電力系統中自動調節系統對暫態穩定的影響研究

李建芳

[摘? ? 要]電力系統在運行的過程中會受到內外多種突然的擾動，這些擾動會使得電力系統處于暫態過程中，在這個期間系統運行參數容易出現較大的變化，因此也會概念發電機輸出功率這一參數量，最終影響電力系統運行。電力系統在出現擾動之后，系統動態的穩定性會發生變化， 在較短的時間內整個電力系統就會出現不良后果，造成人員傷亡和經濟損失。電力系統在受到干擾后仍然可以恢復穩定運行狀態。那么在這樣初始狀態和干擾狀態被稱作是暫態穩定。為了保證電力系統的穩定運行，文章就電力系統中自動調節系統對暫態穩定的影響及提高穩定性控制的措施進行探究。

[關鍵詞]電力系統;自動調節系統;暫態穩定;影響;控制

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]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

電力系統暫態穩定性是指電力系統在正常運行狀態下突然遭受到較大干擾之后，能夠過渡到一個新的穩定運行狀態或者恢復到原來運行狀態的能力。影響電力系統暫態穩定性的因素包含發電機、變壓器、線路、大負荷、系統短路故障、系統段路故障等。電力系統中自動調節系統對電力系統暫態穩定性有著十分重要的影響。對原有系統電力系統運行模式的干擾和對電力系統穩定性的影響是電力系統暫態穩定運行的重要關鍵。也就是說，在一個特定電力系統運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運行模式是不穩定的。文章以電力系統的運行為基本研究切入點，就電力系統中自動調節系統對暫態穩定的影響問題進行探究。

1 電力系統中自動調節系統的作用

在電力系統暫態穩定的初期階段，會假設電力系統的機械功率恒定。這樣設定的原因有兩個：①電力系統自動調節系統的各個環節時間常數比較多，在不穩定狀態的時候來不及反應系統狀態變化。②電力系統中自動調節系統具備一定的失靈區。

2 電力系統暫態穩定

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

電力系統在運行過程中是不可避免的遭受到外界環境的影響，由此，在電力系統運行過程中暫態穩定水平是一種常態，靜態穩定水平的狀態基本上是不存在的。但是，在電力系統運行的過程中，靜態穩定水平是保證電力系統長遠、可持續運轉發展的重要因素，只有能夠保持靜態的運轉，才能夠為電力系統的暫態穩定水平狀態保持提供強有力的支持。不保持靜態穩定，系統無法運行。

在某些特殊情況下，即遇到自然條件干擾之后，電力系統的安全性、穩定性將無法保障。電力系統的運行維護人員需要思考，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穩定運行的影響。電力系統穩定控制階段示意圖如圖1所示。

3 電力系統中自動調節系統對暫態穩定的影響分析

3.1 自動調節勵磁系統對暫態穩定的影響

3.1.1 自動調節勵磁系統的作用

發電機暫態電在整個暫態過程中會保持恒定的狀態，在運行的過程中忽略了對自動調節勵磁裝置的影響。系統曲線對于擾動后最初瞬間的表現比較精準，不管勵磁是否調節，曲線在擾動之后都不會出現變化。在發電機故障消除之后，在多數情況下功率的變動都會處于一種收斂的狀態，出現發散或者由于非線性因素出現的振蕩一般會持續幾秒到幾十秒，這種穩定性被稱作是動態穩定性。引起這種振蕩的是快速勵磁系統產生的負阻尼。為了能夠提升系統的動態穩定，需要采取措施加大勵磁系統產生的正阻尼扭矩，通過在勵磁調節器中引入附加信號來看測量出發電機的轉動速度和電功率的變化。 為了能夠更好的分析暫態運動，需要在暫態運動過程中充分考慮發電機的電勢變化，即關注自動調節勵磁系統的作用。

3.1.2 自動調速系統的作用

原動機的機械功率PT會在整個暫態系統中保持恒定的狀態，這樣的考慮是根據調速系統存在失靈區提出的，因而每個環節上時間參數也會比較大。在調速系統發生動作時，系統的暫態穩定性可能已經遭受到破壞，如果沒有遭受破壞也會從一個狀態過度到另外一個運行狀態。伴隨調速系統性能的改善，失靈區域也會不斷縮小，各個環節上的時間參數會減少。這個時候可以借助調速系統原有動力機械設備的功率來提升系統暫態穩定性。

3.2 計及自動調節勵磁系統作用時的暫態穩定分析

在假設短路之后，勵磁機的勵磁電壓會在強行勵磁裝置的作用下在最短的時間內提升到最大數值狀態，這樣的狀態被界定為計及勵磁機的暫態過程，在整個系統運行的時候不會計算勵磁電路的飽和狀態。發電機待求解微分方程包含4個，分別是勵磁機的微分方程、勵磁繞組微分方程以及兩個發電機轉子運動方程。

在具體實施操作的時候這4個微分方程需要密切聯系，彼此關聯來計算出最終解。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關系，借助曲線就能夠判定出電力系統是否處于平穩的運行狀態。

4 發電機異步運行時遇得到的問題

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

（2）電力系統運行的過程中一些地方的電壓會處于較低的狀態，在這個地方會喪失大量的負荷。由于震蕩中心以及周圍電壓周期性的降低到臨近數值，這些地區的電動機會出現失速、停頓、脫離系統的現象。

（3）電力系統處于異步運行時，電壓、電流會處于不穩定的狀態，狀態嚴重的情況下會引起保護裝置的誤動作，最終會加大電力系統的事故。

5 提升電力系統發電機異步運行暫態穩定性的措施

5.1 加強對快速切除故障的應用

電力系統暫定穩定問題一般會出現在的電廠的配出線上。快速切除故障則是提升線路暫態穩定的一個重要措施，也是保障電力系統穩定運行的重要基礎條件。結合電力系統的運行原理，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暫態穩定性和極限送電功率水平。

當前結合我國電力系統運行實際情況，能夠達到最快故障切除時間不統一。其中，近端故障的切除時間不能夠超過0.1 s，遠端故障的切除時間在0.1～0.12 s。

5.2 自動重合閘

在電力系統運行中，自動重合閘的作用不僅僅在于能夠恢復因為故障斷開的線路，而且在連續故障的情況下還能夠保證電力系統的安全性、完整性，避免電力事故的擴大。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的運行穩定恢復電力，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定性。不管是怎樣形式的重合閘操作狀態，故障無法及時消除，電力系統的運行穩定、運行安全也就無法得到保障。為了能夠及時消除故障干擾，在電力系統運作的時候需要相關人員充分考慮和衡量整個電力系統的運行情況，綜合考慮外界各個因素對電力系統運行的影響。②220kV線路的重合閘方式。220kV線路一般采用三相重合閘方式。在發生接地故障時，一側會先跳開，另外一側會在零序電流的保護作用下來在第一時間切除故障，實現對電力系統的保護。③500 kV線路的重合閘方式。500 kV線路傳輸的功率占系統容量的比重大，在運行過程中，單相瞬時故障是常見的電路故障。基于線路的特點，維護線路安全運行的有效措施是單相重合閘。

5.3 提升發電機輸出的電磁功率

快速勵磁一直是一種提高暫態穩定的常用措施。在弱傳輸系統中如果對故障的切除時間做出了明確的規定，則可以選擇快速勵磁的暫態穩定方式。在采用快速勵磁的時候如果配出線路出現了短路故障，則需要相關人員及時向發電機的轉子回路提供達到極限狀態的勵磁電壓。在整個電力系統運行故障被解除之后，發電機系統的電壓會在第一時間恢復到常態化的狀態，甚至整個系統的數值還會超過額定的數值，由此經過這樣的變化影響，電力系統的暫態穩定水平得到提升。

5.4 減少原動機輸出的機械功率

（1）系統失去穩定后的運行過程。發電機和系在失去同步之后，受功角增大的影響，系統同步功率也會隨著時間的變化逐漸減小。

（2）受原本動力機械設備機械功率的變化影響，在發電機運轉功率剩余之后則是會進一步加速發電機的轉子運動，在發電機前后運行速度不一致的情況下會使得其發出的功率也表現出不一致的情況。發電機發出的異步功率會和以往動機的機械功率達到一種平衡的狀態，最終會進入穩定的異步運動狀態。

在發動機受到擾動之后回線斷路器會突然斷開，在這個期間，轉差率、異步功率會達到一種平均的狀態。在擾動之后的開始階段，轉子會經歷加速和減速的運行變化，其轉差率會出現較小的波動，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點之后轉子會進入加速運動的階段，轉差率也會不斷增加。原動機機械功率在調速器的作用下逐漸減少，發電機會進入到穩態異步的運行狀態。

6 結束語

文章結合實際就電力系統中自動調節系統對暫態穩定的影響問題進行了探究，并提出了提高電網暫態穩定性的措施。綜合比較各措施，發現快速勵磁方式的作用受限比較明顯，即只有在極弱的聯絡線上傳輸較大功率時。快速勵磁才能顯出一定效果，快速勵磁對暫態穩定的作用表現在其能夠增加制動面積，但是很難快速勵磁很難其他暫態穩定方式可能帶來的效果相比較。因此，在提高電網暫態穩定性工作中，需要相關人員在未來加強對快速勵磁方法的進一步研究。

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