提高电力系统运行稳定性的措施分析

提高电力系统运行稳定性的措施分析摘要：电网是一个庞大的系统，随着社会的发展，用电量不断增加，电力系统运行的稳定性不仅仅关系到电力系统自身的运行安全，同时也关系到国民生产的经济性。由于电力系统无时无刻不受到外界因素的干扰，电力系统承受干扰的能力有待提高。关键词：稳定性；电力系统；无功补偿电力系统稳定性是指电力系统在受到小干扰之后，不会发生自发振荡或者非周期性失步，自动地恢复到原始运行状态的能力。电力市场的发展和跨区联网带来经济效益的同时，也对电力系统的安全稳定性带来了一定的挑战，电网互联使得电力系统动态行为的分析更加复杂，当系统中出现不稳定现象时，局部的不稳定或故障容易波及到更大的范围，维护更困难，带来的经济损失也会相应加大。新能源的接入技术尚不成熟，这类电源对电力系统的稳定性带来了一定的影响。电力系统运行的绝对稳定是不存在的，时时刻刻都存在着干扰，如：电力系统的负荷的变化、由于风吹而造成传输线间距离的微小变化、气候温度的变化（引起传输线电抗的变化）等都会对电力系统运行产生干扰。了解电力系统动态行为，提高电力系统的稳定性是电力技术工作人员、电力市场的各个参与方都希望得到迫切解决的问题，因此更加可靠的评估方法和分析方法对电力系统的运行至关重要。提高电力系统运行稳定性是电力系统发展的必要前提，也是电力市场稳步发展的依赖条件。因此如何提高电力系统的稳定性是一个值得探讨的问题。1电力系统失稳的原因{1}突然大负荷转移引起连锁反应。由于电网结构的不完善，当某一回线路发生跳闸时，该线路所带的负荷转移叠加到临近的线路上，容易造成电力系统振荡，甚至线路连锁跳闸，从而不稳定性扩大到整个电网。{2}系统故障切除速度较慢。当电力系统中出现局部故障时，如果由于保护动作不迅速，此故障线路或设备对其他设备的运行造成了影响，此时电力系统运行的状态发生较大改变，出现不稳定性现象。{3}发电设备功角稳定性。电力系统正常运行的重要标志是系统中所有的同步发电机均同步运行，如果机组间运行不同步，则电力系统的电压、电流和功率都会出现周期性的大幅度振荡，导致电力系统不能向用户正常供电。2提高电力系统稳定性的意义电力系统是发、输、配、用电设备组合在一起的整体，在电力系统中，各个设备之间是相互联系的，如果某一台设备发生运行状态改变都会影响到其他的设备甚至会波及整个电网。电力系统一旦失去稳定，发电和用电都不能保证正常，电力系统失稳一般伴随着电力系统运行参数的改变，此时对电力系统二次设备的正常运行带来了冲击，例如电力系统发生振荡时很可能触发保护装置，然而此时电力系统并没有发生故障，那么就造成了保护误动，而很有可能在真正发生故障的时候，由于保护不能及时返回而出现保护拒动。电力系统失稳往往降低电能质量，电压频率偏移，波形畸变这些对电力设备以及用电设备的正常工作都带来了影响，例如对于某些对电压频率较高的用电设备谐波的影响下容易生产出残次品，对社会生产造成损失。供电的稳定性关系到电力市场的稳定性。电力系统的稳定性对供电稳定性有着直接的影响作用，供电不稳定，用户、售电部门会遭受经济损失。电力系统运行稳定的裕度是进行优化调度的先决条件，优化调度有利于降低网损，提高经济效益。根据国家电力信息网公布的数据，在2011年，1〜7月份全国的电网全社会用电量为26869亿kW，同比增长12.15%，具体数据如表1所示。3提高电力系统运行稳定性的措施3.1快速切除故障及重合闸装置的利用开关设备和继电保护设备的动作特性对电力系统故障的快速切除、提高电力系统运行稳定性具有至关重要的作用。保护设备切除故障的时间是保护动作时间和从接到跳闸命令开始到继电器触头断开后电弧熄灭的时间的总和。加快故障切除速度一方面是为了防止同步发电机越过运行稳定区（运行功角小于），另一方面，由于电力系统中发生故障后一些设备由于承受过大电流容易发生过热甚至起火、爆炸，引发更加严重的事故，若故障切除时间加快，减少过电流时间，可减少电力系统设备损坏，防止事故扩大，提高电力系统稳定性。为了减少保护的动作时间应该从提高继电保护设备的性能上着手。相关研究表明，对于某一双回线路，当线路一段发生故障时，故障切除速度从0.2s提高到0.1s，此时，三相短路故障情况下，系统的暂态稳定临界值从45%提高到82%，单相短路故障时，系统的暂态稳定临界值从94%提高到98%。根据实际运行经验可知，电力系统中的故障多数是短路故障，并且这些故障多数是暂时性的，若采用自动重合闸装置可以再发生故障的线路上断路器跳开之后经过一定的时间合上断路器，如果此时故障消失，那么重合成功，在采用了自动重合闸的线路上，重合的成功率能够达到90%以上，因此该项措施对于提高电力系统稳定性也具有重要的意义。3.2动态无功补偿技术无功不足会导致系统的电压跌落，甚至发生电压崩溃，无功调节对电力系统电压的稳定性具有关键的作用，无功调节不能发挥作用时，电力系统母线电压会随着运行方式的变化而发生较大的变化，导致网损增加，电压不合格率提高。为了提高电力系统稳定性，需要通过一定的技术手段向电力系统补偿一定的无功。主要的无功补偿设备有：调相机、静止无功补偿器(SVC)、统一潮流控制器、可控硅串联补偿器等设备。由于调相机是旋转设备，维护困难，现在一般不再安装新的调相机。灵活交流输电技术是现在的一项新技术，由于电力电子元器件的发展，无功补偿器能够实现调节的快速性和平滑性。由于电力系统的运行状态是时刻改变的，因此需要针对不同的时刻的具体情况对电力系统的无功进行补偿，动态补偿是一个较好的解决方案，控制理论的发展可以对无功补偿设备进行适应性控制，实现电力系统无功的动态补偿。3.3统一潮流控制器的在电力系统稳定性中的作用统一潮流控制器也是电力电子技术发展的产物，它具有多种补偿功能，串联补偿、并联补偿、端电压调节等基本功能，并且这些功能可以综合起来应用，实现更加复杂的调节功能。统一潮流控制器本质是背靠背变流器(back-to-backconvertor)，原理如图1所示。变流器1和变流器2分别通过变压器T1和T2接入系统，其中变流器1可以等值为两个并联电流源，分别向系统注入无功功率和有功功率，从而可以通过调节无功控制变流器接入点的电压，也可以通过调节有功功率电流源使得系统与装置所交换的有功功率为零，从而保持变流器直流部分电容的电压恒定。变流器2则负责向电力系统提供一个幅值和相位均可变的串联电压源，通过该电压源控制流过线路的复功率。由于直流部分的存在，变流器1和变流器2可以独立地控制，因此可以独立地发出或者吸收无功功率，起到调节电力系统无功的作用。统一潮流控制器和动态无功补偿技术对提高电力系统的稳定性的机理是相同的，都是通过向电力系统补偿无功，提高对系统母线电压的调节能力而实现，在实际中，无功补偿并不是越多越好，过度的欠补偿和过补偿都不合适，补偿无功恰好等于系统的无功缺额则容易使系统产生谐振，因此在变电站中常常采用的办法是适当的过补偿，这主要是因为若采用欠补偿，电力系统中的产生的感性无功增加，还是很容易导致谐振问题。3.4变压器中性点经小电阻接地变压器中性点接地提高电力系统稳定性的原理在于，由于故障多为不对称故障，在电力系统中发生故障时，变压器中性点的接地电阻向故障后的电网络增加了电阻，起到消耗发电机发出有功功率的作用，减少功率差额，减少电力系统不稳定性的因素。变压器中性点接地的运行方式，实质是一种电气制动提高电力系统运行稳定性的措施，电气制动即采用向电力系统中增加制动电阻，消耗电机发出有功功率，同样的原理，也可以通过向发生故障后的电力系统投入较大的电阻（例如旁路电阻的接入），增加故障时候功率的消耗，提高电力系统运行稳定性。4系统失稳后的应对措施设置解列点。如果上述措施都不能达到维持电力系统稳定性的目的，那么可以通过手动将电力系统解列为几个独立的部分，防止故障影响范围的扩大。在系统解列的时候，应当尽量做到解列后的各个部分的电源与复合应该是基本相等的，从而保证各个独立部分的电压、频率保持在正常范围内。系统解列是不得已的措施，在系统运行参数都调整好之后，要尽快将解列的各个部分重新并列。发电机的再同步运行。由于系统失去稳定，电力网络部分的设备很难在短时内对其进行控制，只有从源头出发改善稳定性情况，如果此时发电机能够在失步之后有可能再次同步运行，那么则可以在短时内将其拉入同步。5结语电力系统的稳定性关系到电力的安全生产和运行，同时也对电力市场的经济产生一定的影响，为了提高电力系统的稳定性，本文分析了几种应用较多的措