电力系统中自动调节系统对暂态稳定的影响研究

李建芳

[摘    要]电力系统在运行的过程中会受到内外多种突然的扰动，这些扰动会使得电力系统处于暂态过程中，在这个期间系统运行参数容易出现较大的变化，因此也会概念发电机输出功率这一参数量，最终影响电力系统运行。电力系统在出现扰动之后，系统动态的稳定性会发生变化， 在较短的时间内整个电力系统就会出现不良后果，造成人员伤亡和经济损失。电力系统在受到干扰后仍然可以恢复稳定运行状态。那么在这样初始状态和干扰状态被称作是暂态稳定。为了保证电力系统的稳定运行，文章就电力系统中自动调节系统对暂态稳定的影响及提高稳定性控制的措施进行探究。

[关键词]电力系统;自动调节系统;暂态稳定;影响;控制

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–02

Study on the Influence of Automatic Regulation System

on Transient Stability in Power System

Li Jian-fang

[Abstract]The power system will be subject to a variety of sudden disturbances inside and outside in the process of operation. These disturbances will make the power system in the transient process. During this period， the system operation parameters are easy to change greatly. Therefore， the parameter of generator output power will also be defined， which will eventually affect the operation of the power system. After the disturbance of power system， the dynamic stability of the system will change， and the whole power system will have adverse consequences in a short time， resulting in casualties and economic losses. The power system can still return to stable operation after interference. Then the initial state and disturbance state are called transient stability. In order to ensure the stable operation of power system， this paper explores the influence of automatic regulation system on transient stability and the measures to improve stability control.

[Keywords]power system; automatic regulation system; transient stability; influence; control

电力系统暂态稳定性是指电力系统在正常运行状态下突然遭受到较大干扰之后，能够过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来运行状态的能力。影响电力系统暂态稳定性的因素包含发电机、变压器、线路、大负荷、系统短路故障、系统段路故障等。电力系统中自动调节系统对电力系统暂态稳定性有着十分重要的影响。对原有系统电力系统运行模式的干扰和对电力系统稳定性的影响是电力系统暂态稳定运行的重要关键。也就是说，在一个特定电力系统运行方式相同或者干扰是短暂的，但是另外一个操作以及系统运行模式是不稳定的。文章以电力系统的运行为基本研究切入点，就电力系统中自动调节系统对暂态稳定的影响问题进行探究。

1 电力系统中自动调节系统的作用

在电力系统暂态稳定的初期阶段，會假设电力系统的机械功率恒定。这样设定的原因有两个：①电力系统自动调节系统的各个环节时间常数比较多，在不稳定状态的时候来不及反应系统状态变化。②电力系统中自动调节系统具备一定的失灵区。

2 电力系统暂态稳定

电力系统的暂态稳定性研究主要是指外界较大扰动变化对电力系统运行安全性和稳定性的一种影响性分析。 从电力系统的运行发展实际情况来看，在整个系统运作过程中能够影响系统安全和稳定的因素是有很多种的，伴随异常变化出现的扰动模式也是十分多样的。单一的扰动可以采取简单、常规的方式进行处理，在经过一系列的处理操作时候整个系统会回归到正常的继电保护和自动启动状态，系统稳定性基本上不会受到影响。

电力系统在运行过程中是不可避免的遭受到外界环境的影响，由此，在电力系统运行过程中暂态稳定水平是一种常态，静态稳定水平的状态基本上是不存在的。但是，在电力系统运行的过程中，静态稳定水平是保证电力系统长远、可持续运转发展的重要因素，只有能够保持静态的运转，才能够为电力系统的暂态稳定水平状态保持提供强有力的支持。不保持静态稳定，系统无法运行。

在某些特殊情况下，即遇到自然条件干扰之后，电力系统的安全性、稳定性将无法保障。电力系统的运行维护人员需要思考，面临这些影响，如何采取积极的措施来尽可能的减少外界因素对整个系统稳定运行的影响。电力系统稳定控制阶段示意图如图1所示。

3 电力系统中自动调节系统对暂态稳定的影响分析

3.1 自动调节励磁系统对暂态稳定的影响

3.1.1 自动调节励磁系统的作用

发电机暂态电在整个暂态过程中会保持恒定的状态，在运行的过程中忽略了对自动调节励磁装置的影响。系统曲线对于扰动后最初瞬间的表现比较精准，不管励磁是否调节，曲线在扰动之后都不会出现变化。在发电机故障消除之后，在多数情况下功率的变动都会处于一种收敛的状态，出现发散或者由于非线性因素出现的振荡一般会持续几秒到几十秒，这种稳定性被称作是动态稳定性。引起这种振荡的是快速励磁系统产生的负阻尼。为了能够提升系统的动态稳定，需要采取措施加大励磁系统产生的正阻尼扭矩，通过在励磁调节器中引入附加信号来看测量出发电机的转动速度和电功率的变化。 为了能够更好的分析暂态运动，需要在暂态运动过程中充分考虑发电机的电势变化，即关注自动调节励磁系统的作用。

3.1.2 自动调速系统的作用

原动机的机械功率PT会在整个暂态系统中保持恒定的状态，这样的考虑是根据调速系统存在失灵区提出的，因而每个环节上时间参数也会比较大。在调速系统发生动作时，系统的暂态稳定性可能已经遭受到破坏，如果没有遭受破坏也会从一个状态过度到另外一个运行状态。伴随调速系统性能的改善，失灵区域也会不断缩小，各个环节上的时间参数会减少。这个时候可以借助调速系统原有动力机械设备的功率来提升系统暂态稳定性。

3.2 计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析

在假设短路之后，励磁机的励磁电压会在强行励磁装置的作用下在最短的时间内提升到最大数值状态，这样的状态被界定为计及励磁机的暂态过程，在整个系统运行的时候不会计算励磁电路的饱和状态。发电机待求解微分方程包含4个，分别是励磁机的微分方程、励磁绕组微分方程以及两个发电机转子运动方程。

在具体实施操作的时候这4个微分方程需要密切联系，彼此关联来计算出最终解。在四个微分方程中所牵扯到的变量，彼此之间能够形成一种代数关系，借助曲线就能够判定出电力系统是否处于平稳的运行状态。

4 发电机异步运行时遇得到的问题

（1）发动机在异步运行时的时候会从系统中吸取大量的无功功率，在这个期间如果电力系统无功功率储备不充分，就会降低整个电力系统的电压水平。

（2）电力系统运行的过程中一些地方的电压会处于较低的状态，在这个地方会丧失大量的负荷。由于震荡中心以及周围电压周期性的降低到临近数值，这些地区的电动机会出现失速、停顿、脱离系统的现象。

（3）电力系统处于异步运行时，电压、电流会处于不稳定的状态，状态严重的情况下会引起保护装置的误动作，最终会加大电力系统的事故。

5 提升电力系统发电机异步运行暂态稳定性的措施

5.1 加强对快速切除故障的应用

电力系统暂定稳定问题一般会出现在的电厂的配出线上。快速切除故障则是提升线路暂态稳定的一个重要措施，也是保障电力系统稳定运行的重要基础条件。结合电力系统的运行原理，通过快速切除故障能够增加制动能量面积，由此会提高电力系统暂态稳定性和极限送电功率水平。

当前结合我国电力系统运行实际情况，能够达到最快故障切除时间不统一。其中，近端故障的切除时间不能够超过0.1 s，远端故障的切除时间在0.1～0.12 s。

5.2 自动重合闸

在电力系统运行中，自动重合闸的作用不仅仅在于能够恢复因为故障断开的线路，而且在连续故障的情况下还能够保证电力系统的安全性、完整性，避免电力事故的扩大。①合理选择重合闸的时间。自动重合闸操作的目的是保障电力系统的运行稳定恢复电力，因此，自动重合闸时间的选择要能够提高重合在故障没有消除线路上的稳定性。不管是怎样形式的重合闸操作状态，故障无法及时消除，电力系统的运行稳定、运行安全也就无法得到保障。为了能够及时消除故障干扰，在电力系统运作的时候需要相关人员充分考虑和衡量整个电力系统的运行情况，综合考虑外界各个因素对电力系统运行的影响。②220kV线路的重合闸方式。220kV线路一般采用三相重合闸方式。在发生接地故障时，一侧会先跳开，另外一侧会在零序电流的保护作用下来在第一时间切除故障，实现对电力系统的保护。③500 kV线路的重合闸方式。500 kV线路传输的功率占系统容量的比重大，在运行过程中，单相瞬时故障是常见的电路故障。基于线路的特点，维护线路安全运行的有效措施是单相重合闸。

5.3 提升发电机输出的电磁功率

快速励磁一直是一种提高暂态稳定的常用措施。在弱传输系统中如果对故障的切除时间做出了明确的规定，则可以选择快速励磁的暂态稳定方式。在采用快速励磁的时候如果配出线路出现了短路故障，则需要相关人员及时向发电机的转子回路提供达到极限状态的励磁电压。在整个电力系统运行故障被解除之后，发电机系统的电压会在第一时间恢复到常态化的状态，甚至整个系统的数值还会超过额定的数值，由此经过这样的变化影响，电力系统的暂态稳定水平得到提升。

5.4 减少原动机输出的机械功率

（1）系统失去稳定后的运行过程。发电机和系在失去同步之后，受功角增大的影响，系统同步功率也会随着时间的变化逐渐减小。

（2）受原本动力机械设备机械功率的变化影响，在发电机运转功率剩余之后则是会进一步加速发电机的转子运动，在发电机前后运行速度不一致的情况下会使得其发出的功率也表現出不一致的情况。发电机发出的异步功率会和以往动机的机械功率达到一种平衡的状态，最终会进入稳定的异步运动状态。

在发动机受到扰动之后回线断路器会突然断开，在这个期间，转差率、异步功率会达到一种平均的状态。在扰动之后的开始阶段，转子会经历加速和减速的运行变化，其转差率会出现较小的波动，这个阶段称作同步振荡阶段。在减速面积不大的情况下，角超越过5点之后转子会进入加速运动的阶段，转差率也会不断增加。原动机机械功率在调速器的作用下逐渐减少，发电机会进入到稳态异步的运行状态。

6 结束语

文章结合实际就电力系统中自动调节系统对暂态稳定的影响问题进行了探究，并提出了提高电网暂态稳定性的措施。综合比较各措施，发现快速励磁方式的作用受限比较明显，即只有在极弱的联络线上传输较大功率时。快速励磁才能显出一定效果，快速励磁对暂态稳定的作用表现在其能够增加制动面积，但是很难快速励磁很难其他暂态稳定方式可能带来的效果相比较。因此，在提高电网暂态稳定性工作中，需要相关人员在未来加强对快速励磁方法的进一步研究。

参考文献

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