試論基于功率平衡保護原理的電力系統(tǒng)緊急控制

摘 要:很大電力工業(yè)由于連鎖故障過程而產(chǎn)生的停電事件時常發(fā)生，由此而產(chǎn)生的各種損失也逐漸擴大，所以，對電力系統(tǒng)進行緊急控制也成為了電力工作人員的首要任務。本文以功率平衡保護原理的基本思想為基礎，介紹了功率平衡經(jīng)濟控制所要解決的問題，并提出了控制手段。

關鍵詞:功率平衡保護原理電力系統(tǒng)緊急控制

中圖分類號:TM71文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0115-01

1 功率平衡保護原理的基本思想

隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，我國對于超高壓繼電保護的要求也越來越高，但是，由于電力設備的拒動和誤動而造成的危害也逐漸增加，同時，目前所采用的事故處理方式，即切除主干變電站的變壓器，會使得其他線路因為負荷過重而導致整個電力系統(tǒng)的崩潰。同時，解決當前問題的方法需要有一個相對完善的對策表，獲取對策表也需要大量的時間，即使這樣也不能夠?qū)⑺惺鹿薁顩r都包含在內(nèi)，正是因為以上幾點原因，電力系統(tǒng)的緊急控制手段需要在計算機檢測基礎上進行創(chuàng)新和改進。

此外，根據(jù)電力系統(tǒng)保護的理論，可以采用功率平衡保護原理。功率平衡保護原理主要包括有功功率平衡保護原理與無功功率平衡保護原理，但是它們的基本思想是相同的，即是:當大范圍的電網(wǎng)之間出現(xiàn)功率交換的突發(fā)狀況的時候，以發(fā)生突變前的電網(wǎng)功率所處的平衡狀態(tài)為基礎，進而制定出發(fā)生突變后的電網(wǎng)功率平衡的要求，然后通過對電力系統(tǒng)內(nèi)部的電源或者負荷的緊急控制來完成這一目的。

通常來說，功率平衡原理都是被作為一種保護電力系統(tǒng)的原理，但是更為確切的說，它更是一種在保護電力系統(tǒng)的基礎上對電力事故進行緊急控制的一種手段。而以功率平衡保護原理為基礎的處理方法對電力系統(tǒng)實施緊急控制，它能夠在最少的時間內(nèi)用最簡單的方式來操作負荷/機組，將電力系統(tǒng)在以后可能發(fā)生故障的的概率降到最低。而且，功率平衡保護方法在實施的時候要與穩(wěn)定的控制手段之間進行信息交互，在總體策略上進行相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。同時，后續(xù)的對電力系統(tǒng)進行故障處理的，以功率平衡保護原理為基礎的緊急控制措施可以加強其他措施的實施效果，進而降低其他緊急控制手段在處理故障時的壓力。

2 功率平衡緊急控制所解決的問題

目前，功率平衡保護原理在解決電力系統(tǒng)故障中已經(jīng)被廣泛應用，它主要被用來解決以下幾個問題，而且這些問題主要涉及的是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，下面幾種穩(wěn)定問題給以簡要介紹:

第一，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的因素很多，但是其中與功率平衡緊急控制有關聯(lián)的主要包括功角的穩(wěn)定問題，頻率的穩(wěn)定性問題以及電壓穩(wěn)定性問題等。除此之外，還有一些與功率平衡緊急控制在原則上相關的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，如同步機空載的穩(wěn)定性、系統(tǒng)元件振蕩等問題。

在這些與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性相關的問題中，不同的問題所涉及到的功率平衡保護原理也是不同的，與有功功率平衡保護原理有緊密關聯(lián)的是功角穩(wěn)定性問題與頻率穩(wěn)定性問題，而電壓的穩(wěn)定性問題則與無功功率平衡保護原理相關。

第二，線路負荷過重問題。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡，對輸電裝置會產(chǎn)生嚴重影響，主要是因為輸電設備所承擔的負荷過重而引起的熱穩(wěn)定問題。

由于輸電設備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性就是在電網(wǎng)出現(xiàn)故障后能夠保證輸電線路具有比系統(tǒng)功率更大的傳輸能力。如果在失去輸電線路之后還能夠保證供電，那么所產(chǎn)生的負荷轉移會讓與該線路并聯(lián)的其他線路因為過重的負荷而無法保持穩(wěn)定性。同時，線路所承受的負荷過重就會引發(fā)潮流越界的現(xiàn)象，而且輸電設備也會由此而承受過重的負荷。此外，在較弱的系統(tǒng)網(wǎng)架上，并行線跳去一回，也會因此潮流越界現(xiàn)象的轉移，這時就會使得輸電設備負荷過重而產(chǎn)生并發(fā)問題，如低頻振蕩等。

第三，電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定問題。電力系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定就代表著同步機的運動具有一定的穩(wěn)定性，也就是說，發(fā)電站的各個發(fā)電設備不僅可以保持同步運轉，而且他們的運轉速度能夠保持在一定的范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)較大的升高或者下降的幅度變化。同時，因為發(fā)電機都是出于同步的狀態(tài)，所以它的頻率變化就可以用轉速來表示，因此，這種與發(fā)電設備頻率相關的穩(wěn)定性被稱為頻率穩(wěn)定性，它也是電力系統(tǒng)最為重要的一種穩(wěn)定性，因為頻率的穩(wěn)定是同步發(fā)電機穩(wěn)定運作的基礎。而功率平衡緊急控制卻可以在電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡的時候降低這種不平衡性，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 功率平衡緊急控制手段

所謂功率平衡的緊急控制，就是指對電力系統(tǒng)內(nèi)部的可控點上的負荷或者機組進行緊急控制，包括多種手段，但是每種手段在時間相應上相互區(qū)別，下面就是幾種簡單的功率平衡緊急控制手段:

第一，快關汽門。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，會引起發(fā)電機功率降低，但是汽輪機的功率還是維持在原有幅度，輸出功率的變化導致電網(wǎng)不穩(wěn)定，同時，其他機組也會產(chǎn)生相應的振蕩現(xiàn)象，進而引起系統(tǒng)崩潰，造成停電。而產(chǎn)生原因則是負荷的降低而使得系統(tǒng)的功率出現(xiàn)不平衡。功率的不平衡主要出現(xiàn)在汽輪機的運轉功率與發(fā)電機的輸出功率之間。汽輪機的組件快關控制的設計基礎就是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當負荷減少時，汽輪機會關小進氣閥，這樣就會減少汽輪機的運轉功率，使它與輸出功率相近。當功率相平衡時，進氣閥又會重新開啟，保持原有的運轉功率，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第二，電氣制動。這種緊急控制手段的優(yōu)點是能夠保持潔凈，可以降低維修難度，改善運行條件。在電氣制動中，發(fā)電機的供給電流是勵磁電流，同時會產(chǎn)生一個與機組正常運轉時的力矩相反的電磁力矩，進而阻礙機組的運轉，降低運轉速度，進而實現(xiàn)制動。同時，產(chǎn)生的勵磁電流是恒定的，所以，運作速率的降低會使頻率逐漸減低。

同時，另一種電氣制動方式是制動電阻投入，使用這種方式會吸收因電路故障所產(chǎn)生的多余的能量，進而降低速度，保持電力系統(tǒng)的平衡。但是，使用這種方式會增加不良影響。

第三，優(yōu)化協(xié)調(diào)控制手段。對于單一控制措施來說，其作用地點、作用時間以及作用量等都會影響其產(chǎn)生的效果，所以對控制措施的作用情況進行各種優(yōu)化。而對控制措施的組合使用則能夠提高其控制的效果，要對各種措施進行協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)其最優(yōu)化，它可以利用換流器所擁有的調(diào)節(jié)能力來提供功率支持，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。作為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的技術，協(xié)調(diào)控制則應該要被廣泛的重視和使用。常用的緊急措施以及其組合使用對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也有過很多研究，而對于功角與電壓穩(wěn)定協(xié)調(diào)的問題，非線性系統(tǒng)控制器則偏重于對系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的改善，卻忽視了發(fā)電機端電壓的作用。為了能夠充分發(fā)揮每種控制手段的特點，則需要對系統(tǒng)震蕩進行有效地抑制，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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