电力系统稳定性研究

2018-03-19苏磊

现代工业经济和信息化 2018年18期

苏磊

（南京南瑞继保工程技术有限公司，江苏南京 211000）

1 电力系统稳定性的基本概念

在电力系统中，每个同步发电机必须处于同步运行状态，以确保在某一阶段输送的电力是固定值。同时在总体的电力系统中各个电力节点的电压和电力支路的功率潮流也都是某一额定范围内的定值，这就是电力系统的所谓稳定运行状态。与之不同的，如果电力系统中各个发电机之间难以保持足够的同步率，那么发电机输出的全功率系统和功率支路的各个节点的电功率和电压将发生非常大的波动[1]。如果电力系统中的发电机不能恢复同步运行，则电力系统不再处于稳定状态。电力系统的具体稳定性包括以下内容。

1.1 电力系统中的静态稳定

电力系统中的静态稳定性是当电力系统在特定操作模式中经受一些微小干扰时发生的稳定性问题。如果电力系统受到瞬态干扰，则在干扰丢失后，电力系统可以恢复到原始运行的原始状态;在永久性小扰动的影响下，在电力系统经历了一个瞬态过程之后，可以实现新的稳态电力系统运行状态，称为静态稳态。

1.2 电力系统中的暂态稳定

电力系统在其相应的、正常的运行方式中，在受到了外界的一些较大的干扰后，就会经历机电暂态，进而恢复到原始的电力系统稳态运行方式，又或者达到新的电力系统稳态运行方式，那么就认为此时的电力系统在这种运行方式下属于暂态稳定。

1.3 电力系统中的动态稳定

在一些大规模互联电力系统中，干扰的全部影响有时可在其发生一段时间后反映出来。在事故发生之前，这些干扰对整个电力系统稳定性的影响是不可预测的，这要求电力系统具有很大程度的动态稳定性。下图1为电力系统的运行状态。

图1 电力系统运行状态图

2 电力系统稳定性的具体内涵

在我国工业的电力实际应用中可以得知，电力系统的稳定性从本质意义上讲，其实就是一种电力系统的基本特性，电力系统的稳定性能够在基础上保证电力在正常的实际运行条件下处于稳定的平衡状态，电力系统的稳定性对于各个电力企业的生产运营作业起到了重要的作用。一旦电力系统的稳定性发生了缺失便很难再保证电力系统基础的正常稳定运行，电力系统稳定性的缺失会为电力系统带来很多故障，比如系统瓦解、停电等电力系统异常现象。随着我国信息技术的飞速发展，各种电子技术在工业发展中已经得到了广泛的普及，这些电子技术已经深入渗透到人们的日常生产与生活当中，如果电力系统的稳定性遭到破坏，将会带来一系列更加棘手且严重的损失甚至事故[2]。

3 电力系统稳定性的重要意义

我国现阶段的经济模式中经济发展的速度日益加快，对于电力的需求量也日益加大并且逐渐趋于多元化、多样化，电力系统的建设是在各个工业领域发展建设中的基础建设，是我国国民经济不断增长的实际基础，是我国进行现代化经济发展的工业发展命脉。最近几年中我国的电力消耗不断增加，经过科学预计，到“十二五”时期的经济发展阶段，我国的电力需求还会逐年地上升大约百分之十，在加上我国经济建设发展中电力系统规模的不断扩大和系统结构的不断复杂化，电力系统在现阶段发展中突出的不确定性也使发生电力事故的概率不断增加，给人民群众生活水平、工业化生产以及国民人身财产安全带来很大的损失。所以如果要维持我国经济在新时代经济发展模式的高速发展，就必须要建立满足现代化发展需求的、稳定的电力系统，需要注意的首要问题就是要保证电力系统的稳定正常且安全的运行。我国现阶段电力系统模式如下图2。

图2 电力系统模式图

电力系统具有复杂性和非线性特征，它的不确定动态行为使电力系统会不断出现混沌振荡和频率崩溃的现象，甚至出现电压崩溃现象。这三种现象就是在工业领域实际应用中电网系统不稳定的典型特征，也是现阶段在工业领域应用中电网事故的三大最主要的原因。

1996年美国的两大电网——西北、西南电网合并互联时，就曾经发生过一些异常的振荡现象，在短时间内频繁发生混沌振荡，共计平均每分钟发生了六次混沌振荡，从而直接导致了两大电网的解列。1996年5月28日11点57分我国的华北电网发生了一起非常罕见的电力系统振荡事故，振荡一共持续了1 min 46 s，造成了处于张家口地区的两座火力发电厂突然停电——沙岭子电厂（4×300 MW）与下花园电厂（2×100 MW+200 MW)全面停电，最后直接导致该区域的大部分生产生活区域停电，这就是严重的、被称为“5.28”的严重华北电网事故。通过上述案例就可以充分得知，广大电力工作者们必须在工程和技术上对电力系统的稳定性进行充分的重视和关注。

4 提高电力系统稳定性的措施实例

以烟台电视台电力系统为例，烟台电视台的电力系统如果按照它的使用性质分类的话，属于一级的重要负荷。如果现在有二路高压进线，四台低压变压器同时为烟台电视台的各个负荷进行供电。如果它的电力系统运行中出现了不稳定的电力系统事故，将会影响、波及到很多方面的信号传输，后果是非常严重的。由此可以得知，防止电力系统的稳定性造成破坏，并且争取不造成电力系统瓦解和长时间的大面积停电，这是烟台电视台电力系统基础运行中的重要任务，以下为此种情况提出相应的建议，在其他电力系统稳定性维持中也可以进行充分的借鉴。

4.1 在电力系统高压侧使用自动互投

在电力系统中采用高压侧自动互投的方法，可以保证在进行双路高压电源的供电时，其中一路的高压电源发生某些故障时自动由另一路的高压电源转为向下端变压器提供相应的电源，从而避免造成长时间的停电事故。烟台电视台的配电室一贯采用双回路的高压进线，两路电源分别属于不同的开闭所并且每路高压进线都直接连接着两台变压器。在电力系统正常运行时，两路高压母线都是带电的，它们分别给各自所连接的变压器进行供电，断开了中间的母联开关联络。然而电力系统中一旦有一路高压电源失去电流，二次系统会马上判断出其中一路高压进线电源发生了故障，发出警报的同时母线联络刀闸也会自动合闸，所属的四级变压器将改变为由另一路的高压电源进行供电。

4.2 在电力系统中的低压侧采用手动互投

在电力系统中采用低压侧手动互投，可以有效保证变压器在发生故障时会由另一台正常运行的变压器成为故障变压器的电力负荷并进行电源的提供。同时，也可以根据相应的负荷容量，对不重要的负荷进行有选择的切断，保证其中一些重要负荷的基础供电。

4.3 在电力系统中负荷侧采用互投配电箱

互投配电箱也就是一台配电箱含有二路进线电源，也就是主路电源和备路电源，可以有效保证当一路进线电源发生失电时，配电箱下端的电力负荷能够持续有电。

而对于一些重要负荷，比如如播出、发射机房的一系列用电设备等，烟台电视台在电力系统中都采用了相应的互投配电箱。通过进行电器控制，互投配电箱一般具备一下的功能：在进行正常运行时，两路进线的电源都是带电的，并由主路来提供电源，一旦发生主路失电的现象，电力系统就会自动由备路来提供电源；当主路恢复其供电，配电箱的控制系统就会自动切断相应的备路电源，改变为由主路提供相应电源;而备路一旦发生失电现象时就由主路供电，而备路恢复其供电时依旧由主路负责继续的后续供电。