加强电力系统安全稳定性的措施研究

国网安徽省电力有限公司芜湖市繁昌区供电公司 尹荣侠

目前，我国的发电企业正专注于对电网运行稳定性进行深入理论分析，并已经进行了大量的实践研究，取得了显著的研究成果。然而，电网具有复杂的非线性特性，涉及高维度的问题，因此要精确分析电网情况需要投入相当长的时间和精力。只有通过精确量化的分析，我们才能够有效地维护电网的安全运行。因此，为了实现这一目标，发电企业需要首先了解和分析可能导致电网故障的根本原因，并采取适当的解决措施，以消除潜在因素对电网正常运行的干扰。

1 电力系统的稳定性概述

电力系统在正常运行过程中，发电机所输出的功率与原动机所输入的功率应该是平衡的，发电机处于同步运行的状态。若变化着的转速上下摇摆，在一段时间之后可以恢复至运行的状态，此时可以称系统为稳定的状态；相反，若转速在偏离之后无法恢复至同步运行，这时称系统为非稳定状态。因此，想要确保电力系统正常运转，一定要使电力系统处于稳定状态，才可以使电能不断地流向用户与企业。同时根据问题的不同需要进行分类，确保电力系统维持在稳定的状态。电力系统在不稳定的状态下，根据其物理特性可以分成频率稳定与功率稳定等。

1.1 静态稳定性

静态稳定性是电力系统工程中的关键概念是指电力系统在正常运行状态下，面对外部扰动或负荷变化，系统能够在一定时间内自行恢复到一个新的平衡状态，而不会导致失稳。这个新的平衡状态涉及电力系统中发电机和负载之间的功率平衡，确保了电能的持续供应。为了评估静态稳定性，工程师使用多种方法，其中特征值分析法是最常用且广泛适用的方法之一。这种方法通过分析系统的特征值（eigenvalues）来评估电力系统的稳定性。当电力系统受到瞬态影响时，特征值分析可以帮助确定系统是否能够在影响消失后恢复到之前的运行状态。另外，对于长时间的小干扰，特征值分析可以用于判断系统是否会进入一个新的稳定状态，这种被称为静态稳定。通过这些分析方法，电力系统工程师能够更好地理解系统的稳定性，确保电力系统在各种情况下都能可靠地运行[1]。

1.2 暂态稳定性

当前电力系统对暂态稳定性进行分析主要有两种手段，一种是直接法，另一种是时域仿真法，直接法就是暂态能量函数法。这种方法是通过系统能量转化来对稳定性进行分析，所以可以很快分析出系统的状态，直接法具有很多优势，主要是计算速度比较快，可以提供稳定度指标，然而直接法也具有一定的弱点，比如由于采取的是比较复杂的模型，无法保证直接法的速度，因此模型的适用性比较差。时域仿真法，通过数值积分的方式可以计算出各大系统状态的摇摆轨迹，并按照机组的功角来对暂态稳定性进行判断，是当前对于暂态稳定分析最科学的方法，其具有一定的优势，主要是可以对复杂的模型与开断操作进行充分的考虑，而且准确性比较高，分析的结果比较稳定，可以按照摇摆曲线对电力系统的稳定性进行判断，计算的周期比较长，会影响计算的速度[2]。

2 提高电力安全稳定运行水平的措施

2.1 优化电网潮流分布

电网潮流分布的优化是电力系统运行中的一个重要课题，特别是随着我国整体经济水平的提升和电力需求的不断增长。这一过程需要更好地管理电力系统中的潮流，以确保供电的质量和可靠性。

2.1.1 背景和需求

随着社会的发展和电力需求的不断增加，电力系统扮演着至关重要的角色。然而，电力系统的承载能力是有限的，而且在某些地区电网建设滞后，导致了负荷过大和电流分布不均匀的问题。这些问题对电力系统的安全性和稳定性构成了挑战。第一，电力需求的逐年增长导致了负荷过大的现象，特别是在经济发展较快的地区。电力系统原本设计用于满足一定范围内的负荷，但负荷的急剧增加可能导致电网过载，影响电力供应的质量和稳定性。这需要采取措施来平衡负荷分布，确保各地区都能获得足够的电力供应。第二，一些地区采用了高低压电磁环网，这种运行方式可能导致220kV 联络线受电源穿越功率的影响超过了正常标准。这会影响电网的稳定性，甚至可能引发电力系统的故障。因此，需要对电网的运行方式进行优化，以减轻电源穿越功率对电网的不利影响，提高电力系统的可靠性。

2.1.2 环网运行方式

环网运行方式是一种电力系统的操作策略，特别适用于处理电网潮流不均匀分布的情况。这种方式的关键目标是平衡不同变电站之间的负荷，以确保潮流在电网中更加均匀地分布，从而提高电力系统的稳定性和可靠性。在采用环网运行方式时，首要考虑的是确保220kV 变电站母线电流在正常范围内。如果电流处于正常范围内，可以有效地将不同变电站连接在一起，形成一个环状结构，使电流可以在环内流动。这有助于分担负荷，减轻某些区域的电流负荷，同时确保其他区域的供电质量。通过环网运行方式，电力系统可以更好地适应负荷的变化，提高电网的供电水平和稳定性。需要注意的是，环网运行方式需要仔细地规划和管理，以确保各个变电站之间的电流分布得以控制和调整。此外，系统运行员需要实时监测电网的状态，以便在需要时采取适当的措施来维持环网的运行[3]。

2.1.3 调节联系阻抗

调节联系阻抗是电力系统中关键的优化策略，旨在改善电流的分布和供电水平。这一方法通过调整电阻性连接的参数，如电阻值或电感值，来控制电流的流向。通过增加或减少阻抗，可以引导电流流向负荷较重的地区，以减轻过载问题，同时确保其他地区也能得到足够的电力供应。这有助于提高电网的稳定性和可靠性，确保电力系统能够满足不断增长的电力需求。调节联系阻抗需要密切结合电力系统规划和电气设备调整，以实现最佳效果，从而确保电网能够在各种情况下保持安全运行。

2.1.4 适时解环

在电力系统中，环网连接是一种电路结构，可以在一些情况下提供额外的电抗。然而，当电网短路电流超出规定的限制时，这些额外的电抗可能会导致系统的失稳和运行问题。适时解环的核心思想是在关键时刻解开环网连接，从而减小电路中的电抗，降低系统的阻抗，使电流能够更自由地流动。这有助于避免电网短路电流超出安全范围，减轻电路的负荷，提高电网的安全性和可靠性。然而，适时解环需要精确的计划和执行，因为在某些情况下，解环可能会影响电网的稳定性。因此，这一决策需要在电力系统工程师充分考虑各种因素的基础上进行，以确保在必要时采取行动，使电力系统稳定运行[4]。

总之，电网潮流分布的优化对于确保电力系统的稳定运行至关重要。采用合适的运行方式、调节联系阻抗等方法可以帮助平衡电网中的潮流，提高供电水平，确保电力系统能够满足日益增长的电力需求，同时维持电网的安全和稳定。这些措施需要与电力系统规划和管理紧密结合，以实现最佳效果。

2.2 提高电网相关自动化装置的投运率

我国在科技领域取得了重大突破，为发电企业的电网建设提供了强大的技术支持。先进的自动化技术已经被广泛应用，这些技术有助于优化电网的运行方式。自动化装置包括自动电压控制系统、自动发电量控制系统，如图1所示、一次调频系统、智能故障指示器，以及监测系统等，这些装置有效地确保了电网的安全运行。然而，一些发电厂未完全投入自动化装置，导致这些装置无法充分发挥作用。为了解决这一问题，相关供电单位需要及时制定完善的监督和管理机制，以确保先进的自动化装置能够正常投入运行。

图1 自动发电量控制系统

2.3 加快智能电网的建设

智能电网的建设在电力系统领域具有重要意义，其汇聚了先进的通信技术、信息化技术、计算机技术、传感测量技术和控制技术，为电力系统带来了革命性的变革。第一，智能电网能够实现多种技术的融合，使电力系统更加智能化和高效化。通过实时监测和数据分析，电力系统可以动态调整，根据用户需求进行供电，从而提高供电的可靠性和质量。第二，智能电网还有助于合理配置电力资源，减少能源浪费，提高资源的利用效率。这意味着电力可以从不同来源分配到需要的地方，使能源分配更加灵活和高效。

智能电网的另一个关键优势是提高电力系统的安全性。通过智能监测和响应，电力系统可以快速检测和应对故障，自动切换和恢复操作，以确保电力供应的连续性。这对于应对突发情况至关重要，如自然灾害或设备故障。同时，智能电网也有助于满足环保要求和提高电能品质。通过更好的管理和控制，电力系统可以减少能源浪费，减少对环境的不利影响，并提供更稳定的电能品质，以满足现代社会对可持续性和环保的需求。

然而，智能电网的建设还需要伴随着相关制度体系的完善。这包括政策、法规和标准的制定，以确保智能电网的可持续发展和合规运行。此外，安全性也是智能电网建设的重要考虑因素。必须采取措施来保护智能电网免受网络攻击和恶意干扰的影响，以确保电力系统的安全运行。

2.4 减小电抗，提升电力系统的输送能力

在电力系统中变压器的电抗起着非常重要的作用。特别是对于电机电抗很小的输电系统。可以对变压器的电抗进行减少，从而使电力系统更加稳定。当前，超高压的输电系统，在远距离输送时已经采用了自耦变压器。其不仅可以节约原材料，成本比较低，而且电抗非常小，所以非常有利于提升电力系统的可靠性。不过在自耦变压器时还需要注意一些问题，如高压困难、短路电流增大等方面的问题。对输电线路进行不断完善，可以有效地减少电抗。在电力系统中总电抗中的输电线路电抗占有很大的比重，所以要想使输电线路的电抗得到减少，可以使电力系统的安全性与可靠性得到稳定增长。使线路中的电抗得到有效减少，需要从两个方面着手：一方面是升高输电线路里的电压值；另一方面是对输电线路结构进行有效的调整与改变，可以通过分裂导线，来减小电路中的电抗，还可以有效地减少电路中的损耗。虽然在电力系统中，变压器电抗在总电抗中所占的比例不大，然而通过减小电抗的方法，应用于超高压的输电线路中，有利于变压器电抗的减少，具有一定的成效。在超高压与远距离的输电线路中，应用自耦变压器，有利于电力系统安全性与可靠性的提升[5]。

3 结语

通过对加强电力系统安全与稳定性措施的研究，可以提高电力系统的可靠性和稳定性，在面临各种挑战和风险时能够及时作出相应措施，保障电力供应的安全和持续性。然而，电力系统的安全与稳定性仍面临一系列工程实践和技术创新的问题，未来的研究方向应当集中于智能化、自适应、可控制的新能源与传输技术，以应对不断发展的电力系统需求。