輸電系統穩定性分析-重慶大學版電力系統(第2版)-資料下載頁

　　

【正文】 措施主要有三方面：①改善電力系統基本元件的特性和參數；②采用附加裝置提高電力系統穩定性；③改善電力系統運行方式及其他措施。 出版社 電子系統 78 改善基本元件的特性和參數 原動機及其調節系統、發電機及其勵磁系統、變壓器、輸電線路、開關設備和保證電力系統無功平衡的補償設備，都是電力系統的基本元件。這些基本元件的特性和參數對電力系統的穩定性有直接的重要影響。因此，可以通過改善這些基本元件的特性和參數來提高系統的穩定性。 （ 1）改善發電機及其勵磁調節系統特性 發電機本身的參數主要是指發電機的電抗 Xd,X′d ， Xq，電磁時間常數 T′d0和慣性時間常數 TJ等。發電機的電抗在系統總電抗中所占比重很大。因此，減小發電機電抗可以提高系統的功率極限和輸送能力。發電機的慣性時間常數對暫態穩定有著重要的影響。發電機的相對加速度為 α =ωNΔ PaTJ，增大TJ可以減小相對加速度 α ，從而減小發電機受擾動后轉子相對動能的變化量，有利于提高暫態穩定。 出版社 電子系統 79 現代電力系統的發電機無一例外地都裝設有自動勵磁調節器。所指發電機的特性就包括其勵磁調節系統的特性。發電機裝設自動調節勵磁器后，可以大大提高功率極限。這是因為，隨著發電機機端電壓 UG的下降，勵磁調節器將增大勵磁電流，使發電機電勢 Eq增大，直到端電壓 UG恢復或接近整定值 UG0。當發電機裝設比例式勵磁調節器時，可保持暫態電勢 Eq′ 為常數，這相當于將發電機的電抗 Xd減小為暫態電抗 X′d 。如果按運行參數的變化率自動調節勵磁，則可以維持發電機的端電壓 UG等于常數。 自動勵磁調節對改善暫態穩定性也有明顯作用。當系統發生故障而使發電機的端電壓低于 85％～ 90％額定電壓時，強行勵磁裝置將迅速而大幅度地增加勵磁電壓，減小 E′q 的衰減程度，從而提高系統的暫態穩定性。強行勵磁的效果與強勵倍數。 出版社 電子系統 80 （ 2）快速關閉汽門（改善原動機調節特性） 輸電系統受到大干擾后，發電機輸出的電磁功率會突然變化，而原動機的功率幾乎不變。故很難滿足要求。因此，提出了原動機故障調節的設想，即根據故障情況快速關閉汽門，快速地調節原動機功率，以增大可能的減速面積，從而保持系統的暫態穩定性，如圖 10 31（ a）所示。目前在汽輪機上使用的快速動作汽門，可在 50%以上的功率，提高暫態穩定極限約20%~30%。為了減小功角的振蕩幅度，可以在功角開始減小時重新開啟汽門，就能在第一次振蕩的后半周期使減速面積減小 S123，從而減小功角的振蕩幅度，如圖 （ b）所示。實際應用中，可根據發電機功角的變化情況交替關、開快速汽門。 出版社 電子系統 81 圖 快速調節汽門的作用 （ 3）減小變壓器電抗 變壓器電抗在系統總電抗中占有相當的比重。特別是對于發電機電抗較?。ㄈ缬袆畲耪{節的發電機用暫態電抗 X′d 表征時）、輸電線路已采取措施減小其電抗后的超高壓輸電系統。 出版社 電子系統 82 （ 4）改善繼電保護和開關設備特性 快速切除短路故障，對于提高電力系統暫態穩定性有著決定性的意義。由等面積定則可知，快速切除故障既減小加速面積，又增大減速面積，從而可提高系統的暫態穩定性。如圖 ，若在 δ 2切除故障，由于加速面積大于減速面積，系統將失去穩定；而若能在 δ 1切除故障。 圖 快速切除故障對暫態穩定性的影響 出版社 電子系統 83 暫態穩定性的影響輸電系統中的短路故障大多是由閃絡放電造成，是暫時性的。在切斷故障線路并經過一段電弧熄滅和空氣去游離的時間之后，短路故障便完全消除。這時，如果將線路重新投入系統，它便能繼續正常工作且有效增大可能的減速面積。 圖 自動重合閘的作用 出版社 電子系統 84 采用按相重合閘應特別注意的問題是，在短路相被切除后，其他兩相導線仍然帶電。由于相間電容的耦合作用，被切除相仍然有相當高的電壓，使電弧不易熄滅；同時由于相間電容的作用，從完好相經過相間耦合電容到故障相再經過短路點到大地，形成電容電流的通路（如圖 ）。 圖 線路電容產生的潛供電流 出版社 電子系統 85 （ 5）改善輸電線路特性 改善輸電線路的特性，主要任務是減小其電抗。輸電線路的電抗在系統總電抗中所占比例較大，特別是遠距離輸電線路，有時可達系統總電抗的一半。因此，減小輸電線的電抗對提高系統的功率極限和穩定性有著重要的作用。目前常采用的方法有：串聯電容補償、采用分裂導線、提高輸電線路的電壓等級等。其中，串聯電容補償需要增加設備，將在后面介紹。 輸電線路的額定電壓是影響輸送能力的重要因素。 （ 6）采用直流輸電 直流輸電是將發送端的交流電經升壓整流后，通過超高壓直流線路送到接收端，經逆變成交流后再送入接收端交流系統。 出版社 電子系統 86 采用附加裝置 （ 1）采用串聯補償電容 在輸電線路上串聯接入靜電電容器可減小線路的等值電抗、提高功率極限，其電抗由原來的 XL減小到 (XL－ XC)，即利用電容器的容抗補償線路的感抗。采用此方法要解決的關鍵問題是采用多大的補償度。補償度（ KC）是指串聯電容器的容抗與線路感抗之比的百分數，即 KC=XCXL 100%。補償度過大，可能產生過電壓、繼電保護誤動、次同步諧振、鐵磁諧振等問題。通常的經濟補償度約為 25%～ 60%。 （ 2）發電機電氣制動 電氣制動是當系統發生短路故障后，在送端發電機上投入電阻以消耗發電機發出的有功功率（即增大電磁功率），從而減小發電機轉子上的過剩功率，達到提高系統暫態穩定性的目的。投入的電阻稱為制動電阻。 出版社 電子系統 87 采用電氣制動提高系統暫態穩定性時，制動電阻的大小及其投切時間要選擇得恰當，以防欠制動或過制動。 圖 電氣制動 （ a）系統接線圖； (b)功率特性 出版社 電子系統 88 （ 3）變壓器中性點經小電阻接地 變壓器中性點經小電阻接地的情形如圖 。短路時，零序電流通過接地電阻 Rg時要消耗有功功率，因而使發電機輸出的電磁功率增加，轉子軸上的不平衡功率減小，從而減小發電機的相對加速度，提高系統的暫態穩定性。與電氣制動類似，必須合理選擇中性點接地電阻的大小。 圖 變壓器中性點經小電阻接地 (a)系統接線圖； (b)零序網絡； (c)短路時的復合序網 出版社 電子系統 89 （ 4)設置中間開關站 對雙回路的輸電線路而言，切除故障一回路后，線路阻抗將增大一倍，故障后的功率極限將降低很多，這對暫態穩定和故障后的小干擾穩定都不利。特別是超高壓遠距離輸電線的阻抗占系統總阻抗的比例很大，這影響就更大。 改善運行條件 （ 1）正確制定電力系統運行的參數 對運行中的電力系統，在制訂運行方式和調度管理時，應正確規定系統的運行參數，以保證和提高電力系統的穩定性。主要從以下幾方面考慮： ①正確規定輸電線路的輸送功率值。 ②提高電力系統運行的電壓水平。 ③利用調度自動化系統提供的信息及時調整運行方式。 出版社 電子系統 90 （ 2）切除部分發電機和負荷 切除部分發電機對暫態穩定的影響，如圖 。雖然這時等值發電機的電抗也增大了，使功率特性略有下降。 圖 切機對暫態穩定的影響 出版社 電子系統 91 （ 3）系統解列、異步運行和再同步 合理采用各種措施之后，可以大大提高系統運行的穩定性，但不能保證破壞系統穩定的事故絕對不發生。因為可能出現未能預料的嚴重事故，甚至是多重事故，使系統仍有可能失去穩定。 如果系統穩定的破壞不是由發電機本身的故障而引起的，可以考慮允許因穩定破壞而轉入異步運行的汽輪發電機繼續留在系統中工作，并采取措施促使發電機恢復同步運行。 當個別汽輪發電機因勵磁系統的故障而失磁時，只要故障不危及發電機組的繼續運行且系統中無功電源充足，也可以不立即切除失磁的發電機而讓它在系統中短時間異步運行，待勵磁系統故障消除后，重新投入勵磁，使它恢復正常的同步運行。 出版社 電子系統 92 小 結 本章首先給出了電力系統運行穩定性的概念；再以簡單輸電系統為例，導出了同步發電機幾個假設條件下的電磁功率特性，即發電機的有功功率的功角特性。接著根據發電機功角特性曲線上平衡點的分析結果，得出了簡單系統小干擾穩定的判據，即 dPedδ 0，以及儲備系數的概念。 本章還介紹了提高交流輸電系統穩定性的一般原則和措施，如：采用自動調節勵磁裝置；減小線路電抗；快速汽門控制；電氣制動、變壓器中性點經小電阻接地；快速切除短路和自動重合閘等。 出版社 電子系統 93 附錄 Ⅰ 網絡變換的基本公式 出版社 電子系統 94 附錄 Ⅱ 短路電流周期分量計算曲線數字表 出版社 電子系統 95 出版社 電子系統 96 出版社 電子系統 97 出版社 電子系統 98 出版社 電子系統 99 出版社 電子系統 100 出版社 電子系統 101