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博客

如何提高电力系统稳定性

已有 287 次阅读2014-7-18 10:41

电力系统在运行中失去稳定性是电力系统最严重的事故。为此,在电力系统的设计和运行中,当经过计算后发现系统的稳定程度不够高。就应该采取技术措施,保证电力系统的安全稳定运行。另外,一旦系统失去稳定,则应采取相应的措施,限制事故范围,减小由此带来的损失,并尽快恢复系统的正常运行。 

    电力系统稳定性分析应从静态稳定和暂态稳定两方面来进行。一般来说,静态稳定程度高的系统,暂态稳定性也要高一些。静态稳定性是指系统正常运行方式下维持其自身稳定的能力,一个系统在正常运行方式时都不能完全保持其稳定性,就更难保障受到大的干扰之后的稳定性即暂态稳定。所以为了提高系统静态稳定性,必须采取带有根本性的措施,即增加系统稳定储备,缩小电气距离。对于暂态稳定性来说,因为是考虑系统受到大的干扰后的稳定性,所以保持系统暂态稳定性比保持系统静态稳定性更难,措施相应多一些。我们分别从这两方面就提高电力系统的稳定的措施展开讨论。 

    一、提高静态稳定性的措施 

    电力系统静态稳定性是指电力系统受到某种微小的扰动且扰动消失后,不发生自激振荡后或非同期失步。自动恢复到原来运行状态的能力。 

    下面由简单系统功—角特性方程式可知,在传输功率一定的情况下,发电机可能的极限功率愈大,则静稳定极限也愈高,相应的静态稳定性能就愈好。而要提高静稳定极限则可以提高电源电势和受端电压。减小电抗。提高电源电势和系统电压,首先要求系统和发电机有足够的无功电源;而要减小电抗,就要增大电源容量。同时缩短发电机和系统之间的“电气距离”。 

    1、发电机采用自动调节励磁装置 

    当发电机不采用自动调节励磁装置时,空载电势Eq为常数,发电机的电抗为同步电抗Xd。当采用了自动调节励磁装置以后,发电机可以做到Eq'或者是Vg为常数。而Eq'为常数意味着Xd减小为Xd',而Vg为常数则意味着Xd将对系统稳定性不起作用。因此,发电机装设先进的自动调节励磁装置就相当于缩短了发电机和系统之间的“电气距离”。由于装设自动调节励磁装置价格低廉,效果明显,是提高静态稳定性的首选措施。 

    2、 减小线路电抗 

    减小线路电抗,加强系统之间的联系,可以提高静稳定极限,提高稳定程度。直接减小线路电抗可采用以下方法:1)、用电缆代替架空线;2)、采用扩径导线;3)、采用分裂导线。前面两种方法因投资过高或其他技术问题,尚难普遍实现。所以,直接减小线路电抗的方法主要是采用分裂导线。例如对于500kV架空线路,当采用单根导线时电抗大约为0.43Ω/km;采用三分裂导线时约为0.3Ω/km;电抗值下降了三分之一。因此,220kV及以上系统多采用分裂导线。 

    3、 提高线路额定电压等级 

    从功—角特性方程可看出,提高线路额定电压等级,可提高静稳定极限,提高静态稳定的水平。但提高电压等级需要增加投资,尤其需要系统有足够的无功电源。 

    4、 采用串联电容器补偿 

    串联电容器补偿可由于调压,也可以通过减少线路电抗来提高电力系统静态稳定性。在后一种情况下,应通过计算决定其补偿度。一般来说,补补偿度愈大,线路等效电抗愈小,对于提高稳定性有利。但补偿度过大时将出现一系列的问题:造成阻尼功率系数D为负,引起系统自发性低频振荡,容易是发电机产生自励磁,给继电保护运行造成困难,增大短路电流等。考虑以上因素,用于提高稳定性的串联电容器补偿的补偿度一般应小于0.5. 

    串联电容器补偿一般采用集中补偿。对于双电源线路装于中点,对于单电源线路装于末端。 

    5、 改善系统结构 

    改善系统结构,加强系统联系,可以提高电力系统稳定性。其方法有:1)、增加输电线路回路,减小线路电抗;2)、加强线路两端各自系统的内部联系,减小系统等效内抗;3)、接入中间电力系统,这样可将长距离输电线中间的电压维持恒定,相当于将输电线路分段,从而也减小了电抗;4)、在输电线路中间的降压变压器装设同期调相机,且同期调相机配有先进的自动调节励磁装置,可以维持其端电压,甚至变电站高压母线电压为恒定。这样,也相当于长距离输电线路的分段,减小了线路电抗。 

    二、提高暂态稳定性的措施 

    电力系统提高暂态稳定性是指系统在某个运行情况下,突然受到大的干扰后,能否经过暂态过程达到新的稳定运行状态或者恢复到原来的状态。但因运行的系统受到急剧的干扰后,将使发电机电励磁率和机械功率之间出现大的差额,这是导致系统暂态稳定破坏的主要原因。因此,提高暂态稳定性的措施,首先考虑缩短不平衡功率作用的时间,减小功率差额的临时性措施。 

    1、 快速切出故障 

    发生故障后造成转子轴上的功率差额即不平衡功率,将使转子加速,根据等面积定则,要使系统获得暂态稳定性,必须尽量减小加速面积,增大减速面积。这样才有可能使被加速了的转子回到同步速度,使系统恢复正常同步运行。而要减小加速面积,最直接的办法就是快速切除故障。快速切除故障的另一个积极作用是可以使电动机端电压迅速回升,减小了电动机失速停转的危险,提高了负荷运行的稳定性。为了实现快速切除故障,必须选用快速动作的继电保护装置和快速动作的断路器。


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