以针对模型的输出结果,分析潜在的稳定性隐患,采取措施来强化南方电网的稳定性。
五、结论电力系统的稳定性分析是重要的,旨在确保系统能够在所有场景下保持高效和安全运行。
稳定性分析方法可以分为定量和定性,并且可以用于分析不同类型和规模的电力系统。
电力系统中的稳定性分析电力系统是现代社会中最重要的基础设施之一,其能源传输和分配对于各个领域的经济和社会发展都具有重要的影响。
但是,电力系统的运行也面临着许多挑战。
其中一个重要问题就是稳定性,即系统在受到外界扰动时是否能够快速恢复到正常状态并保持稳定。
本文将对电力系统的稳定性分析进行探讨。
一、电力系统的稳定性问题电力系统中,发电机、输电线路和负载之间相互作用,形成了一个复杂的动态网络。
当系统受到外界扰动时,例如系统频率、电压、功率等发生变化,系统的稳定性就会受到影响。
如果系统无法恢复到正常状态并保持稳定,就可能会出现电压崩溃、电流过载等问题,进而导致电力设备的损坏和停机,甚至引发全面的系统性事故。
二、稳定性分析的目的和方法为了保证电力系统的稳定性,需要对其进行稳定性分析。
稳定性分析的目的是确定系统在动态过程中的响应特征,并提供相应的稳定控制策略和措施,以保障系统的全面稳定。
稳定性分析的方法有很多种,根据问题的不同,选择的方法也会不同。
下面分别介绍基于小扰动线性化方法和非线性时域方法两种稳定性分析方法。
1.基于小扰动线性化方法的稳定性分析小扰动线性化方法是一种经典的稳定性分析方法。
它把问题分解为线性部分和非线性部分,对系统在静态基础状态下的微小扰动进行研究,以推导系统在扰动下的稳定性指标。
具体地说,小扰动线性化方法将电力系统建模成一组微分方程,对其做线性化处理后,通过系统的特征值和特征向量对系统的稳定性进行分析。
这种方法结论多数性好,对系统的稳定性判断准确,但是在复杂的非线性系统中,需要界定状态变量的扰动时,可能需要考虑很多特殊情况,会增加分析的难度。
2.非线性时域方法非线性时域方法是一种以计算机仿真为基础的稳定性分析方法。
该方法分析的不是线性部分,而是非线性部分,它直接考虑系统在运行中的非线性动态特征,用精细的数值仿真模拟模型中的各种不确定性和复杂因素。
基于非线性时域方法,通过针对电力系统运行时复杂的行为模式进行仿真实验,以获得系统的稳态响应和频率响应情况,然后通过分析仿真结果,得出关于系统稳态和动态响应的结论。
电力系统的稳定性分析与控制一、引言电力系统是一个复杂的工程系统,由发电厂、输电网和用户构成,承担着将电能从发电厂输送到用户的任务。
然而,电力系统在运行过程中会面临各种稳定性问题,如电压稳定、频率稳定等。
因此,进行电力系统的稳定性分析与控制是确保电力系统稳定运行的关键。
二、电力系统稳定性分析1. 直流稳定性分析直流稳定性是指电力系统在小扰动下保持稳定的能力。
直流稳定性分析通常采用潮流分析和稳定性裕度分析等方法,通过对各种外界扰动的响应进行分析,判断系统的稳定性。
2. 暂态稳定性分析暂态稳定性是指电力系统在大扰动下恢复到稳态的能力。
暂态稳定性分析主要通过考虑系统的动态特性,模拟系统在发生突发故障后的状态演化过程,评估系统的恢复能力。
3. 频率稳定性分析频率稳定性是指电力系统在负荷波动或发电机出力变动等扰动下,保持频率稳定的能力。
频率稳定性分析主要通过考虑负荷-发电机动态平衡关系,研究系统内外力量的平衡情况,判断系统的频率稳定性。
三、电力系统稳定性控制1. 感应控制感应控制是一种基于传感器的反馈控制方法,通过实时监测电力系统的状态参数,根据预定的控制策略,及时调整系统的运行状态,以维持系统的稳定性。
感应控制可以应用于各个层次,如发电机控制、输电线路控制等。
2. 智能控制智能控制是一种基于人工智能技术的控制方法,通过分析电力系统的大量数据,构建系统的模型,并利用智能算法进行控制决策。
智能控制能够自动学习和优化控制策略,提高系统的响应速度和控制精度。
3. 前馈控制前馈控制是一种预先根据系统特性设计的控制方法,通过在系统中引入控制信号,改变系统的输入,从而达到控制系统的稳定性。
前馈控制可以通过增加补偿装置、改变发电机出力等方式实现。
四、电力系统稳定性分析与控制的挑战与进展1. 挑战电力系统稳定性分析与控制面临着数据海量、复杂性高等挑战。
此外,电力系统的分布式发电和新能源接入等新技术也给稳定性分析与控制带来了新的挑战。
电力系统中的稳定性分析资料电力系统的稳定性是指系统在扰动或故障情况下,能够保持稳定运行的能力。
保证电力系统的稳定性对于供电安全和可靠性非常重要。
本文将介绍电力系统稳定性分析的相关资料,帮助读者了解稳定性分析的基本原理和方法。
一、电力系统稳定性分析的基本原理1.1 能量守恒原理电力系统中的能量守恒原理是指系统中各个元件之间能量的输入和输出保持平衡。
在稳定性分析中,需要对各个发电机、传输线路、变压器等元件的输入功率和输出功率进行计算和分析,以保证系统能量的平衡。
1.2 功率-电压特性曲线电力系统中的发电机和负荷之间存在着特定的功率-电压特性曲线。
当系统运行在该曲线上时,才能保持稳定的运行。
稳定性分析中需要对发电机的输出功率和负荷之间的功率-电压特性进行分析,以保证系统运行在安全的工作区域内。
二、电力系统稳定性分析的方法2.1 线性化模型方法线性化模型方法是一种常用的电力系统稳定性分析方法。
该方法假设系统在小扰动下可以近似为线性系统,通过线性化模型对电力系统进行分析和计算。
常用的线性化模型方法有等效系统方法、状态空间模型方法等。
2.2 非线性模型方法非线性模型方法考虑了电力系统中各种非线性特性的影响,能够更准确地分析系统稳定性。
该方法通过建立电力系统的非线性数学模型,并运用数值计算方法对系统进行求解。
常用的非线性模型方法有潮流-电压方法、转移过程法等。
三、电力系统稳定性分析的资料和工具3.1 电力系统数据进行稳定性分析需要使用电力系统的相关数据,包括各发电机和负荷的参数、传输线路的参数、变压器的参数等。
这些数据可以通过电力系统的监测和测试获取,也可以通过电力系统的模拟和仿真得到。
3.2 稳定性分析软件目前,市场上有许多专门用于电力系统稳定性分析的软件工具,这些软件能够帮助工程师对电力系统进行稳定性分析和计算。
常用的稳定性分析软件有PSS/E、PSCAD等。
3.3 案例和论文学习电力系统稳定性分析的资料还包括相关的案例和论文。
电力系统的稳定性分析电力系统的稳定性分析是电力工程中的重要课题之一,它涉及到电力系统运行的可靠性和安全性。
稳定性分析主要考虑电力系统在各种外界扰动下的稳定性能,例如电力负荷突然增加或减小、供电故障等。
一、电力系统稳定性的概念电力系统稳定性指的是电力系统在负荷变化或外界扰动下,能够保持正常运行而不发生系统级别的不稳定或系统崩溃。
主要包括功率稳定性和动态稳定性两个方面。
1. 功率稳定性功率稳定性是指系统在负荷变化或供电故障的情况下,能够保持电压和频率稳定的能力。
这是电力系统必须具备的基本稳定性。
2. 动态稳定性动态稳定性是指电力系统在负荷突然变化或供电故障等大干扰下,能够在一定时间内恢复到稳定工作状态的能力。
这是保证系统能够迅速恢复到正常供电状态的重要指标。
二、电力系统稳定性分析方法在电力系统稳定性分析中,常用的方法主要有牛顿-拉夫逊法、潮流灵敏度法、方程迭代法和直接解法等。
1. 牛顿-拉夫逊法牛顿-拉夫逊法是常用的潮流计算方法,它通过迭代求解电流、电压和功率等参数来判断系统的稳定性。
通过计算节点电压和功率的变化情况,可以得出系统是否稳定以及稳定的程度。
2. 潮流灵敏度法潮流灵敏度法是一种通过计算电力系统中各个参数的灵敏度来评估系统稳定性的方法。
它可以分析发电机输出功率、传输线路电流和变压器负载等参数对系统稳定性的影响,有助于识别出系统中薄弱环节。
3. 方程迭代法方程迭代法是通过建立电力系统的状态方程,并利用迭代计算的方法来得出系统的稳定性。
通过不断迭代求解状态方程,得到系统的稳定情况。
4. 直接解法直接解法是指通过求解系统非线性方程组的方法来得到系统的稳定性。
这种方法常用于小规模系统或者用于求解系统的特定问题。
三、电力系统稳定性分析的应用电力系统稳定性分析在电力工程中有着广泛的应用,主要用于以下几个方面:1. 发电机组调度稳定性分析可以帮助电力系统运营人员制定合理的发电机组调度策略,以保证系统在负荷变化下的稳定运行。
控制和提高电力系统稳定性分析随着电力系统的发展,输送容量和输送距离大大增大,电力系统运行稳定问题也日益突出。
电力系统稳定性是限制交流远距离输电的输电距离和输送能力的决定性因素。
在当今市场经济条件下,保证电力系统运行的稳定性,就是保证电力市场的稳定,增加输送距离和提高输送能力,就是拓宽电力市场,所以,控制和提高电力系统运行的稳定性具有巨大的技术和经济意义。
1合理的电网结构和运行方式电力系统的电源配置和电网结构是保证电力系统稳定运行的物质基础,在很大程度上决定电力系统稳定的水平。
为了简化电力系统的结构,提高电力系统稳定水平,在电力网结构方面要考虑几个方面的问题。
a.主力发电厂(特别是远方的大容量发电厂)可不设高压母线,采用发电机—变压器—线路串联的单元方式直接接入枢纽变电所,这也是分散电源的一种形式,如图1所示。
一个单元的输电容量不应超过全系统总容量的一定比例,一般不应大于受端系统的备用功率。
这样,即使短路故障发生在一个单元的发电机母线侧,也不会严重影响其他单元。
只要将故障单元切除,电力系统就能正常运行,不会出现暂态稳定问题,也不会因负荷转移使相邻线路过载而产生事故后的连锁性暂态稳定问题。
b.应该避免几组送电线路在电源侧互联,对于多回路平行输电线路间有横向联系的接线方式(并联接线方式),可以根据线路的不同长度考虑适当的分段,设立中间开关站,如图2所示。
这样在故障时仅切除发生故障的这一段,大大减小了系统转移阻抗增加的数值。
但要注意在需要设置中间开关站的输电线路上,开关站的数目应在进行详细的经济技术论证后才能确定。
中间开关站往往是建设中间变电站的一个中间阶段图1 单元接线方式图2 并联接线方式c.在电力系统中应避免大环网或高低压环网向负荷中心送电。
因为当环网的一侧线路故障时,将使全部功率由环网的另一半线路传送,容易发生稳定破坏。
合理的电网结构应使低压电网升压,形成统一电压的并行送电线路。
在过渡阶段,为了避免在故障下功率向低电网转移,也可使高、低压线路开环运行。
d.应避免长距离单回线路(包括用几级电压线路串联的单回线路)。
由于线路阻抗大,不易保证较大的输电容量,在故障情况下将失去全部输电能力。
2改善电力系统基本元件的特性和参数2.1改善发电机励磁调节系统的特性由电力系统功率极限的简单表达式Pm=EV/X可知,减小发电机的电抗,可以提高电力系统功率极限和输送能力。
发电机的惯性时间常数Tj对电力系统暂态稳定的影响也是很明显的。
由发电机的相对加速度a=WNΔMa/Tj可知,增大Tj,可以减小a,从而减小发电机受扰动后转子相对动能的变化量,有利于提高暂态稳定。
但是,减小发电机的电抗和增大发电机的惯性常数,需要增加材料消耗,增大电机尺寸和重量,这不是经济合理的办法。
通过改善发电机励磁调节系统的特性来改善发电机的特性,对提高电力系统功率极限和扩大稳定运行范围有良好的作用,而且经济性好。
因此,现代电力系统的发电机都装设自动励磁调节装置。
为了限制由于过大的电压调节放大系数所产生的负阻尼,在励磁系统中增加电力系统稳定器(PSS),改进为微机励磁调节系统。
采用先进控制理论的励磁控制器和柔性交流输电系统(FACTS),使二者同时发挥作用,更好地提高暂态稳定性。
2.2改善原动机的调节特性电力系统受大扰动后,发电机因轴上出现的不平衡功率使发电机产生剧烈相对运动,破坏系统稳定运行。
如果原动机的调节很灵敏,使原动机的功率变化跟上发电机的电磁功率变化,轴上的不平衡功率便可大大减小,从而防止暂态稳定破坏。
为了减小故障后发电机组的输入功率,以消除其与输出功率间的不平衡,对于中间再热式汽轮机组可以采用汽轮发电机快速调节汽门与发电机功率角检测装置和微机控制组成的高速系统,根据发电机功角变化的情况,交替关、开快速汽门,以缩短振荡时间,提高暂态稳定。
水轮发电机因启动较快,可以采用切机的措施,如图3所示。
在短路故障或输电线路断开后,为不使发电机加速而失去稳定性,可以迅速切除部分送端发电机组,采用切机措施时还应考虑全系统的功率供需平衡问题。
在送、受端系统的容量可比时,应考虑受端系统有充分的备用出力,以满足负荷的需要,或者考虑在受端系统切除部分负荷的措施。
更有效的措施是采用动态安全调度,即通过调节发电机的有功功率,使系统在某些事故下,由暂态不稳定变为暂态稳定,防止事故扩大引发大规模停电事故。
2.3改善输电线路的特性及减小变压器的电抗改善输电线路的特性,主要是减小电抗。
输电线路的电抗占系统总电抗的比重很大,减小输电线路的电抗对提高电力系统的稳定性有着重要的作用。
减小输电线路的电抗,可从两个方面进行:一是提高输电线路的额定电压;二是改变输电线的传统结构,采用分裂导线结构,既可减小输电线的电抗,又可减小电晕损耗。
变压器的电抗在输电系统总电抗中比例虽不大,但在已采取减小输电线路电抗措施的超高压输电系统中,减小变压器的电抗,仍有一定的作用;如在超高压远距离输电系统中采用自耦变压器;对提高稳定性有良好的作用。
2.4改善继电保护和开关设备的特性继电保护和开关设备的特性,对能否快速地切除短路故障,提高系统稳定性有着决定性作用。
可以看出:加快对故障点的切除速度,可以减小切除角δc,这样,既减小了加速面积,又增大了可能的减速面积,从而提高了暂态稳定性。
切除故障时间包括继电保护动作时间和开关接到跳闸脉冲到触头分开后电弧熄灭的时间总和。
因此,减少短路切除时间,应从改善开关和继电保护设备特性着手。
图3 快速切除短路对暂稳态稳定的影响(a)不稳定(b)临界温度(c)不稳定减少故障切除时间对提高暂态稳定的效果,与短路故障的类型有很大关系。
图5为一双回路输电线路首端发生短路时,暂态稳定极限与切除时间的关系,从图5中可以看到缩短切除时间,可以提高暂态稳定性,且故障愈严重,效果愈显著。
如当切除时间从0.2 s减少到0.1 s,对于三相短路,Ptsc(暂态稳定极限)从45%提高到82%,而对于单相接地,则仅由94%提高到98%。
图5 自动重合闸的作用对于单相自动重合闸,在短路相被切除后,其它两相导线仍然带电,由于相电容耦合作用,被切除相仍然有相当高的电压,使电弧不易熄灭,同时,由于相间电容的作用,从非故障相经过相间电容到故障间再经过短路点到大地,形成电容电流通路,这便是潜供电流,当潜供电流超过一定值时电弧将不会熄灭,短路则成为永久性的。
因此在采用按相重合闸时,应针对具体情况,通过计算加以校核。
另外,为防止重合闸于永久性故障致系统再次受到短路冲击,恶化系统暂态稳定性,可采用重合闸后加速技术及智能型自动适应单相重合闸。
在合闸之前预测线路的故障是瞬时性还是永久性的,若为瞬时性,允许重合闸;若是永久性的,则将重合闸闭锁,避免使电力系统又一次受到故障的冲击,保证系统稳定。
2.5加强电网自动化管理采用并推广电网实时监控管理系统,加深对电力系统动态现象的直接认识,确保电力系统的稳定运行。
3采用附加装置提高电力系统的稳定性3.1输电线路采用串联电容补偿对于超高压远距离的输电线路,除了采用分裂导线减小其电抗外,还可利用电容器容抗与输电线路感抗相反的性质,在输电线路上串联电容器来补偿线路的电感,以提高线路的功率极限,提高系统稳定性。
3.2输电线路上并联电抗补偿并联电抗补偿是改善远距离输电系统运行特性的重要措施之一。
输电线路越长,电抗越大,容抗也越大。
输电线路电容产生大量的无功功率,在空载或轻载情况下可能引起线路末端电压过分升高,发电机可能产生自励磁等不允许的情况。
除此之外,还使发电机运行的功率因数升高。
要使系统电压保持在要求的范围内,发电机的电势将要降低,因而使电力系统功率减小,运行角度增大,对系统稳定运行不利。
为改善这种情况,在线路上并联电抗器吸收线路电容所产生的无功功率,使发电机的电势大大提高,运行功角减小,系统稳定性得到提高。
3.3变压器中性点经小阻抗接地变压器中性点的情况对发生接地短路时的暂态稳定有着重大的影响,对于中性点直接接地的电力系统,为了提高接地短路时的暂态稳定性,变压器中性点可经小阻抗后再接地,这样,短路时零序电流流过接地电阻时要消耗有功功率,其中一部分可由发电机来负担,使发电机输出的电磁功率增加,转轴上的不平衡功率减小,从而减小了发电机的相对加速度,提高暂态稳定性。
3.4发电机采用先进的动态电气制动装置因为水电厂调节阀门及水流的惯性较大,许多大型水电厂把电气制动作为一种提高暂态稳定性的重要措施。
如果应用适当的制动电阻以及控制其投入和切除的时间,可以消除发电机在暂态过程中的功率不平衡问题。
制动电阻投入越早,提高稳定性效果越好,而当发电机在第一振荡周期达最大角度时,应使制动电阻切除,太长的电气制动会使发电机回摆后在减速方向失去稳定。
以往的用高压开关进行投切的电气制动装置,由于受到开关固有的惯性、机械磨擦、灭弧时间等一系列因素的限制,不能准确、及时、灵活地投切制动电阻,从而限制了制动的作用。
随着电力电子技术的发展,把晶闸管用于控制电气制动,可以准确地控制制动电阻的投切时间,甚至用简单的相控方法就可以精确地控制制动功率,而且投切的次数不受限制。
随着计算机和远动技术的飞速发展,不仅在送端发电机处发生短路时采用微机检测控制的电气制动,装设在受端的微机对发生故障后的系统状态进行检测、综合分析后,通过远动装置来控制电气制动的投切,从而实现在受端发生故障时要求送端发电机使用电气制动保持暂态稳定的目的。
4结束语文中介绍了控制和提高电力系统运行稳定性可以采取的多种措施。
一方面是对电力系统的结构及其一次设备的接线方式和参数加以考虑;另一方面是根据不同的系统结构和运行要求采取附加的提高稳定的调节和控制措施。
无论采取哪种措施,除了考虑技术上实现的可能性之外,还应考虑经济上的合理性。
在实际应用中,应根据电网的实际情况,具体分析具体实施。