提高電力系統運行穩定性的措施分析

摘 要：電網是一個龐大的系統，隨著社會的發展，用電量不斷增加，電力系統運行的穩定性不僅僅關系到電力系統自身的運行安全，同時也關系到國民生產的經濟性。由于電力系統無時無刻不受到外界因素的干擾，電力系統承受干擾的能力有待提高。

關鍵詞：穩定性；電力系統；無功補償

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）35-0129-02

電力系統穩定性是指電力系統在受到小干擾之后，不會發生自發振蕩或者非周期性失步，自動地恢復到原始運行狀態的能力。電力市場的發展和跨區聯網帶來經濟效益的同時，也對電力系統的安全穩定性帶來了一定的挑戰，電網互聯使得電力系統動態行為的分析更加復雜，當系統中出現不穩定現象時，局部的不穩定或故障容易波及到更大的范圍，維護更困難，帶來的經濟損失也會相應加大。新能源的接入技術尚不成熟，這類電源對電力系統的穩定性帶來了一定的影響。

電力系統運行的絕對穩定是不存在的，時時刻刻都存在著干擾，如：電力系統的負荷的變化、由于風吹而造成傳輸線間距離的微小變化、氣候溫度的變化（引起傳輸線電抗的變化）等都會對電力系統運行產生干擾。了解電力系統動態行為，提高電力系統的穩定性是電力技術工作人員、電力市場的各個參與方都希望得到迫切解決的問題，因此更加可靠的評估方法和分析方法對電力系統的運行至關重要。提高電力系統運行穩定性是電力系統發展的必要前提，也是電力市場穩步發展的依賴條件。因此如何提高電力系統的穩定性是一個值得探討的問題。

1 電力系統失穩的原因

{1}突然大負荷轉移引起連鎖反應。由于電網結構的不完善，當某一回線路發生跳閘時，該線路所帶的負荷轉移疊加到臨近的線路上，容易造成電力系統振蕩，甚至線路連鎖跳閘，從而不穩定性擴大到整個電網。

{2}系統故障切除速度較慢。當電力系統中出現局部故障時，如果由于保護動作不迅速，此故障線路或設備對其他設備的運行造成了影響，此時電力系統運行的狀態發生較大改變，出現不穩定性現象。

{3}發電設備功角穩定性。電力系統正常運行的重要標志是系統中所有的同步發電機均同步運行，如果機組間運行不同步，則電力系統的電壓、電流和功率都會出現周期性的大幅度振蕩，導致電力系統不能向用戶正常供電。

2 提高電力系統穩定性的意義

電力系統是發、輸、配、用電設備組合在一起的整體，在電力系統中，各個設備之間是相互聯系的，如果某一臺設備發生運行狀態改變都會影響到其他的設備甚至會波及整個電網。

電力系統一旦失去穩定，發電和用電都不能保證正常，電力系統失穩一般伴隨著電力系統運行參數的改變，此時對電力系統二次設備的正常運行帶來了沖擊，例如電力系統發生振蕩時很可能觸發保護裝置，然而此時電力系統并沒有發生故障，那么就造成了保護誤動，而很有可能在真正發生故障的時候，由于保護不能及時返回而出現保護拒動。

電力系統失穩往往降低電能質量，電壓頻率偏移，波形畸變這些對電力設備以及用電設備的正常工作都帶來了影響，例如對于某些對電壓頻率較高的用電設備諧波的影響下容易生產出殘次品，對社會生產造成損失。

供電的穩定性關系到電力市場的穩定性。電力系統的穩定性對供電穩定性有著直接的影響作用，供電不穩定，用戶、售電部門會遭受經濟損失。電力系統運行穩定的裕度是進行優化調度的先決條件，優化調度有利于降低網損，提高經濟效益。

根據國家電力信息網公布的數據，在2011年，1～7月份全國的電網全社會用電量為26869億kW，同比增長12.15%，具體數據如表1所示。

3 提高電力系統運行穩定性的措施

3.1 快速切除故障及重合閘裝置的利用

開關設備和繼電保護設備的動作特性對電力系統故障的快速切除、提高電力系統運行穩定性具有至關重要的作用。

保護設備切除故障的時間是保護動作時間和從接到跳閘命令開始到繼電器觸頭斷開后電弧熄滅的時間的總和。加快故障切除速度一方面是為了防止同步發電機越過運行穩定區（運行功角小于），另一方面，由于電力系統中發生故障后一些設備由于承受過大電流容易發生過熱甚至起火、爆炸，引發更加嚴重的事故，若故障切除時間加快，減少過電流時間，可減少電力系統設備損壞，防止事故擴大，提高電力系統穩定性。為了減少保護的動作時間應該從提高繼電保護設備的性能上著手。相關研究表明，對于某一雙回線路，當線路一段發生故障時，故障切除速度從0.2 s提高到0.1 s，此時，三相短路故障情況下，系統的暫態穩定臨界值從45%提高到82%，單相短路故障時，系統的暫態穩定臨界值從94%提高到98%。

根據實際運行經驗可知，電力系統中的故障多數是短路故障，并且這些故障多數是暫時性的，若采用自動重合閘裝置可以再發生故障的線路上斷路器跳開之后經過一定的時間合上斷路器，如果此時故障消失，那么重合成功，在采用了自動重合閘的線路上，重合的成功率能夠達到90%以上，因此該項措施對于提高電力系統穩定性也具有重要的意義。

3.2 動態無功補償技術

無功不足會導致系統的電壓跌落，甚至發生電壓崩潰，無功調節對電力系統電壓的穩定性具有關鍵的作用，無功調節不能發揮作用時，電力系統母線電壓會隨著運行方式的變化而發生較大的變化，導致網損增加，電壓不合格率提高。為了提高電力系統穩定性，需要通過一定的技術手段向電力系統補償一定的無功。

主要的無功補償設備有：調相機、靜止無功補償器（SVC）、統一潮流控制器、可控硅串聯補償器等設備。由于調相機是旋轉設備，維護困難，現在一般不再安裝新的調相機。靈活交流輸電技術是現在的一項新技術，由于電力電子元器件的發展，無功補償器能夠實現調節的快速性和平滑性。由于電力系統的運行狀態是時刻改變的，因此需要針對不同的時刻的具體情況對電力系統的無功進行補償，動態補償是一個較好的解決方案，控制理論的發展可以對無功補償設備進行適應性控制，實現電力系統無功的動態補償。

3.3 統一潮流控制器的在電力系統穩定性中的作用

統一潮流控制器也是電力電子技術發展的產物，它具有多種補償功能，串聯補償、并聯補償、端電壓調節等基本功能，并且這些功能可以綜合起來應用，實現更加復雜的調節功能。統一潮流控制器本質是背靠背變流器（back-to-back convertor），原理如圖1所示。

變流器1和變流器2分別通過變壓器T1和T2接入系統，其中變流器1可以等值為兩個并聯電流源，分別向系統注入無功功率和有功功率，從而可以通過調節無功控制變流器接入點的電壓，也可以通過調節有功功率電流源使得系統與裝置所交換的有功功率為零，從而保持變流器直流部分電容的電壓恒定。變流器2則負責向電力系統提供一個幅值和相位均可變的串聯電壓源，通過該電壓源控制流過線路的復功率。由于直流部分的存在，變流器1和變流器2可以獨立地控制，因此可以獨立地發出或者吸收無功功率，起到調節電力系統無功的作用。

統一潮流控制器和動態無功補償技術對提高電力系統的穩定性的機理是相同的，都是通過向電力系統補償無功，提高對系統母線電壓的調節能力而實現，在實際中，無功補償并不是越多越好，過度的欠補償和過補償都不合適，補償無功恰好等于系統的無功缺額則容易使系統產生諧振，因此在變電站中常常采用的辦法是適當的過補償，這主要是因為若采用欠補償，電力系統中的產生的感性無功增加，還是很容易導致諧振問題。

3.4 變壓器中性點經小電阻接地

變壓器中性點接地提高電力系統穩定性的原理在于，由于故障多為不對稱故障，在電力系統中發生故障時，變壓器中性點的接地電阻向故障后的電網絡增加了電阻，起到消耗發電機發出有功功率的作用，減少功率差額，減少電力系統不穩定性的因素。

變壓器中性點接地的運行方式，實質是一種電氣制動提高電力系統運行穩定性的措施，電氣制動即采用向電力系統中增加制動電阻，消耗電機發出有功功率，同樣的原理，也可以通過向發生故障后的電力系統投入較大的電阻（例如旁路電阻的接入），增加故障時候功率的消耗，提高電力系統運行穩定性。

4 系統失穩后的應對措施

設置解列點。如果上述措施都不能達到維持電力系統穩定性的目的，那么可以通過手動將電力系統解列為幾個獨立的部分，防止故障影響范圍的擴大。在系統解列的時候，應當盡量做到解列后的各個部分的電源與復合應該是基本相等的，從而保證各個獨立部分的電壓、頻率保持在正常范圍內。系統解列是不得已的措施，在系統運行參數都調整好之后，要盡快將解列的各個部分重新并列。

發電機的再同步運行。由于系統失去穩定，電力網絡部分的設備很難在短時內對其進行控制，只有從源頭出發改善穩定性情況，如果此時發電機能夠在失步之后有可能再次同步運行，那么則可以在短時內將其拉入同步。

5 結 語

電力系統的穩定性關系到電力的安全生產和運行，同時也對電力市場的經濟產生一定的影響，為了提高電力系統的穩定性，本文分析了幾種應用較多的措施。然而，不論是采用哪一種措施，都必須要考慮技術實現上的可操作性和經濟性，通過優化技術指標和經濟指標選擇合理的提高穩定性的措施，除此外，還需要考慮提高穩定性所采用的設備加入對電網中其他設備的影響。

參考文獻：

[1] 李光琦.電力系統暫態分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 李剛，程時杰.利用柔性功率調節器提高電力系統穩定性[J].中國電機工程學報，2006，26（23）.