電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響研究

李建芳

[摘? ? 要]電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中會受到內(nèi)外多種突然的擾動，這些擾動會使得電力系統(tǒng)處于暫態(tài)過程中，在這個期間系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)容易出現(xiàn)較大的變化，因此也會概念發(fā)電機(jī)輸出功率這一參數(shù)量，最終影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。電力系統(tǒng)在出現(xiàn)擾動之后，系統(tǒng)動態(tài)的穩(wěn)定性會發(fā)生變化， 在較短的時間內(nèi)整個電力系統(tǒng)就會出現(xiàn)不良后果，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)在受到干擾后仍然可以恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。那么在這樣初始狀態(tài)和干擾狀態(tài)被稱作是暫態(tài)穩(wěn)定。為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，文章就電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響及提高穩(wěn)定性控制的措施進(jìn)行探究。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng);自動調(diào)節(jié)系統(tǒng);暫態(tài)穩(wěn)定;影響;控制

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–02

Study on the Influence of Automatic Regulation System

on Transient Stability in Power System

Li Jian-fang

[Abstract]The power system will be subject to a variety of sudden disturbances inside and outside in the process of operation. These disturbances will make the power system in the transient process. During this period， the system operation parameters are easy to change greatly. Therefore， the parameter of generator output power will also be defined， which will eventually affect the operation of the power system. After the disturbance of power system， the dynamic stability of the system will change， and the whole power system will have adverse consequences in a short time， resulting in casualties and economic losses. The power system can still return to stable operation after interference. Then the initial state and disturbance state are called transient stability. In order to ensure the stable operation of power system， this paper explores the influence of automatic regulation system on transient stability and the measures to improve stability control.

[Keywords]power system; automatic regulation system; transient stability; influence; control

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下突然遭受到較大干擾之后，能夠過渡到一個新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)的能力。影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的因素包含發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、大負(fù)荷、系統(tǒng)短路故障、系統(tǒng)段路故障等。電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性有著十分重要的影響。對原有系統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行模式的干擾和對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的重要關(guān)鍵。也就是說，在一個特定電力系統(tǒng)運(yùn)行方式相同或者干擾是短暫的，但是另外一個操作以及系統(tǒng)運(yùn)行模式是不穩(wěn)定的。文章以電力系統(tǒng)的運(yùn)行為基本研究切入點(diǎn)，就電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響問題進(jìn)行探究。

1 電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用

在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的初期階段，會假設(shè)電力系統(tǒng)的機(jī)械功率恒定。這樣設(shè)定的原因有兩個：①電力系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)時間常數(shù)比較多，在不穩(wěn)定狀態(tài)的時候來不及反應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)變化。②電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)具備一定的失靈區(qū)。

2 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定

電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性研究主要是指外界較大擾動變化對電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的一種影響性分析。 從電力系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)展實(shí)際情況來看，在整個系統(tǒng)運(yùn)作過程中能夠影響系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的因素是有很多種的，伴隨異常變化出現(xiàn)的擾動模式也是十分多樣的。單一的擾動可以采取簡單、常規(guī)的方式進(jìn)行處理，在經(jīng)過一系列的處理操作時候整個系統(tǒng)會回歸到正常的繼電保護(hù)和自動啟動狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定性基本上不會受到影響。

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中是不可避免的遭受到外界環(huán)境的影響，由此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中暫態(tài)穩(wěn)定水平是一種常態(tài)，靜態(tài)穩(wěn)定水平的狀態(tài)基本上是不存在的。但是，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，靜態(tài)穩(wěn)定水平是保證電力系統(tǒng)長遠(yuǎn)、可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)展的重要因素，只有能夠保持靜態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)，才能夠為電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平狀態(tài)保持提供強(qiáng)有力的支持。不保持靜態(tài)穩(wěn)定，系統(tǒng)無法運(yùn)行。

在某些特殊情況下，即遇到自然條件干擾之后，電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性將無法保障。電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)人員需要思考，面臨這些影響，如何采取積極的措施來盡可能的減少外界因素對整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制階段示意圖如圖1所示。

3 電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響分析

3.1 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響

3.1.1 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用

發(fā)電機(jī)暫態(tài)電在整個暫態(tài)過程中會保持恒定的狀態(tài)，在運(yùn)行的過程中忽略了對自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的影響。系統(tǒng)曲線對于擾動后最初瞬間的表現(xiàn)比較精準(zhǔn)，不管勵磁是否調(diào)節(jié)，曲線在擾動之后都不會出現(xiàn)變化。在發(fā)電機(jī)故障消除之后，在多數(shù)情況下功率的變動都會處于一種收斂的狀態(tài)，出現(xiàn)發(fā)散或者由于非線性因素出現(xiàn)的振蕩一般會持續(xù)幾秒到幾十秒，這種穩(wěn)定性被稱作是動態(tài)穩(wěn)定性。引起這種振蕩的是快速勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼。為了能夠提升系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定，需要采取措施加大勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的正阻尼扭矩，通過在勵磁調(diào)節(jié)器中引入附加信號來看測量出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和電功率的變化。 為了能夠更好的分析暫態(tài)運(yùn)動，需要在暫態(tài)運(yùn)動過程中充分考慮發(fā)電機(jī)的電勢變化，即關(guān)注自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用。

3.1.2 自動調(diào)速系統(tǒng)的作用

原動機(jī)的機(jī)械功率PT會在整個暫態(tài)系統(tǒng)中保持恒定的狀態(tài)，這樣的考慮是根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)存在失靈區(qū)提出的，因而每個環(huán)節(jié)上時間參數(shù)也會比較大。在調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生動作時，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性可能已經(jīng)遭受到破壞，如果沒有遭受破壞也會從一個狀態(tài)過度到另外一個運(yùn)行狀態(tài)。伴隨調(diào)速系統(tǒng)性能的改善，失靈區(qū)域也會不斷縮小，各個環(huán)節(jié)上的時間參數(shù)會減少。這個時候可以借助調(diào)速系統(tǒng)原有動力機(jī)械設(shè)備的功率來提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

3.2 計及自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)作用時的暫態(tài)穩(wěn)定分析

在假設(shè)短路之后，勵磁機(jī)的勵磁電壓會在強(qiáng)行勵磁裝置的作用下在最短的時間內(nèi)提升到最大數(shù)值狀態(tài)，這樣的狀態(tài)被界定為計及勵磁機(jī)的暫態(tài)過程，在整個系統(tǒng)運(yùn)行的時候不會計算勵磁電路的飽和狀態(tài)。發(fā)電機(jī)待求解微分方程包含4個，分別是勵磁機(jī)的微分方程、勵磁繞組微分方程以及兩個發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程。

在具體實(shí)施操作的時候這4個微分方程需要密切聯(lián)系，彼此關(guān)聯(lián)來計算出最終解。在四個微分方程中所牽扯到的變量，彼此之間能夠形成一種代數(shù)關(guān)系，借助曲線就能夠判定出電力系統(tǒng)是否處于平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。

4 發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時遇得到的問題

（1）發(fā)動機(jī)在異步運(yùn)行時的時候會從系統(tǒng)中吸取大量的無功功率，在這個期間如果電力系統(tǒng)無功功率儲備不充分，就會降低整個電力系統(tǒng)的電壓水平。

（2）電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中一些地方的電壓會處于較低的狀態(tài)，在這個地方會喪失大量的負(fù)荷。由于震蕩中心以及周圍電壓周期性的降低到臨近數(shù)值，這些地區(qū)的電動機(jī)會出現(xiàn)失速、停頓、脫離系統(tǒng)的現(xiàn)象。

（3）電力系統(tǒng)處于異步運(yùn)行時，電壓、電流會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，狀態(tài)嚴(yán)重的情況下會引起保護(hù)裝置的誤動作，最終會加大電力系統(tǒng)的事故。

5 提升電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行暫態(tài)穩(wěn)定性的措施

5.1 加強(qiáng)對快速切除故障的應(yīng)用

電力系統(tǒng)暫定穩(wěn)定問題一般會出現(xiàn)在的電廠的配出線上?？焖偾谐收蟿t是提升線路暫態(tài)穩(wěn)定的一個重要措施，也是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)條件。結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行原理，通過快速切除故障能夠增加制動能量面積，由此會提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和極限送電功率水平。

當(dāng)前結(jié)合我國電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，能夠達(dá)到最快故障切除時間不統(tǒng)一。其中，近端故障的切除時間不能夠超過0.1 s，遠(yuǎn)端故障的切除時間在0.1～0.12 s。

5.2 自動重合閘

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，自動重合閘的作用不僅僅在于能夠恢復(fù)因為故障斷開的線路，而且在連續(xù)故障的情況下還能夠保證電力系統(tǒng)的安全性、完整性，避免電力事故的擴(kuò)大。①合理選擇重合閘的時間。自動重合閘操作的目的是保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定恢復(fù)電力，因此，自動重合閘時間的選擇要能夠提高重合在故障沒有消除線路上的穩(wěn)定性。不管是怎樣形式的重合閘操作狀態(tài)，故障無法及時消除，電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行安全也就無法得到保障。為了能夠及時消除故障干擾，在電力系統(tǒng)運(yùn)作的時候需要相關(guān)人員充分考慮和衡量整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，綜合考慮外界各個因素對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響。②220kV線路的重合閘方式。220kV線路一般采用三相重合閘方式。在發(fā)生接地故障時，一側(cè)會先跳開，另外一側(cè)會在零序電流的保護(hù)作用下來在第一時間切除故障，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的保護(hù)。③500 kV線路的重合閘方式。500 kV線路傳輸?shù)墓β收枷到y(tǒng)容量的比重大，在運(yùn)行過程中，單相瞬時故障是常見的電路故障。基于線路的特點(diǎn)，維護(hù)線路安全運(yùn)行的有效措施是單相重合閘。

5.3 提升發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率

快速勵磁一直是一種提高暫態(tài)穩(wěn)定的常用措施。在弱傳輸系統(tǒng)中如果對故障的切除時間做出了明確的規(guī)定，則可以選擇快速勵磁的暫態(tài)穩(wěn)定方式。在采用快速勵磁的時候如果配出線路出現(xiàn)了短路故障，則需要相關(guān)人員及時向發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路提供達(dá)到極限狀態(tài)的勵磁電壓。在整個電力系統(tǒng)運(yùn)行故障被解除之后，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓會在第一時間恢復(fù)到常態(tài)化的狀態(tài)，甚至整個系統(tǒng)的數(shù)值還會超過額定的數(shù)值，由此經(jīng)過這樣的變化影響，電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平得到提升。

5.4 減少原動機(jī)輸出的機(jī)械功率

（1）系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的運(yùn)行過程。發(fā)電機(jī)和系在失去同步之后，受功角增大的影響，系統(tǒng)同步功率也會隨著時間的變化逐漸減小。

（2）受原本動力機(jī)械設(shè)備機(jī)械功率的變化影響，在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率剩余之后則是會進(jìn)一步加速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動，在發(fā)電機(jī)前后運(yùn)行速度不一致的情況下會使得其發(fā)出的功率也表現(xiàn)出不一致的情況。發(fā)電機(jī)發(fā)出的異步功率會和以往動機(jī)的機(jī)械功率達(dá)到一種平衡的狀態(tài)，最終會進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)動狀態(tài)。

在發(fā)動機(jī)受到擾動之后回線斷路器會突然斷開，在這個期間，轉(zhuǎn)差率、異步功率會達(dá)到一種平均的狀態(tài)。在擾動之后的開始階段，轉(zhuǎn)子會經(jīng)歷加速和減速的運(yùn)行變化，其轉(zhuǎn)差率會出現(xiàn)較小的波動，這個階段稱作同步振蕩階段。在減速面積不大的情況下，角超越過5點(diǎn)之后轉(zhuǎn)子會進(jìn)入加速運(yùn)動的階段，轉(zhuǎn)差率也會不斷增加。原動機(jī)機(jī)械功率在調(diào)速器的作用下逐漸減少，發(fā)電機(jī)會進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)異步的運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié)束語

文章結(jié)合實(shí)際就電力系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響問題進(jìn)行了探究，并提出了提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。綜合比較各措施，發(fā)現(xiàn)快速勵磁方式的作用受限比較明顯，即只有在極弱的聯(lián)絡(luò)線上傳輸較大功率時?？焖賱畲挪拍茱@出一定效果，快速勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的作用表現(xiàn)在其能夠增加制動面積，但是很難快速勵磁很難其他暫態(tài)穩(wěn)定方式可能帶來的效果相比較。因此，在提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性工作中，需要相關(guān)人員在未來加強(qiáng)對快速勵磁方法的進(jìn)一步研究。

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