電力系統(tǒng)穩(wěn)定性措施

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性措施第一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日本章框架元件參數(shù)附加裝置措施運行條件第二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日19-1提高穩(wěn)定性的一般原則一一般原則二措施第三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日盡可能地提高電力系統(tǒng)的功率極限抑制自發(fā)振蕩的發(fā)生盡可能減小發(fā)電機相對運動的振蕩幅度一、一般原則第四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日1改善電力系統(tǒng)基本元件的特性和參數(shù)原動機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)，變壓器，輸電線路，開關(guān)設(shè)備，補償設(shè)備等基本元件特性和參數(shù)的改善二、措施第五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日2采用附加裝置提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性裝設(shè)專門用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的附加裝置。輸電線路設(shè)置中間開關(guān)站輸電線路采用串聯(lián)電容補償FACTS裝置對發(fā)電機實行電氣制動第六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日3改善運行方式及其它措施合理選擇電力系統(tǒng)接線方式和運行方式正確安排潮流提高系統(tǒng)運行電壓故障切機、切負荷第七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日19-2改善電力系統(tǒng)基本元件的特性和參數(shù)一改善發(fā)電機及其勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性二改善原動機的調(diào)節(jié)特性三減小變壓器的電抗四

改善繼電保護和開關(guān)設(shè)備的特性五改善輸電線路的特性六采用直流供電第八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日一、改善發(fā)電機及其勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性減小發(fā)電機的電抗可以提高系統(tǒng)的功率極限和輸送能力。需要加大定、轉(zhuǎn)子間的氣隙，增大發(fā)電機的尺寸，提高發(fā)電機制造成本。1發(fā)電機Xd，X'd，Xq第九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日增大發(fā)電機的尺寸，增加材料消耗和造價。增大TJ可以減小a，減小擾動后轉(zhuǎn)子相對動能的變化量，有利于提高暫態(tài)穩(wěn)定。2慣性時間常數(shù)TJ第十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高系統(tǒng)功率極限和擴大穩(wěn)定運行范圍有很好的作用。發(fā)電機應(yīng)盡可能地裝設(shè)的自動勵磁調(diào)節(jié)器。改善發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，也是提高穩(wěn)定性的重要措施3、改善勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)第十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日大干擾后的第一個搖擺周期內(nèi)，可以認為原動機基本恒定。二改善原動機的調(diào)節(jié)特性關(guān)閉快速汽門裝置，使不平衡轉(zhuǎn)矩達到最小，加快振蕩的衰減。第十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日P0快速調(diào)節(jié)汽門的作用第十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日在超高壓遠距離輸電系統(tǒng)中，廣泛采用自耦變壓器。三減小變壓器的電抗變壓器的電抗在系統(tǒng)總電抗中占有相當(dāng)?shù)谋戎?。自耦變壓器?dǎo)致短路電流增大，繼電保護和調(diào)壓的困難增大第十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日四改善繼電保護和開關(guān)設(shè)備的特性1快速切除故障，增加減速面積，減小加速面積在超高壓遠距離輸電線上快速切除故障對于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有著決定性的意義，它可以減小加速面積，增加減速面積。故障切除時間＝繼保動作時間＋觸頭分開＋消弧a)故障切除時間第十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日減少短路切除時間，應(yīng)從改善開關(guān)和繼電保護這兩個方面著手。繼保高頻或差動保護，動作時間為0.02-0.04s空氣開關(guān)的動作時間為0.06-0.08s總動作時間為0.08-0.12s第十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日不穩(wěn)定穩(wěn)定極限情況b)切除時間對暫穩(wěn)的影響第十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日c)暫態(tài)穩(wěn)定極限功率當(dāng)短路地點、短路類型及短路切除時間給定時，剛好保持暫態(tài)穩(wěn)定時所能輸送的最大功率，稱為暫態(tài)穩(wěn)定極限PTs1。P0PTs1第十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日d)傳輸功率極限與切除時間的關(guān)系1三相短路2兩相短路接地3兩相短路4單相接地短路3第十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日2自動重合閘由開關(guān)設(shè)備自動重新投入輸電線路，稱之為自動重合閘。由于架空輸電線上大多數(shù)短路都是暫時性的，所以在輸電線上廣泛采用自動重合閘來提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。第二十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日jX'djXT1jXLjXT2jXLjXDjXDjX'djXT1jXT2jXL自動重合閘對暫態(tài)穩(wěn)定的影響PII單回路雙回路PII第二十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日電力系統(tǒng)中大多數(shù)是瞬時性單相短路故障，因此一般不需要把三相都切除，而只需切除故障相，然后再進行重合閘，這樣可以更好的提高暫態(tài)穩(wěn)定。這對單回路輸電線路有特別重要的意義。第二十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日單相重合閘的作用PII切除三相切除故障相PII第二十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日簡單電力系統(tǒng)中，用標(biāo)幺值表示的功率極限：五改善輸電線路的特性改善輸電線路的特性，主要是減小它的電抗。遠距離輸電線路的電抗，將近占系統(tǒng)總電抗的一半。1提高輸電線路的額定電壓第二十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日其中：與輸電線路的額定電壓無關(guān)與輸電線路的額定電壓關(guān)系不大與額定電壓的平方成反比第二十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日第二十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日VN增大，Pm增大；VN→∞，Pm→EV/a，相當(dāng)于XL=0；電壓升高，設(shè)備的投資增大。VN大到一定值后，Pm變化不大；可見第二十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日2采用分裂導(dǎo)線架空線路采用分裂導(dǎo)線可以減少輸電線路的電抗和電暈損耗。所以，超高壓遠距離輸電線絕大多數(shù)采用分裂導(dǎo)線。第二十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日以500kV輸電線為例：導(dǎo)線電抗(W/km)單導(dǎo)線0.422分裂0.323分裂0.304分裂0.294分裂時的電抗比單根下降31%。超過4分裂后，電抗的下降效果已不顯著，反而使線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資提高。第二十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日六采用直流輸電通過直流輸電相聯(lián)系的兩大系統(tǒng)間，不存在同步并聯(lián)運行的穩(wěn)定問題。利用直流輸電的快速調(diào)控能力來提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第三十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日19-3采用附加裝置提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性一輸電線路采用串聯(lián)電容補償二輸電線路的并聯(lián)電抗補償三輸電線路設(shè)置開關(guān)站四中繼同步調(diào)相機五變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地六發(fā)電機采用電氣制動第三十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日串聯(lián)電容以減小線路的等值電抗，這種做法稱為串聯(lián)電容補償。一輸電線路采用串聯(lián)電容補償?shù)戎惦娍篂閂1P1+jQ1V2R+jXjXc串聯(lián)補償度第三十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日補償度選擇：2考慮繼電保護正確動作。電容器的容抗，應(yīng)小于該線路的感抗。3考慮其他技術(shù)問題。補償度過大，會引起發(fā)電機的自勵磁、自發(fā)振蕩以及次同期諧振等異常情況。1考慮經(jīng)濟性。補償度增大，容量增大，投資增大。補償度一般不超過0.5。第三十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日二輸電線路的并聯(lián)電抗補償QcGV1V2-jBL/2jXLjXTjXd空載或輕載：電容電流引起線路末端電壓升高，功率因數(shù)升高。為了保持系統(tǒng)電壓V2，必須降低發(fā)電機的電勢Eq。第三十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日為了保持P不變，必須增大δ0。由公式運行角度增大，對保持系統(tǒng)穩(wěn)定是不利的。0Pe第三十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日GV1V2-jBL/2QcjXLjXTjXd在線路上并聯(lián)接入電抗器來吸收線路電容所產(chǎn)生的無功功率，這便是并聯(lián)電抗補償。第三十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日降低發(fā)電機的功率因數(shù)。Eq增大，運行功角減小，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高。GV1V2第三十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日三輸電線路設(shè)置開關(guān)站切除一回線路：切除部分線路：阻抗增加減小第三十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日開關(guān)站選擇開關(guān)站的數(shù)目愈多，故障后線路阻抗增加愈少，對穩(wěn)定性是有利的。過多地建設(shè)開關(guān)站在經(jīng)濟上是不合理的。輸電線路300~500km：一個開關(guān)站輸電線路500~1000km：2~3個開關(guān)站第三十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日在降壓變電所中裝置適當(dāng)容量的同步調(diào)相機，以提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸送能力。這些同步調(diào)相機稱為中繼調(diào)相機。四中繼同步調(diào)相機第四十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日VaVb各段電抗值均小于總電抗值，功率極限大大提高。第四十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日中繼調(diào)相機可以提高輸送能力，增大功率極限同步調(diào)相機響應(yīng)速度較慢，運行維護較為困難，而且價格昂貫，其應(yīng)用范圍正逐漸縮小。中繼調(diào)相機在無功功率平衡，以及調(diào)節(jié)、減少無功在線路上的流動，從而減少功率和能量損耗、改善沿線電壓分布等方面，都有好的作用。第四十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日五變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地為了提高接地短路時的暫態(tài)穩(wěn)定，在中性點直接接地的系統(tǒng)中變壓器中性點可經(jīng)小阻抗接地。f點發(fā)生單相接地故障，未加RgfGT-1LT-2VRgRgjXLjX'djXT1jXT2jXLjZΔ第四十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日Zff0變大GT-1LT-2VfRgRgjXLjXT1jXT2jXL3Rg3Rgf0ZD變大ZII變小PmII變大，功率極限提高了，有利于暫態(tài)穩(wěn)定。f點發(fā)生單相接地故障，加Rg第四十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日接地電阻的選擇：電阻過小，消耗功率太小，作用不大；電阻過大，消耗功率太大，可能使發(fā)電機在第二個搖擺周期失去穩(wěn)定。電阻值以4%左右為宜。第四十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日六發(fā)電機采用電氣制動輸電線路上發(fā)生短路故障后，如在遠方發(fā)電廠盡快投入一接于發(fā)電機端的專用電阻，消耗一部分有功功率，可以增加發(fā)電機的電磁功率，產(chǎn)生制動作用，因而達到提高暫態(tài)穩(wěn)定的目的，這種方法稱為電氣制動，接入的電阻稱為制動電阻。制動電阻的采用與阻值大小，投入時間有很大關(guān)系。第四十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日短路發(fā)生時，繼保裝置向制動電阻的開關(guān)發(fā)出合閘脈沖。向?qū)嵺`控制器發(fā)出脈沖，經(jīng)過一段時間后時間控制器發(fā)出跳閘脈沖，制動電阻切除。制動時間：制動電阻投入到切除的時間間隔，制動電阻作用的時間。第四十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日制動容量：ΔPbN=V2N/Rb制動電阻接入電壓在暫態(tài)過程中變化，實際的制動功率也是變化的。制動能量額定制動容量和制動時間的選擇和配合。第四十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日正常運行在a點短路瞬間到a→b點c點切除故障c→→d減速面積Aefri<加速面積Aabcde失去暫態(tài)穩(wěn)定PIPIIIPIIabcdefriPδ第四十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日f點加入電氣制動f點投入電氣制動f點→→g點（P'III）減速面積Aefghi=加速面積Aabcdeh點對應(yīng)δmax若在h點切除電氣制動，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。gfhabcdeP'IIIiδmax第五十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日若制動時間過長，由h點→g→j→kk點切除故障k點→l點（PIII）發(fā)電機轉(zhuǎn)速已經(jīng)低于同步速度，功角繼續(xù)減小，由m點確定最小角度Ahij=AjklmngfhabcdeP'IIIiδmaxjklmn第五十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日m點開始第二個搖擺周期，沿PIII變動加速面積Amne可能大于減速面積Aefri，工作點越過r點失去穩(wěn)定。gfhabcdeP'IIIiδmaxjklmnr第五十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日19-4改善運行條件及其他措施

一正確制定電力系統(tǒng)運行參數(shù)的數(shù)值

二合理選擇電力系統(tǒng)的運行接線

三切除部分發(fā)電機及部分負荷

四高壓直流輸電功率的快速調(diào)節(jié)

五減少系統(tǒng)穩(wěn)定破壞帶來的損失和影響第五十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日(1)正確地規(guī)定輸電線路的輸送功率值一正確制定電力系統(tǒng)運行參數(shù)的數(shù)值(2)提高電力系統(tǒng)運行電壓水平(3)盡可能使遠方發(fā)電廠多發(fā)無功功率(4)利用調(diào)度自動化系統(tǒng)提供的信息及時調(diào)整運行方式第五十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日二合理選擇電力系統(tǒng)的運行接線LB1B2B1、B2投入：并聯(lián)接線方式B1、B2斷開：分組接線方式遠方發(fā)電廠向系統(tǒng)中心輸電第五十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期日三切除部分發(fā)電機及部分負荷但是，水輪發(fā)電機由于水錘現(xiàn)象不允許快速關(guān)閉導(dǎo)水翼。因此，當(dāng)與遠方水電廠相聯(lián)的輸電線路送端發(fā)生短路故障，而使大量功率送不出時，可以在切除短路時