摘 要：電網(wǎng)是一個龐大的系統(tǒng)，隨著社會的發(fā)展，用電量不斷增加，電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性不僅僅關(guān)系到電力系統(tǒng)自身的運行安全，同時也關(guān)系到國民生產(chǎn)的經(jīng)濟性。由于電力系統(tǒng)無時無刻不受到外界因素的干擾，電力系統(tǒng)承受干擾的能力有待提高。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定性；電力系統(tǒng)；無功補償

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

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小干擾之后，不會發(fā)生自發(fā)振蕩或者非周期性失步，自動地恢復(fù)到原始運行狀態(tài)的能力。電力市場的發(fā)展和跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)帶來經(jīng)濟效益的同時，也對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性帶來了一定的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)互聯(lián)使得電力系統(tǒng)動態(tài)行為的分析更加復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象時，局部的不穩(wěn)定或故障容易波及到更大的范圍，維護更困難，帶來的經(jīng)濟損失也會相應(yīng)加大。新能源的接入技術(shù)尚不成熟，這類電源對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了一定的影響。

電力系統(tǒng)運行的絕對穩(wěn)定是不存在的，時時刻刻都存在著干擾，如：電力系統(tǒng)的負(fù)荷的變化、由于風(fēng)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(tǒng)運行產(chǎn)生干擾。了解電力系統(tǒng)動態(tài)行為，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是電力技術(shù)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(tǒng)的運行至關(guān)重要。提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)發(fā)展的必要前提，也是電力市場穩(wěn)步發(fā)展的依賴條件。因此如何提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個值得探討的問題。

1 電力系統(tǒng)失穩(wěn)的原因

{1}突然大負(fù)荷轉(zhuǎn)移引起連鎖反應(yīng)。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不完善，當(dāng)某一回線路發(fā)生跳閘時，該線路所帶的負(fù)荷轉(zhuǎn)移疊加到臨近的線路上，容易造成電力系統(tǒng)振蕩，甚至線路連鎖跳閘，從而不穩(wěn)定性擴大到整個電網(wǎng)。

{2}系統(tǒng)故障切除速度較慢。當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)局部故障時，如果由于保護動作不迅速，此故障線路或設(shè)備對其他設(shè)備的運行造成了影響，此時電力系統(tǒng)運行的狀態(tài)發(fā)生較大改變，出現(xiàn)不穩(wěn)定性現(xiàn)象。

{3}發(fā)電設(shè)備功角穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)正常運行的重要標(biāo)志是系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機均同步運行，如果機組間運行不同步，則電力系統(tǒng)的電壓、電流和功率都會出現(xiàn)周期性的大幅度振蕩，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能向用戶正常供電。

2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的意義

電力系統(tǒng)是發(fā)、輸、配、用電設(shè)備組合在一起的整體，在電力系統(tǒng)中，各個設(shè)備之間是相互聯(lián)系的，如果某一臺設(shè)備發(fā)生運行狀態(tài)改變都會影響到其他的設(shè)備甚至?xí)罢麄€電網(wǎng)。

電力系統(tǒng)一旦失去穩(wěn)定，發(fā)電和用電都不能保證正常，電力系統(tǒng)失穩(wěn)一般伴隨著電力系統(tǒng)運行參數(shù)的改變，此時對電力系統(tǒng)二次設(shè)備的正常運行帶來了沖擊，例如電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時很可能觸發(fā)保護裝置，然而此時電力系統(tǒng)并沒有發(fā)生故障，那么就造成了保護誤動，而很有可能在真正發(fā)生故障的時候，由于保護不能及時返回而出現(xiàn)保護拒動。

電力系統(tǒng)失穩(wěn)往往降低電能質(zhì)量，電壓頻率偏移，波形畸變這些對電力設(shè)備以及用電設(shè)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(shè)備諧波的影響下容易生產(chǎn)出殘次品，對社會生產(chǎn)造成損失。

供電的穩(wěn)定性關(guān)系到電力市場的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性對供電穩(wěn)定性有著直接的影響作用，供電不穩(wěn)定，用戶、售電部門會遭受經(jīng)濟損失。電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定的裕度是進行優(yōu)化調(diào)度的先決條件，優(yōu)化調(diào)度有利于降低網(wǎng)損，提高經(jīng)濟效益。

根據(jù)國家電力信息網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，在2011年，1～7月份全國的電網(wǎng)全社會用電量為26869億kW，同比增長12.15%，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3 提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的措施

3.1 快速切除故障及重合閘裝置的利用

開關(guān)設(shè)備和繼電保護設(shè)備的動作特性對電力系統(tǒng)故障的快速切除、提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。

保護設(shè)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(fā)電機越過運行穩(wěn)定區(qū)（運行功角小于），另一方面，由于電力系統(tǒng)中發(fā)生故障后一些設(shè)備由于承受過大電流容易發(fā)生過熱甚至起火、爆炸，引發(fā)更加嚴(yán)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(tǒng)設(shè)備損壞，防止事故擴大，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了減少保護的動作時間應(yīng)該從提高繼電保護設(shè)備的性能上著手。相關(guān)研究表明，對于某一雙回線路，當(dāng)線路一段發(fā)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(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定臨界值從45%提高到82%，單相短路故障時，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定臨界值從94%提高到98%。

根據(jù)實際運行經(jīng)驗可知，電力系統(tǒng)中的故障多數(shù)是短路故障，并且這些故障多數(shù)是暫時性的，若采用自動重合閘裝置可以再發(fā)生故障的線路上斷路器跳開之后經(jīng)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(tǒng)穩(wěn)定性也具有重要的意義。

3.2 動態(tài)無功補償技術(shù)

無功不足會導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓跌落，甚至發(fā)生電壓崩潰，無功調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性具有關(guān)鍵的作用，無功調(diào)節(jié)不能發(fā)揮作用時，電力系統(tǒng)母線電壓會隨著運行方式的變化而發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致網(wǎng)損增加，電壓不合格率提高。為了提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，需要通過一定的技術(shù)手段向電力系統(tǒng)補償一定的無功。

主要的無功補償設(shè)備有：調(diào)相機、靜止無功補償器（SVC）、統(tǒng)一潮流控制器、可控硅串聯(lián)補償器等設(shè)備。由于調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，維護困難，現(xiàn)在一般不再安裝新的調(diào)相機。靈活交流輸電技術(shù)是現(xiàn)在的一項新技術(shù)，由于電力電子元器件的發(fā)展，無功補償器能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性和平滑性。由于電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)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(tǒng)的無功進行補償，動態(tài)補償是一個較好的解決方案，控制理論的發(fā)展可以對無功補償設(shè)備進行適應(yīng)性控制，實現(xiàn)電力系統(tǒng)無功的動態(tài)補償。

3.3 統(tǒng)一潮流控制器的在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中的作用

統(tǒng)一潮流控制器也是電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它具有多種補償功能，串聯(lián)補償、并聯(lián)補償、端電壓調(diào)節(jié)等基本功能，并且這些功能可以綜合起來應(yīng)用，實現(xiàn)更加復(fù)雜的調(diào)節(jié)功能。統(tǒng)一潮流控制器本質(zhì)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(tǒng)，其中變流器1可以等值為兩個并聯(lián)電流源，分別向系統(tǒng)注入無功功率和有功功率，從而可以通過調(diào)節(jié)無功控制變流器接入點的電壓，也可以通過調(diào)節(jié)有功功率電流源使得系統(tǒng)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(fù)責(zé)向電力系統(tǒng)提供一個幅值和相位均可變的串聯(lián)電壓源，通過該電壓源控制流過線路的復(fù)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(fā)出或者吸收無功功率，起到調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)無功的作用。

統(tǒng)一潮流控制器和動態(tài)無功補償技術(shù)對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的機理是相同的，都是通過向電力系統(tǒng)補償無功，提高對系統(tǒng)母線電壓的調(diào)節(jié)能力而實現(xiàn)，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(tǒng)的無功缺額則容易使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，因此在變電站中常常采用的辦法是適當(dāng)?shù)倪^補償，這主要是因為若采用欠補償，電力系統(tǒng)中的產(chǎn)生的感性無功增加，還是很容易導(dǎo)致諧振問題。

3.4 變壓器中性點經(jīng)小電阻接地

變壓器中性點接地提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的原理在于，由于故障多為不對稱故障，在電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，變壓器中性點的接地電阻向故障后的電網(wǎng)絡(luò)增加了電阻，起到消耗發(fā)電機發(fā)出有功功率的作用，減少功率差額，減少電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性的因素。

變壓器中性點接地的運行方式，實質(zhì)是一種電氣制動提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的措施，電氣制動即采用向電力系統(tǒng)中增加制動電阻，消耗電機發(fā)出有功功率，同樣的原理，也可以通過向發(fā)生故障后的電力系統(tǒng)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(tǒng)運行穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)失穩(wěn)后的應(yīng)對措施

設(shè)置解列點。如果上述措施都不能達到維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，那么可以通過手動將電力系統(tǒng)解列為幾個獨立的部分，防止故障影響范圍的擴大。在系統(tǒng)解列的時候，應(yīng)當(dāng)盡量做到解列后的各個部分的電源與復(fù)合應(yīng)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(nèi)。系統(tǒng)解列是不得已的措施，在系統(tǒng)運行參數(shù)都調(diào)整好之后，要盡快將解列的各個部分重新并列。

發(fā)電機的再同步運行。由于系統(tǒng)失去穩(wěn)定，電力網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)備很難在短時內(nèi)對其進行控制，只有從源頭出發(fā)改善穩(wěn)定性情況，如果此時發(fā)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(nèi)將其拉入同步。

5 結(jié) 語

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系到電力的安全生產(chǎn)和運行，同時也對電力市場的經(jīng)濟產(chǎn)生一定的影響，為了提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文分析了幾種應(yīng)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(shù)實現(xiàn)上的可操作性和經(jīng)濟性，通過優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)選擇合理的提高穩(wěn)定性的措施，除此外，還需要考慮提高穩(wěn)定性所采用的設(shè)備加入對電網(wǎng)中其他設(shè)備的影響。

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