提高电力系统稳定性的措施

电力系统稳定性问题 当系统在某一正常稳定运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的运行状态的问题

分类： 电压稳定行 频率稳定性 功角稳定性

功角稳定性 发电机之间失去同步，造成发电机转子之间角度的单调增加或增幅震荡，由于发电机的转子角度习惯上称为功角，因此这类稳定性问题常称为功角稳定性

功角稳定性 小干扰稳定性又称电力系统静态稳定性 大干扰稳定性又称暂态稳定性

提高电力系统小干扰稳定性的措施 通过对单机无穷大系统小干扰稳定性的分析可知：减小 可以提高系统的小干扰稳定极限。因此加强电气联系，缩短“电气距离”，就成为提高电力系统小干扰稳定性的基本措施，可以由以下几种途径实现：

采用分裂导线 采用更高电压等级的线路 采用串联电容补偿 采用励磁调节器

采用更高电压等级的线路可以有效地减少线路电抗的标幺值。当选取线路的额定电压 为基准电压，即 时 ，在统一的基准容量下线路电抗的标幺值为： 由此可见，线路电抗的标幺值与其额定电压的平方成反比 暂态

采用更高电压等级的线路可以有效减小线路电抗标幺值。

暂态稳定性 当受到大的扰动时，由于系统的结构或参数发生了较大的变化，使得系统的潮流及各发电机的输出功率也随之发生变化，从而打破了原动机和发电机之间的功率平衡，在发电机轴上产生不平衡转矩，导致转子加速或减速，随之引起各发电机功率，转速及转子间相对角的变化，同时，发电机端电压和定子电流的变化引起励磁调节系统的调节等一系列的变化，形成了一个以发电机转子机械运动和电磁功率变化为主的机电暂态过程

针对以上现象，提高电力系统暂态稳定性的措施，一般首先考虑的是减小干扰后不平衡功率的临时措施： 改变制动（电磁）功率 改变原动（机械）功率

改变制动功率 故障的快速切除和自动重合闸装置的应用 对发电机实行强行励磁 电气制动 变压器中性点经小电阻接地 输电线路设置开关站 输电线路采用强行串联电容补偿

（一）故障的快速切除及自动重合闸装置的应用 故障的快速切除缩短了故障持续时间，从功-角特性曲线可以看出减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机并列运行的稳定性。另外，也可使负荷中的电机端电压迅速回升，减小电动机失速和停顿的危险

功角特性曲线 故障切除过晚

电力系统中故障切除时间是由继电保护装置的动作时间和断路器动作时间的总和决定的。 电力系统的故障，特别是高压输电线路的故障大多数是短路故障，而这些故障大多数有是瞬时性的。采用自动重合闸装置先切除故障，经过一定时间再合上断路器，若故障消失则重合闸成功。这个措施可以提高供电的可靠性。

自动重合闸成功可以使减速面积增加，且动作越快对暂态稳定性越有利但重合闸的时间取决于电力系统稳定性的要求，故障点电弧的去游离时间，故障形式，断路器的性能等。 重合不成功 重合成功

在中性点接地的超高压接地输电线中，其短路故障绝大多数是单相短路接地故障，因此在这些线路上往往采用单相自动重合闸，切除故障相而不是三相，从切除故障到重合闸前的一段时间内，送电端的发电厂和受端系统也没有完全失去联系，因此可以提高稳定性。 单相重合 三相重合

必须指出的是，采用单相自动重合闸时去游离的时间要比采用三相重合闸时有所加长，因为切除一相后其余两相仍处于带电状态，尽管故障电流被切断，潜供电流可维持电弧的燃烧，对去游离不利

（二）对发电机施行强行励磁 发电机都具有强行励磁装置，以保证当系统发生故障而发电机端电压低于85%—90%额定电压时迅速而大幅度的增加励磁，从而提高发电机电动势，增加发电机输出的电磁功率。

（三）电气制动 电气制动时在系统发生故障后迅速的投入电阻以消耗发电机的有功功率（增大发电机的电磁功率），从而减少功率差额。图示为两种制动电阻的接入方式。 串联接入 并联接入 两种制动电阻的接入方式

电气制动作用可用等面积定则解释，但是制动电阻的大小及投入时间要选择恰当，否则或者会发生前制动或者会发生过制动，发电机虽在第一次震动中没有失步，但却在切除故障和切除制动电阻后的第二次震荡中失步。 无电气制动 有电气制动 过制动

因此在采用电气制动时应经过一系列的计算来选择电气制动。 （四）变压器中性点经小电阻接地 变压器中性点经小电阻接地是不对称接地故障时的电气制动。因为变压器中性点串接了电阻，出现不对称故障时，零序电流流过变压器中性点电阻引起了附加的功率损耗。这对应于故障期间的功率特性Ⅱ升高，因为变压器中性点电阻反映在正序增广网络的附加阻抗中。 与电气制动类似，变压器中性点的小电阻必须经过计算来确定电阻值

系统图 零序网络 正序增广网络

（五）输电线路设置开关站 对双回路的输电线路，故障切除一回路时，线路阻抗将增大一倍，故障后的功率极限要降低很多，这对暂态稳定和故障后的静态稳定都是不利的。特高压远距离输电线路的阻抗占系统总阻抗的比例很大，这种影响就更大。如果在线路中间这只开关站，把线路分成几段，故障时仅切除一段，则线路阻抗增加的较少，对稳定性是有利的。

（六）输电线路采用强行串联电容补偿 利用电容器容抗与输电线路感抗相反的性质，在输电线路上串连接入电容来减小线路的等效电抗。 由于考虑继电保护正确动作和引起次同期谐振等因素，串联电容的补偿度Kc一般小于0.35

改变原动功率 快速的自动调速系统或者快速关闭进汽门 连锁切除部分发电机 合理选择远距离输电系统的运行接线

（一）快速的自动调速系统或者快速关闭汽门 现有的原动机调节器都具有一定的机械惯性和存在失灵区，因而其调节作用有一定的迟滞。加之原动机本身从调节器改变输入工质的数量到它的输出转矩发生相应的变化需要一定的时间，所以，即使是动作较快的汽轮机调节器，它对暂态稳定的第一个摇摆周期的影响也很小。 目前已在使用的有汽轮发电机的快速动作汽门。发生短路时，保护装置或专门的检测控制装置使汽门动作，使原动机的功率下降，并在功率角开始减小是重新开放汽门

快速关闭汽门时，原动机的机械功率变为曲线PT‘ ，加速面积由原来的abcd点包围的面积变为abcd’包围的面积，而减速面积由deh点包围的面积增大到d’ehh’包围的面积

（二）连锁切除部分发电机 如果系统备用容量足够，在切除故障线路的同时，连锁切除部分发电机，相当于减少了等效发电机组原动机功率。 但是，由于切除部分发电机，系统失去了部分电源，系统频率和电压会下降，可能会引起频率崩溃或电压崩溃，最终导致系统失去稳定。为防止这种情况，切除部分发电机后可以连锁切除部分负荷，或者根据频率和电压下降的情况切除负荷。

（三）合理选择远距离输电系统的运行接线 远方发电厂向系统中心输电常常采用多回路输电方式。但在运行中，从提高系统暂态稳定性的角度宜选用机组单元接线或扩大单元方式向远方的负荷中心输电。 较之将电厂所有机组都连接在工作母线上并联向远方中心输电的方式，其优点在于：当某单元的输电线发生短路时，对其他单元的影响很小，可以极大的提高系统暂态稳定性。 但该接线方式在线路故障切除后会使系统失去部分电源，如果系统有功备用容量不足，会使系统出现较大的功率缺额，导致对部分用户的中断供电

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