電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概述

1、 山東容弗新信息科技有限公司【容弗知道】電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定1、 暫態(tài)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)考慮大擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，是暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。迄今為止，各國(guó)電力系統(tǒng)仍然利用發(fā)生規(guī)定擾動(dòng)這樣的決定性方法來(lái)判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。實(shí)際發(fā)生過(guò)的系統(tǒng)大擾動(dòng)模式多種多樣。有的由于多種異常狀態(tài)同時(shí)或相繼出現(xiàn)而使整個(gè)擾動(dòng)模式極為復(fù)雜，而普遍地規(guī)定用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的考核的擾動(dòng)方式，則極為簡(jiǎn)單。例如。最常用的是單一的某電力元件無(wú)故障突然開(kāi)斷以及因短路故障斷開(kāi)等，同時(shí)認(rèn)為相應(yīng)的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作正確。擾動(dòng)可按擾動(dòng)嚴(yán)重程度和出現(xiàn)概率分為三類(lèi)：第I類(lèi)，單一故障（出現(xiàn)概率較高的故障）：a.任何線路單相瞬時(shí)接地故障重合

2、成功；b.同級(jí)電壓的雙回或多回線和環(huán)網(wǎng)，任一回線單相永久故障重合不成功及無(wú)故障三相斷開(kāi)不重合，任一回線三相故障斷開(kāi)不重合；c.任一發(fā)電機(jī)跳閘或失磁；d.受端系統(tǒng)任一臺(tái)變壓器故障退出運(yùn)行；e.任一大負(fù)荷突然變化；f.任一回交流聯(lián)絡(luò)線故障或無(wú)故障斷開(kāi)不重合；g.直流輸電線路單極故障。第II類(lèi)，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低的故障）:a.單回線單相永久性故障重合不成功及無(wú)故障三相斷開(kāi)不重合；b.任一段母線故障；c.同桿并架雙回線的異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時(shí)跳開(kāi)；d.直流輸電線路雙極故障。第III類(lèi)，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低的故障）:a.故障時(shí)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)；b.故障時(shí)繼電保護(hù)、自

3、動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)；d.自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置失靈；e.多重故障;f.失去大容量發(fā)電廠；g.其他偶然因素。這塊目前國(guó)內(nèi)也越來(lái)越重視，穩(wěn)定規(guī)定導(dǎo)則里面提到，但是具體分類(lèi)沒(méi)有這么多，省級(jí)調(diào)度運(yùn)行方式對(duì)這塊校核也不夠，但以后應(yīng)該會(huì)有這方面的預(yù)案。校核暫態(tài)穩(wěn)定，只需要按照規(guī)定的故障形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程計(jì)算，當(dāng)判定在擾動(dòng)去除后系統(tǒng)可以達(dá)到新的或恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，就可以認(rèn)為滿足了要求，而不必再考慮其他額外的裕度。這是因?yàn)樵谟?jì)算過(guò)程中已隱含了足夠的安全裕度，如下（本文不涉及具體怎么計(jì)算，畢竟我們也是用BPA之類(lèi)的軟件計(jì)算）：作為慣例，進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，要求選擇在實(shí)際可能的最為不利的一系列運(yùn)行方式，在最不利的地點(diǎn)發(fā)

4、生金屬性短路故障，按給定的故障切除時(shí)間(正常情況下總是略大于實(shí)際值)等所有不利條件的組合作為前提條件。顯然，必然較之實(shí)際情況嚴(yán)格，而具有較大的安全性。作為設(shè)計(jì)與生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性校核，總是忽略短路電流中的直流分量所產(chǎn)生力矩的影響，進(jìn)一步使短路故障形態(tài)下的校核結(jié)果偏于保守。暫穩(wěn)措施目前采用的主要有切機(jī)、切負(fù)荷、解列聯(lián)絡(luò)線；電氣制動(dòng)、快關(guān)氣門(mén)、直流調(diào)制等措施應(yīng)用較少。2）提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的一次措施串補(bǔ)：串聯(lián)電容補(bǔ)償，這個(gè)之前無(wú)功那塊提到過(guò)，但是那不是主要的，其主要作用還是暫態(tài)穩(wěn)定方面，至于串補(bǔ)如何提高暫態(tài)穩(wěn)定性和增加線路輸送極限的內(nèi)容，教科書(shū)上都有就不提了，近年來(lái)用的比較多的可控串補(bǔ)后續(xù)

5、部分再說(shuō)，其他和串補(bǔ)相關(guān)的有以下幾點(diǎn)：串聯(lián)電容補(bǔ)償只適用于送端和受端兩端系統(tǒng)都比較強(qiáng)大的情況。此時(shí)線路阻抗占有整個(gè)聯(lián)絡(luò)阻抗的主要成份，因而對(duì)它實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償能顯著減少到系統(tǒng)的綜合阻抗，以取得提高送電容量的效益。但采用串聯(lián)補(bǔ)償也有一些特殊的問(wèn)題。例如，如果采用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度較大，將使傳統(tǒng)的作為基本保護(hù)的距離保護(hù)的正確動(dòng)作發(fā)生困難，而不得不采取特殊措施;串聯(lián)電容間隙非對(duì)稱(chēng)擊穿，將影響零序電流保護(hù)的正確和有效動(dòng)作;串聯(lián)補(bǔ)償站本身和對(duì)串聯(lián)電容的保護(hù)也是特殊問(wèn)題，近年來(lái)開(kāi)發(fā)的氧化鋅閥片用作串聯(lián)電容的過(guò)電壓保護(hù)，不但可以減化結(jié)構(gòu)，還能比較好地充分發(fā)揮串聯(lián)電容在故障切除后加強(qiáng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的作用;而如果在汽輪

6、發(fā)電機(jī)組的高壓配出線路上采用串聯(lián)補(bǔ)償，則必須研究和采取措施防止發(fā)生次同步諧振的可能性。所謂次同步諧振，即當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)接在經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮旊娤到y(tǒng)時(shí)，如果電系統(tǒng)的串聯(lián)諧振額率Fe和發(fā)電機(jī)組軸系的某一扭振頻率Fm對(duì)運(yùn)行頻率(例如50Hz)接近互補(bǔ)的話(Fe+Fm=60Hz)，則電系統(tǒng)將與發(fā)電機(jī)組軸系機(jī)械系統(tǒng)間相互交換振蕩能量，使振蕩逐漸增大直至機(jī)組軸損壞。而對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于相聯(lián)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，機(jī)械部分的反作用極小。因而不致發(fā)生次同步諧振問(wèn)題。其他的一次措施，比如中間并聯(lián)補(bǔ)償、增加開(kāi)關(guān)站、增設(shè)線路，但都沒(méi)有串補(bǔ)來(lái)的普遍。3）提高暫態(tài)穩(wěn)定水平的二次自動(dòng)措施實(shí)際工程中，二次措施

7、在提高暫穩(wěn)水平上，更為有效?？焖偾谐收舷到y(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，主要出現(xiàn)在電廠的配出線上。而快速切除故障，則是提高線路暫態(tài)穩(wěn)定性的最有效措施，它也是其他安全自動(dòng)措施得以發(fā)揮作用的前提條件。電力系統(tǒng)原理上，即快速切除故障，增大制動(dòng)能量面積，增加系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。在一般的系統(tǒng)情況下，加速切除故障對(duì)提高極限送電功率水平的作用。隨電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電廠在系統(tǒng)中所處位置而異，但可以認(rèn)為，它對(duì)于要求傳輸大功率的長(zhǎng)距離線路，效果特別突出。我國(guó)電力系統(tǒng)的實(shí)踐說(shuō)明，有的系統(tǒng)僅加速了電廠出口附近的短路故障切除時(shí)間，就取得了保持三相短路后的暫態(tài)穩(wěn)定性:有的系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)丶涌旃收锨谐龝r(shí)間的同時(shí)，取消了原來(lái)需要的電氣制動(dòng)，同樣取得了良

8、好的暫態(tài)穩(wěn)定效果。對(duì)于弱受端系統(tǒng)（受端系統(tǒng)較少。聯(lián)系比較松散)，縮短輸電線路的故障切除時(shí)間、更可以獲得較大暫態(tài)穩(wěn)定效益，某些情況下，你把故障切除時(shí)間從0.12S縮短到0.1s，可以代替切100MW負(fù)荷的效果。所以故障極限切除時(shí)間，也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)工程中需要關(guān)注的內(nèi)容。在我國(guó)現(xiàn)有條件下?？赡苓_(dá)到的最快故障切除時(shí)間是多少，近端故障的切除時(shí)間將不大于0.1s，而遠(yuǎn)端故障切除時(shí)間則為0.1s或0.12s。根據(jù)需要，還可以做到近端故障不超過(guò)0.08s。具體的故障切除時(shí)間，國(guó)網(wǎng)的工程要按照國(guó)家電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)規(guī)范里面規(guī)定的值來(lái)分析。自動(dòng)重合閘自動(dòng)重合閘的重要作用、不僅在于恢復(fù)因故障斷開(kāi)的線路，更是在連

9、續(xù)故障情況下保持系統(tǒng)完整性、避免擴(kuò)大事故的重要手段。1977年的第二次紐約大停電，是多回線連續(xù)故障引起的。在事故過(guò)程中，一問(wèn)345kV電源線路因合閘角的整定過(guò)小(為了減少對(duì)1000MW機(jī)組的沖擊)而拒絕自動(dòng)重合閘與禁止手動(dòng)合閘。否則，也許這次造成重大社會(huì)損失的系統(tǒng)大停電事故就可能避免，事后不久。就把該合閘角改大了。自動(dòng)重合閘的一些問(wèn)題：1） 合理選用重合閘時(shí)間：可以顯著地提高重合于故障未消除線路上時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。具體分析還是和制動(dòng)能量面積有關(guān)，教科書(shū)內(nèi)容就不詳述。不論是單相的或三相的重合閘，當(dāng)重合到故障未消除的線路上時(shí).將顯著地減低系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，而采用最佳重合閘時(shí)間的單相或三相重合閘，即使重

10、合到故障未消失的線路；對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定水平將不會(huì)有較大的惡劣影響。與不進(jìn)行電合閘的情況基本相近。分析結(jié)果說(shuō)明，重合時(shí)間可以按最大送電功率情況考慮最佳條件整定。一般地說(shuō)，傳輸重負(fù)荷時(shí)，初始角大，故障后的搖擺周期較長(zhǎng):而在同樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件下，傳輸輕負(fù)荷時(shí)，初始角較小，故障切除后的搖擺周期變短。因而在較輕的傳輸負(fù)荷情況下，滿足最佳重合時(shí)間的重合閘時(shí)間將變短。計(jì)算結(jié)果證實(shí)，即使在輕負(fù)荷時(shí)偏離最佳重合間較多，一般也無(wú)礙于系統(tǒng)的最終穩(wěn)定。2）220kV線路的重合閘方式：220kV網(wǎng)絡(luò)較為緊密，一般采用三相重合閘方式，這種方式好處甚多，如重合閘裝置本身簡(jiǎn)單可靠，繼電保護(hù)的整定配合比較方便。發(fā)生接地故障時(shí)，一側(cè)

11、先跳開(kāi)后，另一側(cè)往往可能由零序電流保護(hù)相繼快速切除故障，起到部分高頻保護(hù)的作用等。實(shí)際系統(tǒng)中的大環(huán)網(wǎng)或重負(fù)荷單回線上，才宜于按需要整定單相或三相快速重合閘。在這樣特殊的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式下，當(dāng)線路發(fā)生單相或多相故障，如果任其斷開(kāi)而不進(jìn)行重合閘。系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。而如果線路只是短時(shí)斷開(kāi)，依靠成功的快速重合閘使電網(wǎng)得以快速恢復(fù)原來(lái)的正常接線，則可能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。對(duì)于這種情況，采用重合時(shí)間滿足需要的快速重合閘，當(dāng)然是合理的。但如果重合到故障尚未消除的線路上、系統(tǒng)失去穩(wěn)定則是無(wú)疑的，這時(shí)只好依靠后備措施來(lái)中止振蕩、或者切機(jī)、切負(fù)荷等防止失去穩(wěn)定。3）500kV線路的重合閘方式：由于500kV線路傳

12、輸?shù)墓β收枷到y(tǒng)容量的比重大。以及線路故障仍以單相瞬時(shí)故障占大多數(shù)，而保持這些線路安全運(yùn)行的有效措施應(yīng)是采用單相重合閘。和220kV線路不同，在500kV線路上采用單相重合閘必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題是，故障點(diǎn)能否快速自滅?。ㄖ行渣c(diǎn)小電抗）。切機(jī)方案保持電電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性的最根本前提，在于保證線路的傳輸能力總是大于系統(tǒng)通過(guò)它傳輸?shù)淖畲蠊β?。所以線路發(fā)生故障引起傳輸能力不足時(shí)，必須切機(jī)，才有可能保持系統(tǒng)的繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。無(wú)論國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)，都已把水電廠切機(jī)作為常用的對(duì)付上述問(wèn)題的一種有效手段，并早已取得成功的經(jīng)驗(yàn)。而火電廠切機(jī)則未見(jiàn)廣泛采用。發(fā)揮切機(jī)的作用，另一關(guān)鍵問(wèn)題是希望在故障發(fā)生后盡快可能加速切機(jī)時(shí)

13、間，切得愈慢。效果愈差、等到其他機(jī)組已步入失穩(wěn)邊緣，再切機(jī)也無(wú)濟(jì)于事了。為了加速切機(jī)時(shí)間，最好動(dòng)作于動(dòng)作快的機(jī)組變壓器側(cè)高壓斷路器，而不是低壓側(cè)慢動(dòng)作的發(fā)電機(jī)斷路器。另外，為了快速降低火電機(jī)組的功率，快關(guān)汽門(mén)是一個(gè)好辦法。合理調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行接線加強(qiáng)受端系統(tǒng)、適當(dāng)分散外接電源，不但是建設(shè)一個(gè)安全穩(wěn)定電網(wǎng)所需遵循的原則，在有條件而又需要的情況下，也不失為運(yùn)行系統(tǒng)一種重要的穩(wěn)定措施。由遠(yuǎn)方電源送來(lái)主要電力的系統(tǒng)條件。這種系統(tǒng)運(yùn)行接線的穩(wěn)定問(wèn)題，往往由于受端母線電壓因缺少本地電源支持，在故障后系統(tǒng)的功率搖擺過(guò)程中，不能保持有較高水平；更可能在搖擺過(guò)程中受端母線電壓因電壓崩潰而不斷下降，造成受端電源與外地

14、電源間失步。在運(yùn)行系統(tǒng)中改善這種不穩(wěn)定現(xiàn)象的辦法之一是，將受端系統(tǒng)中的停運(yùn)機(jī)組改調(diào)相機(jī)運(yùn)行，以增大受端母線短路電流水平，從而使受端母線能在搖擺過(guò)程保持較高電壓。而更為有效的措施則是盡可能設(shè)法將遠(yuǎn)方電源分開(kāi)，讓這些電源支路直到受端系統(tǒng)母線處才并聯(lián)運(yùn)行。這樣，當(dāng)任一送電支路發(fā)生故障，其他的電源支路，都將作為受端系統(tǒng)電源對(duì)受端母線電壓提供支持，保證受端電壓得以處于較高水平，從而顯著地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。切集中負(fù)荷切集中負(fù)菏，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行頻率，可以減輕某些電源線路的過(guò)負(fù)荷、可以提高受端電壓水平，因而都有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是集中切負(fù)荷對(duì)用戶的影響太大，而且由于遠(yuǎn)方控制可能帶來(lái)的誤操作，更加劇了它的副作用，因而使用時(shí)要慎重。減少和避免誤切負(fù)荷的可行辦法之一，是增加被切負(fù)荷的某種參量(例如電壓降低)的就地判別監(jiān)控，只有當(dāng)本地的判別元件動(dòng)作而又收到遙切命令時(shí)才執(zhí)行?？焖賱?lì)磁快速勵(lì)磁一直是一種提高暫態(tài)穩(wěn)定的常用措施。在弱傳輸系統(tǒng)中、在規(guī)定的故障切除時(shí)間下?？焖賱?lì)磁對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定條件下的線路極限傳輸功率很有好處，具體效果視具體條件而定。采用快速勵(lì)磁