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1、第十章 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的概念一、安全性電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的是，保證電力系統(tǒng)能以質(zhì)量合格的電能充分地對(duì)用戶連續(xù)供電。1、電力系統(tǒng)可靠性指一個(gè)長時(shí)間連續(xù)供電地概率，是按時(shí)間的平均特性的函數(shù)，術(shù)語電力系統(tǒng)規(guī)劃范疇的問題。2、電力系統(tǒng)安全性表明電力系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)抗干擾的特性，即在事故條件下連續(xù)供電的能力，是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行應(yīng)解決的問題。由于各種干擾和無法預(yù)計(jì)的原因，絕對(duì)不發(fā)生事故是不可能的。安全性是指一個(gè)能夠連續(xù)供電的電力系統(tǒng)必須具有經(jīng)受一定干擾和事故的能力。當(dāng)出現(xiàn)預(yù)先規(guī)定性質(zhì)和規(guī)模的干擾或事故后，電力系統(tǒng)憑借其本身的抗干擾能力和繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的作用和調(diào)度運(yùn)行人員的控

2、制和操作，仍能保持連續(xù)供電。一個(gè)安全的電力系統(tǒng)，不僅要求能經(jīng)受特定的事故，也要求在嚴(yán)重事故情況下能夠盡量縮小事故范圍，并能盡快消除事故造成的后果，恢復(fù)正常供電。二、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在擾動(dòng)后系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)動(dòng)機(jī)能夠保持并列同步運(yùn)行的能力。穩(wěn)定性是安全性的一個(gè)重要條件。/*什么是發(fā)電機(jī)的同步運(yùn)行？同步運(yùn)行指所有發(fā)發(fā)電機(jī)以相同的頻率旋轉(zhuǎn)，任2臺(tái)發(fā)電機(jī)的功角差保持在一個(gè)小的范圍內(nèi)波動(dòng)。*/三、影響安全性的因素1、電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)因素電網(wǎng)的供需應(yīng)平衡，發(fā)電容量應(yīng)與負(fù)荷增長相適應(yīng)，并留有一定的備用容量。增強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。常見的電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)：距離過長的單回線路、高低壓電磁環(huán)網(wǎng)、弱聯(lián)系大環(huán)網(wǎng)、過弱的受

3、端系統(tǒng)、主要電源t接。2、設(shè)備元件問題。設(shè)備故障、檢修或未能按時(shí)到位，導(dǎo)致采用臨時(shí)措施。不如正常的運(yùn)行方式備用能力充足。盡量保持設(shè)備完好，檢修時(shí)妥善安排運(yùn)行方式保證合理的運(yùn)行備用。3、繼電保護(hù)的問題隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜化，保護(hù)設(shè)施更加復(fù)雜，保護(hù)整定與配合更加困難，導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)、拒動(dòng)增多，從而造成供電中斷或事故擴(kuò)大。采用新的保護(hù)原理，減小設(shè)備復(fù)雜性。增加保護(hù)自診斷能力。4、運(yùn)行人員與調(diào)度系統(tǒng)在事故狀態(tài)下，大量信息涌向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，需要有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)度員從事故信息中準(zhǔn)確判斷事故原因并作出正確處理。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)準(zhǔn)確收集信息，事故狀態(tài)下能進(jìn)行信息過濾。對(duì)調(diào)度員進(jìn)行培訓(xùn)，提高事故條件下的反應(yīng)能力。5、運(yùn)行

4、管理不合理的運(yùn)行方式使得電力系統(tǒng)缺少足夠的運(yùn)行備用，在干擾條件下引發(fā)大的事故。加強(qiáng)運(yùn)行方式研究，進(jìn)行事故預(yù)想，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全儲(chǔ)備。四、安全運(yùn)行的要求1、當(dāng)發(fā)生某些預(yù)計(jì)的故障（如雙回線或環(huán)網(wǎng)中某線路單相故障）時(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)保持安全運(yùn)行，不影響對(duì)用戶的供電（系統(tǒng)頻率不低于規(guī)定值，電網(wǎng)各母線電壓不低于與規(guī)定值，不中斷用戶供電）。2、當(dāng)發(fā)生某些預(yù)計(jì)的故障（如某單回線單相故障）時(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)保持安全運(yùn)行，部分影響對(duì)用戶的供電。3、允許故障后局部系統(tǒng)短時(shí)間非同步運(yùn)行。4、當(dāng)發(fā)生某些不可預(yù)料的事故（保護(hù)拒誤動(dòng)，斷路器拒誤動(dòng)，多重故障），系統(tǒng)無法保持安全運(yùn)行，必須盡量減小事故范圍，防止系統(tǒng)崩潰，使切除

5、負(fù)荷盡可能少。5、系統(tǒng)因故解列為幾個(gè)部分后，必須保持各部分安全運(yùn)行，不使發(fā)生電壓或頻率崩潰，并盡快恢復(fù)同步并列。五、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行功能1、安全監(jiān)視準(zhǔn)確收集系統(tǒng)真實(shí)狀態(tài)，使調(diào)度運(yùn)行人員能準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。2、安全分析在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)及預(yù)測的未來狀態(tài)的安全水平作出分析和判斷。必須依靠計(jì)算機(jī)編制安全分析程序。3、安全控制在電力系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)下，為保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行說進(jìn)行的各種條件、校正和控制功能。2 安全分析3 安全控制一、正常狀態(tài)下的安全控制控制目的是使系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)維持在規(guī)定范圍內(nèi)，以滿足對(duì)負(fù)荷正常供電的需要。1、正常調(diào)度運(yùn)行功能（1）監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)（2）根據(jù)日負(fù)

6、荷曲線進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)2、確定安全界限（1）系統(tǒng)最小旋轉(zhuǎn)備用出力（2）系統(tǒng)最小冷備用出力（3）線路兩側(cè)電壓相角差安全限值（4）線路、變壓器的功率潮流安全限值當(dāng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)超出安全限值時(shí)應(yīng)報(bào)警。3、預(yù)想事故以一組事先確定的假想事故為基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)未來的安全性進(jìn)行分析。如果假想事故發(fā)生，系統(tǒng)仍能保持安全運(yùn)行，則認(rèn)為系統(tǒng)是安全的，若系統(tǒng)進(jìn)入警戒或緊急狀態(tài)，則認(rèn)為是不安全的。若判斷系統(tǒng)不安全，調(diào)度員需采取相應(yīng)的措施，如改變運(yùn)行方式，增加系統(tǒng)運(yùn)行儲(chǔ)備等。此種方法也能檢查系統(tǒng)在事故條件下的安全儲(chǔ)備能力。實(shí)現(xiàn)此功能要求對(duì)電力系統(tǒng)下一時(shí)刻可能出現(xiàn)的各種事故進(jìn)行快速詳盡的分析，必須利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，并且要求安全分

7、析的算法快速、準(zhǔn)確。例如，可以將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障分為2類。1類故障較輕共131種，包括斷開單臺(tái)發(fā)電機(jī)12種，斷開單臺(tái)變壓器16種，線路故障33種，母線故障70種；2類故障為復(fù)雜故障共169種，如同桿雙回線故障等。預(yù)想事故分析通常定時(shí)運(yùn)行，由上例可以看出，由于預(yù)想故障很多，所以安全分析算法一定要快速才能滿足實(shí)際運(yùn)行的要求。二、緊急狀態(tài)的安全控制控制目的：迅速抑制事故及電力系統(tǒng)異常狀態(tài)的發(fā)展和擴(kuò)大，盡量縮小故障持續(xù)時(shí)間及其對(duì)系統(tǒng)非故障部分的影響，使電力系統(tǒng)維持和恢復(fù)到合理的運(yùn)行水平。1、選擇性切除故障階段2、防止事故擴(kuò)大階段（一）防止頻率崩潰1、什么是頻率崩潰？如果負(fù)荷突然增大或系統(tǒng)主要電源斷開

8、，導(dǎo)致電力系統(tǒng)有功嚴(yán)重不平衡，會(huì)引起頻率大幅度下降。由于頻率下降，發(fā)電廠的輔機(jī)不能正常工作，若不采取措施恢復(fù)頻率，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠輔機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)解列，頻率進(jìn)一步下降，最終導(dǎo)致頻率崩潰，系統(tǒng)瓦解。2、應(yīng)對(duì)措施（1）安排合理的旋轉(zhuǎn)備用出力，安排一定容量可以快速啟動(dòng)的備用機(jī)組。當(dāng)頻率下降較大時(shí)迅速投入備用容量。（2）在電力系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)低頻減載裝置。按系統(tǒng)頻率分級(jí)切除負(fù)荷。一般各級(jí)切除的總負(fù)荷為系統(tǒng)總負(fù)荷的3050，先切除次要負(fù)荷，再切除次重要負(fù)荷。（3）在系統(tǒng)頻率大幅度下降時(shí)，先使一臺(tái)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，保證本廠的輔機(jī)正常工作和機(jī)端負(fù)荷的正常供電，避免系統(tǒng)頻率過低造成整個(gè)電廠與系統(tǒng)解列。（二）

9、防止電壓崩潰1、什么是電壓崩潰？由于系統(tǒng)無功電源的突然切除，或在無功不足的系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷增大使電壓下降到極限電壓時(shí)會(huì)發(fā)生電壓崩潰。電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷，部分線路、變壓器或發(fā)電機(jī)因嚴(yán)重過載而斷開，導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。2、應(yīng)對(duì)措施待添加的隱藏文字內(nèi)容3（1）電壓崩潰時(shí)間一般較長，有足夠的時(shí)間采取措施。（2）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，提高發(fā)電機(jī)無功出力?；蛲度雮溆脵C(jī)組。（3）調(diào)節(jié)變壓器分接頭，提高樞紐點(diǎn)電壓水平（4）投入無功補(bǔ)償容量，增加系統(tǒng)無功電源，提高電壓控制點(diǎn)電壓水平。（5）電壓仍不能恢復(fù)時(shí)，可根據(jù)設(shè)定電壓值和時(shí)延切除電壓最低點(diǎn)的部分負(fù)荷。（三）線路變壓器斷開和過負(fù)荷1、后果：單端供電線路斷開會(huì)造成用戶供

10、電中斷；聯(lián)絡(luò)線斷開會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)解列；并行雙回線一條線路斷開會(huì)導(dǎo)致另一線過載。2、對(duì)策（1）增加自動(dòng)重合閘裝置。對(duì)架空線路的瞬時(shí)故障，利用自動(dòng)重合閘重新投入線路，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。（2）變壓器斷開和電纜線路斷開不能自動(dòng)重合閘，只能先排除故障，然后合閘。（3）某些線路或變壓器斷開會(huì)造成相關(guān)支路過載，必須相應(yīng)調(diào)整運(yùn)行方式消除過載。（四）穩(wěn)定控制1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞是事故造成的最嚴(yán)重后果，穩(wěn)定破壞造成系統(tǒng)振蕩，最終導(dǎo)致系統(tǒng)解列。2、對(duì)策：（1）迅速切除失步機(jī)組。一般對(duì)水輪機(jī)組有效，因?yàn)樗啓C(jī)組能很快重新并網(wǎng)。（2）電氣制動(dòng)。故障切除后，發(fā)電機(jī)電磁功率下降，發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)輸入功率遠(yuǎn)大于電磁功率時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)加

11、速導(dǎo)致失步。人為地在發(fā)電機(jī)母線對(duì)地接一電阻，吸收發(fā)電機(jī)的過剩功率。（3）快關(guān)汽門。發(fā)電機(jī)電磁功率下降時(shí)，相應(yīng)快速減少原動(dòng)機(jī)輸入功率以避免發(fā)電機(jī)加速。（4）快速勵(lì)磁系統(tǒng)。故障情況下，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降低導(dǎo)致電磁功率減小，采用快速勵(lì)磁，使機(jī)端電壓在暫態(tài)過程中保持頂值。增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器pss，在勵(lì)磁系統(tǒng)引入系統(tǒng)振蕩信號(hào)，還可在故障干擾后很快衰減振蕩。（5）投入線路串聯(lián)電容。故障情況下，輸電線路中短時(shí)間接入串聯(lián)電容器，補(bǔ)償線路電抗，可暫時(shí)提高線路的輸送容量，提高暫態(tài)穩(wěn)定性。（五）防止系統(tǒng)振蕩1、發(fā)電機(jī)失磁或非同步合閘或周期性的負(fù)荷擾動(dòng)都可能造成電力系統(tǒng)振蕩。振蕩發(fā)生時(shí)，發(fā)電機(jī)、線路的功率，電流，母線電壓都會(huì)發(fā)生不同程度的波動(dòng)，振蕩中心波動(dòng)最大。2、平息振蕩的方法（1）恢復(fù)同步。頻率不同是系統(tǒng)振蕩的主要原因?；謴?fù)同步使頻率不同的系統(tǒng)頻率盡量接近，最終拖入同步。（2）系統(tǒng)解列。選取合適的地點(diǎn)解列系統(tǒng)，使頻率不同的系統(tǒng)解列。三、恢復(fù)狀態(tài)的安全控制控