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)安全運行的目的是，保證電力系統(tǒng)能以質量合格的電能充分地對用戶連續(xù)供電。1、電力系統(tǒng)可靠性指一個長時間連續(xù)供電地概率，是按時間的平均特性的函數，術語電力系統(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)短時間內抗干擾的特性，即在事故條件下連續(xù)供電的能力，是電力系統(tǒng)實時調度運行應解決的問題。由于各種干擾和無法預計的原因，絕對不發(fā)生事故是不可能的。安全性是指一個能夠連續(xù)供電的電力系統(tǒng)必須具有經受一定干擾和事故的能力。當出現預先規(guī)定性質和規(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、自動裝置的作用和調度運行人員的控制和操作，仍能保持連續(xù)供電。一個安全的電力系統(tǒng)，不僅要求能經受特定的事故，也要求在嚴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)在擾動后系統(tǒng)內所有發(fā)動機能夠保持并列同步運行的能力。穩(wěn)定性是安全性的一個重要條件。/什么是發(fā)電機的同步運行同步運行指所有發(fā)發(fā)電機以相同的頻率旋轉，任2臺發(fā)電機的功角差保持在一個小的范圍內波動。/三、影響安全性的因素1、電力系統(tǒng)規(guī)劃設計因素電網的供需應平衡，發(fā)電容量應與負荷增長相適應，并留有一定的備用容量。增強電網結構。常見的電網薄弱環(huán)節(jié)距離過長的單回線路、高低壓電磁環(huán)網、弱聯系大環(huán)網、過弱的受端系統(tǒng)、主要電源T接。2、設備元件問題。設備故障、檢修或未能按時到位，導致采用臨時措施。不如正常的運行方式備用能力充足。盡量保持設備完好，檢修時妥善安排運行方式保證合理的運行備用。3、繼電保護的問題隨著電力系統(tǒng)復雜化，保護設施更加復雜，保護整定與配合更加困難，導致保護的誤動、拒動增多，從而造成供電中斷或事故擴大。采用新的保護原理，減小設備復雜性。增加保護自診斷能力。4、運行人員與調度系統(tǒng)在事故狀態(tài)下，大量信息涌向調度自動化系統(tǒng)，需要有經驗的調度員從事故信息中準確判斷事故原因并作出正確處理。調度自動化系統(tǒng)準確收集信息，事故狀態(tài)下能進行信息過濾。對調度員進行培訓，提高事故條件下的反應能力。5、運行管理不合理的運行方式使得電力系統(tǒng)缺少足夠的運行備用，在干擾條件下引發(fā)大的事故。加強運行方式研究，進行事故預想，提高系統(tǒng)運行的安全儲備。四、安全運行的要求1、當發(fā)生某些預計的故障（如雙回線或環(huán)網中某線路單相故障）時，整個電力系統(tǒng)保持安全運行，不影響對用戶的供電（系統(tǒng)頻率不低于規(guī)定值，電網各母線電壓不低于與規(guī)定值，不中斷用戶供電）。2、當發(fā)生某些預計的故障（如某單回線單相故障）時，整個電力系統(tǒng)保持安全運行，部分影響對用戶的供電。3、允許故障后局部系統(tǒng)短時間非同步運行。4、當發(fā)生某些不可預料的事故（保護拒誤動，斷路器拒誤動，多重故障），系統(tǒng)無法保持安全運行，必須盡量減小事故范圍，防止系統(tǒng)崩潰，使切除負荷盡可能少。5、系統(tǒng)因故解列為幾個部分后，必須保持各部分安全運行，不使發(fā)生電壓或頻率崩潰，并盡快恢復同步并列。五、調度自動化系統(tǒng)的安全運行功能1、安全監(jiān)視準確收集系統(tǒng)真實狀態(tài)，使調度運行人員能準確掌握系統(tǒng)的運行狀況。2、安全分析在安全監(jiān)視的基礎上對實時狀態(tài)及預測的未來狀態(tài)的安全水平作出分析和判斷。必須依靠計算機編制安全分析程序。3、安全控制在電力系統(tǒng)各種運行狀態(tài)下，為保證電力系統(tǒng)安全運行說進行的各種條件、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)運行參數維持在規(guī)定范圍內，以滿足對負荷正常供電的需要。1、正常調度運行功能（1）監(jiān)視電網運行狀態(tài)（2）根據日負荷曲線進行控制和調節(jié)2、確定安全界限（1）系統(tǒng)最小旋轉備用出力（2）系統(tǒng)最小冷備用出力（3）線路兩側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實際運行參數超出安全限值時應報警。3、預想事故以一組事先確定的假想事故為基礎，對電力系統(tǒng)未來的安全性進行分析。如果假想事故發(fā)生，系統(tǒng)仍能保持安全運行，則認為系統(tǒng)是安全的，若系統(tǒng)進入警戒或緊急狀態(tài)，則認為是不安全的。若判斷系統(tǒng)不安全，調度員需采取相應的措施，如改變運行方式，增加系統(tǒng)運行儲備等。此種方法也能檢查系統(tǒng)在事故條件下的安全儲備能力。實現此功能要求對電力系統(tǒng)下一時刻可能出現的各種事故進行快速詳盡的分析，必須利用計算機實現，并且要求安全分析的算法快速、準確。例如，可以將系統(tǒng)可能出現的故障分為2類。1類故障較輕共131種，包括斷開單臺發(fā)電機12種，斷開單臺變壓器16種，線路故障33種，母線故障70種；2類故障為復雜故障共169種，如同桿雙回線故障等。預想事故分析通常定時運行，由上例可以看出，由于預想故障很多，所以安全分析算法一定要快速才能滿足實際運行的要求。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)展和擴大，盡量縮小故障持續(xù)時間及其對系統(tǒng)非故障部分的影響，使電力系統(tǒng)維持和恢復到合理的運行水平。1、選擇性切除故障階段2、防止事故擴大階段（一）防止頻率崩潰1、什么是頻率崩潰如果負荷突然增大或系統(tǒng)主要電源斷開，導致電力系統(tǒng)有功嚴重不平衡，會引起頻率大幅度下降。由于頻率下降，發(fā)電廠的輔機不能正常工作，若不采取措施恢復頻率，最終會導致發(fā)電廠輔機停止運轉，發(fā)電機解列，頻率進一步下降，最終導致頻率崩潰，系統(tǒng)瓦解。2、應對措施（1）安排合理的旋轉備用出力，安排一定容量可以快速啟動的備用機組。當頻率下降較大時迅速投入備用容量。（2）在電力系統(tǒng)中設置自動低頻減載裝置。按系統(tǒng)頻率分級切除負荷。一般各級切除的總負荷為系統(tǒng)總負荷的3050，先切除次要負荷，再切除次重要負荷。（3）在系統(tǒng)頻率大幅度下降時，先使一臺發(fā)電機與系統(tǒng)解列，保證本廠的輔機正常工作和機端負荷的正常供電，避免系統(tǒng)頻率過低造成整個電廠與系統(tǒng)解列。（二）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，當負荷增大使電壓下降到極限電壓時會發(fā)生電壓崩潰。電動機停轉，發(fā)電機甩負荷，部分線路、變壓器或發(fā)電機因嚴重過載而斷開，導致系統(tǒng)瓦解。2、應對措施（1）電壓崩潰時間一般較長，有足夠的時間采取措施。（2）調節(jié)發(fā)電機勵磁，提高發(fā)電機無功出力?；蛲度雮溆脵C組。（3）調節(jié)變壓器分接頭，提高樞紐點電壓水平（4）投入無功補償容量，增加系統(tǒng)無功電源，提高電壓控制點電壓水平。（5）電壓仍不能恢復時，可根據設定電壓值和時延切除電壓最低點的部分負荷。（三）線路變壓器斷開和過負荷1、后果單端供電線路斷開會造成用戶供電中斷；聯絡線斷開會導致系統(tǒng)解列；并行雙回線一條線路斷開會導致另一線過載。2、對策（1）增加自動重合閘裝置。對架空線路的瞬時故障，利用自動重合閘重新投入線路，恢復正常運行方式。（2）變壓器斷開和電纜線路斷開不能自動重合閘，只能先排除故障，然后合閘。（3）某些線路或變壓器斷開會造成相關支路過載，必須相應調整運行方式消除過載。（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重后果，穩(wěn)定破壞造成系統(tǒng)振蕩，最終導致系統(tǒng)解列。2、對策（1）迅速切除失步機組。一般對水輪機組有效，因為水輪機組能很快重新并網。（2）電氣制動。故障切除后，發(fā)電機電磁功率下降，發(fā)電機原動機輸入功率遠大于電磁功率時，發(fā)電機會加速導致失步。人為地在發(fā)電機母線對地接一電阻，吸收發(fā)電機的過剩功率。（3）快關汽門。發(fā)電機電磁功率下降時，相應快速減少原動機輸入功率以避免發(fā)電機加速。（4）快速勵磁系統(tǒng)。故障情況下，發(fā)電機機端電壓降低導致電磁功率減小，采用快速勵磁，使機端電壓在暫態(tài)過程中保持頂值。增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS，在勵磁系統(tǒng)引入系統(tǒng)振蕩信號，還可在故障干擾后很快衰減振蕩。（5）投入線路串聯電容。故障情況下，輸電線路中短時間接入串聯電容器，補償線路電抗，可暫時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)電機失磁或非同步合閘或周期性的負荷擾動都可能造成電力系統(tǒng)振蕩。振蕩發(fā)生時，發(fā)電機、線路的功率，電流，母線電壓都會發(fā)生不同程度的波動，振蕩中心波動最大。2、平息振蕩的方法（1）恢復同步。頻率不同是系統(tǒng)振蕩的主要原因?；謴屯绞诡l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。選取合適的地點解列系統(tǒng)，使頻率不同的系統(tǒng)解列。三、恢復狀態(tài)的安全控制控制