如何提高电力系统稳定性

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”。

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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

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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。

2、采用重合闸装置

电力系统特别是高压输电线路的故障，大多数是瞬时性故障而不是永久性故障。采用自动重合闸装置，就是当故障发生而断路器将故障线路断开之后，经过一定时间由自动重合闸装置将使线路再次投入运行。若故障的线路是瞬时性的，则当断路器重合后系统可能就此又恢复正常运行。这不仅提高了供电可靠性，而且对系统暂态稳定也是有利的，重合闸动作愈快对稳定愈有利，但是重合闸的动作时间受到短路处去游离时间的限制。一般短路点往往会出现电弧，如果重合过快，则产生电弧的短路点，可能因去游离不够而使电弧重燃，使重合闸不成功，甚至使故障扩大。特别是单相重合闸，由于故障相与两正常相的相间电容和互感而产生的潜供电流维持了电弧的燃烧，使去游离时间加长。重合闸不成功对暂态稳定是很不利的，这相当于在很短的时间内又给了系统一个大的冲击。同时增加了断路器的负担，在实际使用中应引起注意。重合闸不成功增大了加速面积而使系统失去暂态稳定的情形，一般应采取措施避免出现这种结果。

3、强行励磁

当由于外部短路而使发电机端电压降低，从而使其输出的电磁功率减小时，可以采用强励磁装置以增加其电磁功率输出，减小转子的不平衡功率。一般的发电机自动调节励磁系统都具有强行励磁装置。当机端电压Vg低于额定电压的85%时，低电压继电器动作，并通过中间继电器将励磁装置的调节电阻强行短接，使励磁机的励磁电流大大增加。从而使得发电机的励磁电流，励磁电压都迅速增大，以提高发电机电势，增加电磁功率输出。从而减少转子的不平衡功率，以达到提高暂态稳定性的目的。

4、变压器中性点经小电阻接地

当在中性点接地的电力系统中发生不对称接地短路时，将产生零序电流分量。若此时在系统中星形接线的变压器中性点经小电阻接地，则零序电流流过时将在这一电阻中产生功率损耗。这种功率损耗可以减少转子的不平衡功率，有利于系统的暂态稳定。同时接入小接地电阻，反映在正序增广网络中，相当于加大了附加阻抗，减少了系统联系阻抗，也提高了电磁功率。接地电阻的大小和安装地点应通过计算来确定，一般接地电阻值大约与变压器的短路电抗值接近。

5、减少原动机输出的机械功率

当故障使电磁功率减少时，如能减少原动机输出的机械功率，则可以减少作用在转子上的剩余功率，提高其暂态稳定性。减少原动机输出的机械功率措施有：1)、对于汽轮机可以采用快速的自动调速系统或者快速关闭进气门;2)、连锁切机，即在切除故障的同时，连锁切除送端发电厂中的一台或几台发电机组;3)、采用机械制动即对转子直接制动的方法，利用这种方法减小功率差额，从而提高电力系统运行的暂态稳定性。