C提高稳定措施电力系统湖南大学

1、1第十九章第十九章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施19-1 19-1 提高稳定性的一般原则提高稳定性的一般原则 19-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数19-3 19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性19-4 19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施219-1 19-1 提高稳定性的一般原则提高稳定性的一般原则1 1、 尽可能地提高电力系统的功率极限尽可能地提高电力系统的功率极限PPem=EV/X=EV/X 提高提高GG的的E E、减小系统、减小系统 X X、提高和稳定系统电压、提高

2、和稳定系统电压 V V1 1、改善系统基本元件的特性和参数、改善系统基本元件的特性和参数 原动机及原动机及GoverorGoveror、GG及及AVRAVR、Trans.Trans.、LineLine、BreakerBreaker、补偿设备、补偿设备 等等2 2、采用附加装置提高电力系统稳定性、采用附加装置提高电力系统稳定性 快速保护和快速保护和ZCHZCH、中间开关站、串联电容补偿、中间开关站、串联电容补偿、FACTSFACTS、GG的电气制动的电气制动3 3、改善电力系统运行方式及其他措施、改善电力系统运行方式及其他措施 合理的网络接线方式、正确的潮流分布、提高系统运行电压；合理的网络接线

3、方式、正确的潮流分布、提高系统运行电压； GG的短时异步运行和再同步、切机、切负荷、解列的短时异步运行和再同步、切机、切负荷、解列一般原则：一般原则：2 2、 抑制自发振荡的发生抑制自发振荡的发生 增加系统阻尼增加系统阻尼AVRAVR的类型选择和参数整定的类型选择和参数整定 (fe. PSS)(fe. PSS)3 3、 尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度 减小减小G G 轴不平衡功率、减小转子相对加速度、轴不平衡功率、减小转子相对加速度、 减少转子相对动能变化量减少转子相对动能变化量原则措施：原则措施：注意：注意：技术上的可行性、经济上的合理性技术上的可行性、

4、经济上的合理性319-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数一、改善发电机及其励磁调节系统的特性一、改善发电机及其励磁调节系统的特性1 1、减小发电机电抗、减小发电机电抗xxd d 在输电系统在输电系统 X X 中占很大比重中占很大比重( (与输电距离有关与输电距离有关) 减小减小GG电抗可提高系统功率极限、输送能力电抗可提高系统功率极限、输送能力提高稳定性尤其是静态稳定性提高稳定性尤其是静态稳定性2 2、增大发电机、增大发电机T TJ J减小减小GG受扰后的转子相对加速度受扰后的转子相对加速度 减小减小GG转子相对动能变化量转子相对动能变化量有利于提高

5、暂态稳定性有利于提高暂态稳定性注意：注意：减小减小 X Xd d 和增大和增大T TJ J 都需增大都需增大G G 的尺寸，增加材料消耗和造价的尺寸，增加材料消耗和造价3 3、改善发电机励磁调节器和励磁系统特性、改善发电机励磁调节器和励磁系统特性 (1) (1) 灵敏度高、性能完善的灵敏度高、性能完善的AVRAVR有效抑制自发振荡、维持有效抑制自发振荡、维持GG电压电压 提高提高 Psl、sl fe. PSSfe. PSS (2) (2) 减小励磁机等值减小励磁机等值 T Te 、增大强行励磁的电压顶值倍数、增大强行励磁的电压顶值倍数 提高励磁电压、从而提高励磁电压、从而 E Eq 上升速度上

6、升速度提高暂态稳定性提高暂态稳定性注意：注意：改善励磁调节器性能，附加投资最省，效果显著改善励磁调节器性能，附加投资最省，效果显著419-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数二、改善发电机组的原动机调节特性二、改善发电机组的原动机调节特性1 1、 快速动作快速动作(QF)(QF)汽门汽门，配合继电保护动作，迅速减小原动机出力，配合继电保护动作，迅速减小原动机出力 减小加速面积、增大减速面积减小加速面积、增大减速面积 原来不能维持暂态稳定的机组，能原来不能维持暂态稳定的机组，能在第一摇摆周期在第一摇摆周期保持稳定。保持稳定。2 2、在第一摇摆的后半周期，

7、功角开始减小时，在第一摇摆的后半周期，功角开始减小时，重新开放汽门重新开放汽门 减小机组振荡幅度，并避免系统失去部分有功电源减小机组振荡幅度，并避免系统失去部分有功电源发展：发展：多次调节汽门；多次调节汽门； 汽门远方调节。汽门远方调节。注意：注意：因水锤效应，因水锤效应， 水电厂不设置水电厂不设置 快速调节导水叶快速调节导水叶519-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数三、减小变压器电抗三、减小变压器电抗 超高压输电系统，超高压输电系统，X XT T 在系统总在系统总 X 中占有较大比重中占有较大比重(fe. (fe. 20%20%左右左右) )，减

8、小，减小X XT T 提高系统输送极限提高系统输送极限( (从而稳定极限功率从而稳定极限功率)提高静态稳定性提高静态稳定性 fe. fe. 400kV400kV、800km 800km 的输电系统，送、受端变压器电抗减小的输电系统，送、受端变压器电抗减小 5%(17%5%(17%12%)12%)，单回路输送能力可提高，单回路输送能力可提高8%8%左右左右 自耦变压器电抗较小，对提高自耦变压器电抗较小，对提高( (静态静态) )稳定性作用良好稳定性作用良好在超高压远距离输在超高压远距离输电系统中广泛采用电系统中广泛采用但注意：增大短路电流、增加继电保护和调压困难。但注意：增大短路电流、增加继电保

9、护和调压困难。四、改善继电保护和开关设备特性四、改善继电保护和开关设备特性 快速切除故障快速切除故障，配合，配合ZCHZCH一方面能减轻短路电流热、动等效应对电气设备一方面能减轻短路电流热、动等效应对电气设备影响，提高供电可靠性，而对超高压输电系统，是影响，提高供电可靠性，而对超高压输电系统，是提高暂态稳定性的首要措施提高暂态稳定性的首要措施，对提高暂态稳定性有决定性意义对提高暂态稳定性有决定性意义 快速切除故障，依赖快速切除故障，依赖2 2方面因素方面因素 快速保护快速保护220kV220kV及以上超高压输电线路，必须配置全线速动、性能优及以上超高压输电线路，必须配置全线速动、性能优良的继电

10、保护装置，保护装置有尽可能小的固有动作时间；良的继电保护装置，保护装置有尽可能小的固有动作时间； 快速动作断路器快速动作断路器跳闸时间、电弧熄灭时间跳闸时间、电弧熄灭时间619-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数四、改善继电保护和开关设备特性四、改善继电保护和开关设备特性1 1、快速切除短路快速切除短路对暂态稳定性的影响对暂态稳定性的影响 减小加速面积减小加速面积 & & 增大减速面积增大减速面积显著提高暂态稳定性显著提高暂态稳定性f f(3)(3)示例示例注意：注意： 减小故障切除时间对提高暂态稳定性的减小故障切除时间对提高暂态稳定

11、性的效果，与短路类型有关效果，与短路类型有关越是严重故障，越是严重故障，减小故障切除时间的效果越显著减小故障切除时间的效果越显著f f (1)(1)f f (2)(2)f f (1,1)(1,1)f f (3)(3)PTsl%0.10.10.20.20.40.40.60.6tc/s45%82%94%98%719-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数四、改善继电保护和开关设备特性四、改善继电保护和开关设备特性2 2、自动重合闸自动重合闸对暂态稳定性的影响对暂态稳定性的影响 增大减速面积增大减速面积显著提高暂态稳定性显著提高暂态稳定性双回路的三相自动重合闸

12、双回路的三相自动重合闸单回路的按单回路的按( (单单) )相自动重合闸相自动重合闸819-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数四、改善继电保护和开关设备特性四、改善继电保护和开关设备特性2 2、自动重合闸自动重合闸对暂态稳定性的影响对暂态稳定性的影响 按按( (单单) )相重合闸应当注意的特殊问题相重合闸应当注意的特殊问题(a) (a) 潜供电流及其影响：潜供电流及其影响： 短路相切除后，因相间电容耦合作用，被切除相仍然有相当高的电压，短路点电弧不短路相切除后，因相间电容耦合作用，被切除相仍然有相当高的电压，短路点电弧不易熄灭；同时有易熄灭；同时有电容

13、电流电容电流通路：完好相通路：完好相相间耦合电容相间耦合电容故障相故障相短路点短路点大地大地此电容电流此电容电流潜供电流；潜供电流； 潜供电流达到一定值潜供电流达到一定值电弧不熄灭电弧不熄灭永久性短路永久性短路重合闸不能成功重合闸不能成功 采用单相重合闸时，必须校核潜供电流以保证不会超过容许值采用单相重合闸时，必须校核潜供电流以保证不会超过容许值(b) (b) 重合于永久性故障：重合于永久性故障： 系统再次受到故障冲击系统再次受到故障冲击恶化、乃至破坏系统稳定性恶化、乃至破坏系统稳定性必须制订预案，必须制订预案， 以免系统稳定破坏事故。以免系统稳定破坏事故。919-2 19-2 改善电力系统基

14、本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数五、改善输电线路特性五、改善输电线路特性1 1、提高输电线路额定电压提高输电线路额定电压 (1) (1) 提高输电线路提高输电线路 V VNN 提高输送功率极限从而提高输送功率极限从而 P Psl G-SG-S： P Psl=EV/X=EV/XEVEVN/X /X V VN (2) (2) 提高输电线路提高输电线路 V VNN 实质上减小了输电线路实质上减小了输电线路 X XL G-S G-S：mGTLEVPXXXm2N EVPab V/VN Pm ，有一定限度，超此限度，效果很小；有一定限度，超此限度，效果很小；线路越长，功率极限接近最大可能

15、值对应的线路越长，功率极限接近最大可能值对应的VN越高越高输电距离越远，采用超、特高压提高输送能力的输电距离越远，采用超、特高压提高输送能力的效果越好！效果越好！1019-2 19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数五、改善输电线路特性五、改善输电线路特性2 2、改变输电线路结构改变输电线路结构 以以 减小电抗减小电抗 (1) (1) 采用分裂导线采用分裂导线增大等值半径增大等值半径减小线路电抗、减小电晕损耗减小线路电抗、减小电晕损耗 分裂数过多，效果不显著分裂数过多，效果不显著一般一般 分裂根数分裂根数4 4 (2) (2) 采用紧凑型分裂导线，能比常规分裂

16、导线更大幅度地减小电抗采用紧凑型分裂导线，能比常规分裂导线更大幅度地减小电抗六、采用直流输电六、采用直流输电直流输电的电压及传输功率与两侧系统频率无关直流输电的电压及传输功率与两侧系统频率无关直流输电联系的直流输电联系的两侧系统可以不同频率两侧系统可以不同频率不存在同步稳定问题不存在同步稳定问题 利用直流输电的快速调控能力，可以提高交流系统稳定性利用直流输电的快速调控能力，可以提高交流系统稳定性七、加强网络结构七、加强网络结构 和和 较强较强 送送- -受端电气联系受端电气联系 送送- -受端多回路、主网多环联系受端多回路、主网多环联系 电网规划问题电网规划问题1119-3 19-3 采用附加

17、装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性一、输电线路串联电容补偿一、输电线路串联电容补偿) 1 (eqCLCLLkXXXX 1 1、经济性问题、经济性问题补偿容量补偿容量LCCCXkIXIQ2233KKC C 越大越大 Q QC C 增大增大投资增大投资增大技术经济比较确定最优技术经济比较确定最优 KKC C阶段式保护阶段式保护动作参数的整定要确保动作参数的整定要确保 “选择性选择性” ；全线速动保护、方向性保护全线速动保护、方向性保护内部短路时的电流方向内部短路时的电流方向 一般要使容抗小于与电容器相连接的线路的感抗；一般要使容抗小于与电容器相连接的线路的感抗；尽量使沿线电压

18、分布均匀尽量使沿线电压分布均匀3 3、其他技术问题、其他技术问题 KKC C 过大过大引起发电机自励磁、自发振荡及次同期谐振引起发电机自励磁、自发振荡及次同期谐振基本原理：基本原理：串联电容补偿串联电容补偿减小线路等值电抗减小线路等值电抗提高输送极限提高输送极限提高稳定性提高稳定性LCCXXk 补偿度补偿度KKC C 愈大愈大减小线路电抗愈多减小线路电抗愈多提高稳定性提高稳定性效果越显著效果越显著KKC C 选择应注意的问题：选择应注意的问题： 2 2、继电保护正确动作的条件、继电保护正确动作的条件1219-3 19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性二、输电

19、线路并联电抗补偿二、输电线路并联电抗补偿1 1、长距离超高压输电线路存在的问题：、长距离超高压输电线路存在的问题： 充电无功大，空载或轻载时末端工频电压升高充电无功大，空载或轻载时末端工频电压升高过电压；过电压； 送端送端GG功率因数升高、甚至自励磁，为使系统不过电压功率因数升高、甚至自励磁，为使系统不过电压 Eq Eq 降低降低 系统系统P PEqm Eqm 减小、运减小、运行功角增大行功角增大不利于系统稳定不利于系统稳定2 2、并联电抗补偿的作用：、并联电抗补偿的作用： 吸收充电无功，降低吸收充电无功，降低GG功率因素，提高功率因素，提高 Eq Eq 提高提高P PEqmEqm 、减小运行

20、功角、减小运行功角 提高系统稳提高系统稳定性定性(Eq(Eq增大使功率极限增大的效果，超过因并联增大使功率极限增大的效果，超过因并联X X使系统转移阻抗增大、从而功率极限减小使系统转移阻抗增大、从而功率极限减小的效果的效果) )13三、输电线路设置开关站三、输电线路设置开关站 对双回路的输电线路，故障切除一回后，线路阻抗将增大一倍，对双回路的输电线路，故障切除一回后，线路阻抗将增大一倍，故障后的功率极限要降低很多，不利于暂态稳定和故障后静态稳定故障后的功率极限要降低很多，不利于暂态稳定和故障后静态稳定 在线路中间设置开关站，把线路分成几段，故障时仅切除一段线在线路中间设置开关站，把线路分成几段

21、，故障时仅切除一段线路，则线路阻抗就增加得较少。路，则线路阻抗就增加得较少。19-3 19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性14四、中继同步调相机四、中继同步调相机 在降压变电所中装设适当容量的同步调相机，可提高输电系统的稳定性和输在降压变电所中装设适当容量的同步调相机，可提高输电系统的稳定性和输送能力送能力中继调相机。中继调相机。采用中继调相机采用中继调相机前前注意：注意： 中继调相机能平衡、调节无功，减少无功传输，从而减少功率损耗、改善沿线电压分布；中继调相机能平衡、调节无功，减少无功传输，从而减少功率损耗、改善沿线电压分布； 先进的先进的 FACTS(

22、SACFACTS(SAC、STATCOM)STATCOM)代替调相机是发展趋势。代替调相机是发展趋势。 aabb2mEaabb2010sl203EVV VV VP= min,XXX 90 : 90 90 m2Eaabb20sl123P = EV (X+X+X ) : + + 90采用中继调相机采用中继调相机后后19-3 19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性15 增加了增加了“固有功率固有功率”项，且项，且 R Rg 使使Z Z0 增大，从而增大，从而Z Z 增大，转移阻抗减小增大，转移阻抗减小 功率极限提高功率极限提高 机理：机理：R Rg消耗消耗P, P

23、, 增加了增加了GG的出力，的出力， 减小了其功率不平衡程度减小了其功率不平衡程度五、变压器中性点经小阻抗接地五、变压器中性点经小阻抗接地)sin(EV/XPII 12II)sin(ZEVsinZEP12 1211 112II中性点未接电阻、接地短路中性点未接电阻、接地短路( ( f f(1)(1) ) ) ：中性点经中性点经 R R 接地，且接地，且 f f(1)(1) ： Rg Rg 将使接地短路时的中性点电压升高将使接地短路时的中性点电压升高RgRg 不能过大；太小则效果不显著不能过大；太小则效果不显著 一般一般 4% 4% 为宜。为宜。 RgRg 不宜接于受端变压器，否则可能恶化暂态稳

24、定！不宜接于受端变压器，否则可能恶化暂态稳定！ 对不接地相间短路不起作用对不接地相间短路不起作用注意：注意：19-3 19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性16六、发电机采用电气制动六、发电机采用电气制动2bNNbPVR/系统短路后，有在加速的发电机端投入电阻负荷，可增加 G 的电磁功率以产生制动作用，达到提高暂态稳定的目的。(1) (1) 基本原理基本原理 ：(2) (2) 制动时间：制动时间： 从制动电阻投入到它被切除的时间间隔从制动电阻投入到它被切除的时间间隔 t b(3) (3) 制动容量：制动容量：衡量衡量制动电阻大小制动电阻大小19-3 19-3

25、 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性制动能量：制动能量：衡量衡量制动作用程度制动作用程度 bNbNbAPt 注意：注意：电气电气制动一般设置制动一般设置在水电厂在水电厂( (水电阻水电阻) ) 17制动能量过小：制动能量过小：电气制动效果差，电气制动效果差，GG仍可能在第一摇摆周期失去稳定；仍可能在第一摇摆周期失去稳定；制动能量过大：制动能量过大：G G 可能在第二摇摆周期失去稳定可能在第二摇摆周期失去稳定过制动。过制动。(4) (4) 制动时间配合：制动时间配合：19-3 19-3 附加装置提高电力系统稳定性附加装置提高电力系统稳定性六、发电机采用电气制动六、发

26、电机采用电气制动1819-4 19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施一、正确制定电力系统运行参数的数值一、正确制定电力系统运行参数的数值（1 1）正确地规定输电线路的输送功率值）正确地规定输电线路的输送功率值（2 2）提高电力系统运行电压水平）提高电力系统运行电压水平（3 3）合理安排远方发电厂的无功出力）合理安排远方发电厂的无功出力（4 4）利用调度自动化系统提供的信息及时调整运行方式，保证系统稳定性。）利用调度自动化系统提供的信息及时调整运行方式，保证系统稳定性。确定输电线路的输送功率值时，应在保证一定的稳定储备下尽可能多送功率，确定输电线路的输送功率值时，应在保证一定的稳

27、定储备下尽可能多送功率，以发挥输电线路作用；运行接线改变以发挥输电线路作用；运行接线改变( (尤其环网开环尤其环网开环) )时，应当先行仿真验算时，应当先行仿真验算( (是否是否会因输电线路负荷过重、或操作暂态导致稳定破坏会因输电线路负荷过重、或操作暂态导致稳定破坏) )。系统运行电压水平的提高，不但能提高运行的稳定性，而且可以减少系系统运行电压水平的提高，不但能提高运行的稳定性，而且可以减少系统的功率和能量损耗。统的功率和能量损耗。远方电厂多发无功远方电厂多发无功 可以提高发电机电势、从而提高功率极限，减小运行可以提高发电机电势、从而提高功率极限，减小运行角度，提高运行的稳定性角度，提高运行

28、的稳定性 ；但无功远距离输送也导致线路损耗增大、受端系；但无功远距离输送也导致线路损耗增大、受端系统电压降低、影响有功传输等问题。统电压降低、影响有功传输等问题。 必须合理安排，统筹考虑！必须合理安排，统筹考虑！19二、合理选择电力系统的运行接线二、合理选择电力系统的运行接线 确定运行接线方式要考虑诸多因素：确定运行接线方式要考虑诸多因素： 系统结构、运行经济性、安全可靠性等；系统结构、运行经济性、安全可靠性等； 接线方式对系统运行稳定影响重大接线方式对系统运行稳定影响重大 合理选择合理选择19-4 19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施例：例：远方电源远方电源 经经 多回输电

29、线路向受端系统送电：多回输电线路向受端系统送电： 2 2种接线方式种接线方式并联接线、分组接线并联接线、分组接线( (单元式接线单元式接线) )对对静态静态稳定性的影响：稳定性的影响：相同相同对对暂态暂态稳定性的影响：稳定性的影响：各有特点各有特点并联接线：并联接线：优点优点一回路因故障切除后，系统不会失去电源；一回路因故障切除后，系统不会失去电源； 缺点缺点一回路故障，所有一回路故障，所有G G 受故障扰动，增加了暂态稳定困难，受故障扰动，增加了暂态稳定困难， 且故障线切除后，非故障线可能过负荷，导致事故扩大且故障线切除后，非故障线可能过负荷，导致事故扩大 因暂态稳定要求，可能限制正常输送功

30、率因暂态稳定要求，可能限制正常输送功率分组接线：分组接线：优点优点一回故障，对另一组一回故障，对另一组GG的扰动很小，暂态稳定性高的扰动很小，暂态稳定性高 甚至可按静稳条件确定正常输送功率；甚至可按静稳条件确定正常输送功率； 缺点缺点一回故障切除后，系统失去部分电源一回故障切除后，系统失去部分电源对有功备用不足的系统对有功备用不足的系统 可能造成较大功率缺额，导致对部分用户中断供电可能造成较大功率缺额，导致对部分用户中断供电应用：应用：根据具体情况选择，甚至可以在不同时间段灵活采用不同接线方式根据具体情况选择，甚至可以在不同时间段灵活采用不同接线方式20三、联锁切机及切负荷三、联锁切机及切负荷

31、 对于多机组并列运行对于多机组并列运行的送端电厂，系统短路时，的送端电厂，系统短路时，在切除故障后联锁切除部分在切除故障后联锁切除部分机组机组较大幅度地减小了较大幅度地减小了原动机输出功率原动机输出功率减少了减少了机组的机轴不平衡功率机组的机轴不平衡功率提高暂态稳定性提高暂态稳定性 为保证系统频率和电为保证系统频率和电压，可于送端切机后，在受压，可于送端切机后，在受端切除部分负荷，待系统恢端切除部分负荷，待系统恢复后再恢复供电。复后再恢复供电。19-4 19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施21四、高压直流输电功率的快速调节四、高压直流输电功率的快速调节应用：应用：两个非同步、

32、或两个非同步、或 同步同步 互联系统，对直流输电线路互联系统，对直流输电线路P P的大小、方向的大小、方向 进行调节，相当于切机、或进行调节，相当于切机、或 切负荷。切负荷。调控信号选择：调控信号选择：功率调节量的大小、方向、持续时间等。功率调节量的大小、方向、持续时间等。19-4 19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施作用：作用：依靠换流站阀控装置，快速调节直流输电线功率依靠换流站阀控装置，快速调节直流输电线功率( P( P大小及方向大小及方向) )， 提高互联系统提高互联系统( (暂态暂态) )稳定性。稳定性。优点：优点：调节速度快、灵活，效果好。调节速度快、灵活，效果好。非同步互联系统非同步互联系统同步互联系统同步互联系统22五、减少系统稳定破坏所带来的损失和影响五、减少系统稳定破坏所带来的损失和影响1 1、系统解列、系统解列2 2、允许短时间、允许短时间异步运行异步运行，采取措施，促使再同步。，采取措施，促使再同步。 在已经失去同步的电力系统的在已经失去同步的电力系统的适当地点适当地点断开互联开关，把系统分解成几个断开互联开关，把系统分解成几个独立的、各自保持同步的部分。独立