淺談如何提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性
電力系統(tǒng)在運行中失去穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)嚴重的事故。為此,在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中,當經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度不夠高。就應(yīng)該采取技術(shù)措施,保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。另外,一旦系統(tǒng)失去穩(wěn)定,則應(yīng)采取相應(yīng)的措施,限制事故范圍,減小由此帶來的損失,并盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。
電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)從靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩方面來進行。一般來說,靜態(tài)穩(wěn)定程度高的系統(tǒng),暫態(tài)穩(wěn)定性也要高一些。靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)正常運行方式下維持其自身穩(wěn)定的能力,一個系統(tǒng)在正常運行方式時都不能完全保持其穩(wěn)定性,就更難保障受到大的干擾之后的穩(wěn)定性即暫態(tài)穩(wěn)定。所以為了提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性,必須采取帶有根本性的措施,即增加系統(tǒng)穩(wěn)定儲備,縮小電氣距離。對于暫態(tài)穩(wěn)定性來說,因為是考慮系統(tǒng)受到大的干擾后的穩(wěn)定性,所以保持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性比保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性更難,措施相應(yīng)多一些。我們分別從這兩方面就提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定的措施展開討論。
一、提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施
電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到某種微小的擾動且擾動消失后,不發(fā)生自激振蕩后或非同期失步。自動恢復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。
下面由簡單系統(tǒng)功—角特性方程式可知,在傳輸功率一定的情況下,發(fā)電機可能的極限功率愈大,則靜穩(wěn)定極限也愈高,相應(yīng)的靜態(tài)穩(wěn)定性能就愈好。而要提高靜穩(wěn)定極限則可以提高電源電勢和受端電壓。減小電抗。提高電源電勢和系統(tǒng)電壓,首先要求系統(tǒng)和發(fā)電機有足夠的無功電源;而要減小電抗,就要增大電源容量。同時縮短發(fā)電機和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。
1、發(fā)電機采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置
當發(fā)電機不采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置時,空載電勢Eq為常數(shù),發(fā)電機的電抗為同步電抗Xd。當采用了自動調(diào)節(jié)勵磁裝置以后,發(fā)電機可以做到Eq’或者是Vg為常數(shù)。而Eq’為常數(shù)意味著Xd減小為Xd’,而Vg為常數(shù)則意味著Xd將對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。因此,發(fā)電機裝設(shè)先進的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置就相當于縮短了發(fā)電機和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。由于裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置價格低廉,是提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施。
2、 減小線路電抗
減小線路電抗,加強系統(tǒng)之間的聯(lián)系,可以提高靜穩(wěn)定極限,提高穩(wěn)定程度。直接減小線路電抗可采用以下方法:1)、用電纜代替架空線;2)、采用擴徑導(dǎo)線;3)、采用分裂導(dǎo)線。前面兩種方法因投資過高或其他技術(shù)問題,尚難普遍實現(xiàn)。所以,直接減小線路電抗的方法主要是采用分裂導(dǎo)線。例如對于500kV架空線路,當采用單根導(dǎo)線時電抗大約為0.43Ω/km;采用三分裂導(dǎo)線時約為0.3Ω/km;電抗值下降了三分之一。因此,220kV及以上系統(tǒng)多采用分裂導(dǎo)線。
3、 提高線路額定電壓等級
從功—角特性方程可看出,提高線路額定電壓等級,可提高靜穩(wěn)定極限,提高靜態(tài)穩(wěn)定的水平。但提高電壓等級需要增加投資,尤其需要系統(tǒng)有足夠的無功電源。
4、 采用串聯(lián)電容器補償
串聯(lián)電容器補償可由于調(diào)壓,也可以通過減少線路電抗來提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。在后一種情況下,應(yīng)通過計算決定其補償度。一般來說,補補償度愈大,線路等效電抗愈小,對于提高穩(wěn)定性有利。但補償度過大時將出現(xiàn)一系列的問題:造成阻尼功率系數(shù)D為負,引起系統(tǒng)自發(fā)性低頻振蕩,容易是發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁,給繼電保護運行造成困難,增大短路電流等??紤]以上因素,用于提高穩(wěn)定性的串聯(lián)電容器補償?shù)难a償度一般應(yīng)小于0.5.
串聯(lián)電容器補償一般采用集中補償。對于雙電源線路裝于中點,對于單電源線路裝于末端。
5、 改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu),加強系統(tǒng)聯(lián)系,可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。其方法有:1)、增加輸電線路回路,減小線路電抗;2)、加強線路兩端各自系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系,減小系統(tǒng)等效內(nèi)抗;3)、接入中間電力系統(tǒng),這樣可將長距離輸電線中間的電壓維持恒定,相當于將輸電線路分段,從而也減小了電抗;4)、在輸電線路中間的降壓變壓器裝設(shè)同期調(diào)相機,且同期調(diào)相機配有先進的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置,可以維持其端電壓,甚至變電站高壓母線電壓為恒定。這樣,也相當于長距離輸電線路的分段,減小了線路電抗。
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