电力系统稳定探讨

许钢 李娅 杨帆

摘要：安全稳定控制系统是提高电网输送能力、保证电网安全稳定运行的重要手段。要达到其目的必须有相关的标准、原则制约；确定符合我国电力系统实际情况的安全稳定控制系统设计原则已是当务之急。本文提出的有关原则，能起到应有的作用。

关键词：电力系统 稳定 措施

中图分类号：TM7文献标识码： A

引言：我国电力系统正进入快速发展时期，但随着电网的进一步扩展许多安全问题也随之产生，因为电网越大，技术就越复杂，事故可能发生的范围也就越大。所以在保证实现大电网具有大规模输送能量、备用容量小、效率高、成本低的同时，更要注意对电力系统安全的保障，定时检修，有问题及时维修。

一、提高电力系统的稳定性的重大意义

电力系统是由发电、供电和用电设备组合在一起的一个整体,各设备之间相互关联,某一个设备运行情况变化(如参数改变、发生事故等),都会影响到其他设备,有时甚至会波及整个电力系统。因此,当电力系统的生产秩序遭受扰乱时,系统应能自动迅速消除扰乱,继续正常工作,这就是电力系统应该具备的稳定运行能力。这种能力的大小取决于系统结构，设备性能和运行参数等多方面的因素。如果超过稳定运行能力的限度,电力系统就会失去稳定,发电机就不正常发电,用户就不能正常用电,并且引起系统运行参数的巨大变化,往往会造成大面积停电事故,会使生产停顿,生活混乱,甚至危及人身和设备的安全,给国民经济造成极大损失。可见电力系统稳定运行是关系安全生产的重大问题。

电力系统稳定分为两类:静态稳定和动态稳定。静态稳定是指发电机在稳定状态运行时,经受某种极其微弱的干扰后,能自动恢复到原来运行状态的能力,其恢复到原来运行状态的能力用静态稳定储备系统来衡量。电力系统具备静态稳定性是正常运行的基本条件。动态稳定是指电力系统受到大的干扰时,如大容量负荷突然切除、发生短路故障等,能从原来的状态迅速过渡到新的运行状态,并在新的状态下稳定运行的能力

二、影响电力系统稳定的主要原因

1.负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。

2.切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较重要的线路等引起了大的扰动。

3.电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。

三、提高电力系统稳定性控制方法

电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中，电压不稳定、电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。

1.对送电系统的控制

（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。

（2）改善原动机的调节特性：我们根据发电机功角变化对于再热式轮机可以采用快速调节轮机汽门与带有微机控制和带有功角检测仪的高速系统来消除故障后发电机输入以及输出功率之间的不平衡，交替关、开快速汽门，以缩短振荡时间，提高暂态稳定。

（3）快速操作汽阀（快关）：当系统受到较大干扰时，输出的电磁功率突变，这时，如果原动机的调节装置非常的准确、灵敏和快速，使得原动机自身的功率能跟上相应的变化的电磁功率，则能极大让系统稳定性得以提高[2]。

（4）切机：提高系统暂态稳定的基本措施包括减小原发电机大轴不平衡功率。方法有两个一个是减少原发动机的输入功率，第二个是增大发电机发出的电磁功率，当系统有充足的备用电机时，我们同时切除故障线，同时切除部门联锁发电机，这样就能有效的增大系统稳定性。

2.采用附加装置提高电力系统的稳定性

（1）在输电线路串联电容：利用电容器容抗和输电线路感抗性质相反的特点，在输电线路中串联电容补偿线路中的电感来提高超高压远距离输电的功率极限，从而起到提高系统稳定的作用。

（2）在输电线路中并联电抗：改善远距离输电系统稳定性的重要措施之一就是将电抗并联到输电线路中。因为随着输电线路长度的增加，产生的电抗就会越大，随之容抗也会变大，而增加的电容则会给线路带来大量的无功，当线路负荷较轻情况下，线路中大量的无功会造成线路末端电压过高。为改善这种情况，我们将电抗器并联到输电线路上来吸收由长距离线路所产生的大电容造成的无功功率，这样，可以减小发电机的运行功角，提高发电机的电势从而提高长距离输电系统的稳定性。

（3）将变压器中性点改为小阻抗接地：电力系统发生接地短路情况时产生的暂态稳定和变压器中性点接地情况有着重要的联系。为了提高中性点直接接地系统的稳定性，我们利用电流流过阻抗会消耗有功功率原理将系统中变压器的中性点改为经小阻抗接地，这样系统短路时产生的零序电流经过变压器中性点小阻抗后消耗有功这就增加了发电机的输出电磁功率，减小了发电机转轴上存在的不平衡功率，进而提高了系统的暂态稳定。

三、保证电压稳定的两种控制措施

通常保证电压稳定性，一般可以采取两种控制措施：预防控制和紧急控制。根据约束条件是否满足，电力系统运行可分为正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态（电压崩溃）和恢复状态。

1.预防控制。在系统进入电压警戒状态时进行，主要通过在系统运行于稳定边界时，设定无功校正装置的动作整定值，以及校正现场控制器的可控变量，将系统运行点拉回到稳定区域。

2.紧急控制。是在紧急状况下，系统已经处于电压失稳的过程中，采取的用以防止电压崩溃的措施。基于对电力系统中电压失稳的危害分析，电压崩溃所造成的后果最为严重，所以，对其的防治措施的探讨也最有意义。电压紧急控制，是保证电压稳定防止电压崩溃的主要手段。在以前，电力系统中常用的电压稳定控制措施，是无功补偿法，但是由于电压无功问题本身所具有的局域性质，以及在紧急控制中对于算法实时性的要求，电压紧急控制不宜采用全网集中优化控制的方法。

3.无功补偿

常用的电力系统无功补偿包括并联电容器组,SVC,STATCOM等。

(1)机械投切的并联电容器。电容器的过度使用在特定的扰动下会恶化无功功率的不平衡,是电压崩溃的一个诱因。由于并联电容器的无功出力与端电压的平方成正比,当扰动后电压下降很大时,会导致电容器的无功出力大幅度降低,不利于电压的恢复。因而,采用并联投切电容器组进行无功补偿,在紧急情况下其作用有限。

(2)SVC和STATCOM。这是目前电压稳定研究中,采用的最多的动态无功补偿设备,大量文献的研究结果表明,这些设备的使用可以有效提高系统的电压稳定性。在SVC结构中,滤波电路用来滤除高次谐波,其对于基波呈容性。SVC可以设计成对称或不对称方式运行(指容性和感性调节容量),而STATCOM总是以对称方式运行。SVC和STATCOM的主要区别在于超过其控制范围后的特性,这时的SVC和STATCOM分别相当于一个并联电容和一个恒流源。

总结：随着我国电力系统的高速发展，超高压电网以及特高压电网已经被投入运行，电力系统的电压稳定性问题更加引起人们的重视，人们对电网可靠性和供电质量的要求也在不断提高，因此对电力系统的电压稳定性进行分析具有着极其重要的实际意义。电力系统电压稳定问题的分析方法主要有静态分析法和动态分析法。静态分析法主要是通过系统潮流方程进行理论上的分析，而动态分析法则是通过各种仿真软件来进行更加直观的的分析。

参考文献：

[1]孙德俭,电力系统电压稳定研究[D],山东大学,2008(09).

[2]孟祥萍.电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]陈怡，等.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]李永明,电力系统中电压稳定及控制技术的探讨,装备制造技术,2010(03).