14电网调度自动化(第三章稳定措施3)140418

NorthChinaElectricPowerUniversity电气与电子工程学院电网调度自动化第三章提高电力系统稳定性的措施三、提高电压稳定性的措施1、串联电容器补偿（减少网络阻抗、减少网损，提高静态稳定性效果最明显）；串联电容补偿可有效地减小线路的电抗，缩小输电的电气距离，提高系统的静态电压稳定输电能力。此外，串联电容补偿还可以降低线路的无功网损。通过联络线可以从其一端的强系统向另一端无功短缺的受端系统输送更多的无功功率。第三章提高电力系统稳定性的措施2、并联电容器补偿中压、低压都可装并联电容器虽然电容器的过渡使用可能是动态电压不稳定问题的部分原因，但在较大的静态电压裕度的情况下，在电压稳定问题的薄弱点或区域装设并联电容器补偿可以提高系统的静态电压水平。第三章提高电力系统稳定性的措施3、静止无功补偿器（SVC）和调相机SVC和同步调相机可以提供动态的无功支持，对系统的静态和动态电压水平的提高都是有效的。其主要缺点是与固定的电容器相比，价格十分昂贵。此外，当SVC达到调节极限时，其对系统的动态电压稳定水平可能起到不良的作用。第三章提高电力系统稳定性的措施如图为SVC结构示意图和运行特性曲线：SVC常装在系统的一些枢纽站（500kV、330kV）的低压侧。第三章提高电力系统稳定性的措施调相机是动态无功补偿设备，运行中即能发无功又可根据需要吸收无功，其机端电压具有逆调节的特性，对提高系统静态电压稳定性和动态电压稳定性水平都具有很好的作用。但由于调相机是旋转设备，运行维护量大，价格昂贵，随着电力电子的发展，逐渐被SVC所取代。第三章提高电力系统稳定性的措施4、低压减负荷装置低电压切负荷类似于低频切负荷，它是应付故障情况下无功功率缺额造成电压急剧降低的最后一道防线。低电压切负荷应从电压稳定最薄弱地点开始，防止局部电压稳定问题的扩大和蔓延。第三章提高电力系统稳定性的措施我国目前生产的低频减负荷装置都具有低电压切负荷的功能。低电压和低频率可同时切一条线路的负荷，也可分别进行。考虑到事故状态下频率不稳定和电压不稳定是互相伴随，因此，一般整定为同切一条线路的负荷。对于电压稳定的薄弱点可单独设置低电压切负荷装置。第三章提高电力系统稳定性的措施四、提高动态稳定性的措施系统出现动态不稳定性最典型的特征就是出现不衰减的电磁振荡现象。随着互联电网的不断增大和大容量机组的投入运行，动态不稳定问题越来越引起人们的关注。动态不稳定现象在我国和国际上的电力系统中都多次发生过。第三章提高电力系统稳定性的措施事例：1983年5月21日，葛洲坝＃1、3、5机组在一条母线上运行。如图：•180--350MW区间摆动数分钟。第三章提高电力系统稳定性的措施事故前双回线输送功率400MW，当一回联络线单相永久故障时联切＃1机，另一回非故障线路输送功率230MW（如果按保持规定的静态稳定储备考虑，事故后静稳最大输送功率250MW）。但实际上，在一回线故障，另一回线送230MW的情况下，非故障相线路输送功率在180--350MW区间摆动数分钟。第三章提高电力系统稳定性的措施随后，运行人员将一回线功率调整到223MW，线路功率仍然摆动，将线路输送功率再降低20MW至203MW，功率摆动结束。这说明存在负阻尼，发生了动态不稳定现象。第三章提高电力系统稳定性的措施2006年8月29日凌晨00：00：21～00：06：34之间，南方电网主要联络线观察到功率振荡。第三章提高电力系统稳定性的措施南网总调调度员发现功率振荡后，立即采取了措施，即下令提升天广直流功率200MW，并通知云南、贵州各减少外送100MW，00：08左右调整操作结束，系统恢复正常。第三章提高电力系统稳定性的措施第三章提高电力系统稳定性的措施第三章提高电力系统稳定性的措施第三章提高电力系统稳定性的措施第三章提高电力系统稳定性的措施蒙西电网机组低频振荡图（未发生大干扰）500kV丰万一线有功功率第一次振荡PMU录波图第三章提高电力系统稳定性的措施在大规模的电力系统中，一个干扰的全部影响有时要在它发生后几秒钟甚至更长的时间以后才能反映出来，它们对电力系统稳定性的影响事先难以预料。由于自动装置的配置或参数整定不合理，有时甚至使电力系统稳定运行的条件变弱，有可能在第一振荡周期后发生幅值不断增大的振荡甚至失步。第三章提高电力系统稳定性的措施1、产生动态不稳定的根本原因是由于系统的阻尼力矩减弱，当系统发生大的或小的扰动引起系统振荡，均因之而使振荡逐渐发散（增幅失步）或者引起系统间的解列。或者由于系统中某些参数的非线性而使振荡的幅值最终趋于某一值（等幅振荡）。第三章提高电力系统稳定性的措施2、使其系统阻尼力矩减弱的原因：①联系薄弱（大型弱联系的电力系统本身固有的薄弱的自然阻尼，是发生这种现象的主要原因）；②由于大机组的投运出现快速励磁（时间常数较小，放大倍数高，加重了弱阻尼或负阻尼的情况）；③负荷特性——非线性负荷；第三章提高电力系统稳定性的措施3、抑制动态失步且提高动稳定水平的措施从以上分析可以看出，提高动稳定的措施除了一次系统方面的措施（如增强网架结构、减少重负荷输电线路的输送功率、采用串联补偿电容、减小送、受端的电气距离等）外，解决快速励磁产生的负阻尼问题最有效的二次措施是在电压调节器的输入回路增加PSS装置（电力系统稳定器，PowerSystemStabilizer）。第三章提高电力系统稳定性的措施在大型互联电力系统遭受到负的阻尼，出现很低的振荡频率下，就某一个特定的发电机来说，必须在仔细地研究了电力系统动态特性和发电机-励磁机的动态响应特性以后，对PSS的参数仔细地加以调节。第三章提高电力系统稳定性的措施最好用现场测试的方法。如果现场测量做不到，可以进行数字仿真，但要准备在现场安装以后能够调节PSS的参数。通常是在电机的自然振荡频率和互联电力系统的主要振荡频率之间的范围内，使PSS的参数为最佳值。第三章提高电力系统稳定性的措施-401060110160036912151821242730时间(sec)角度(deg)无PSS1台PSS2台PSS3台PSS4台PSS第三章提高电力系统稳定性的措施pss的简要原理是在发电机电压调节器的输入回路中引入能反应发电机转速变化的附加环节，并做到发电机端电压的变化，能够与转速变化同相，使△ω增加时，发电机端电压增加。而当定子电流不变时，发电机机端电压增加，发电机输出电磁功率增加；电磁功率增加，原动机功率不变时，发电机转速降低，以达到由励磁系统提供正阻尼力矩的目的。第三章提高电力系统稳定性的措施PSS装置可取频率偏差信号，经过一个惯性微分环节，滤掉固定偏差部分，再经过两个相位导前环节，导前一定的角度如90°，最后所得到的由Vs提供的附加转矩基本上与△ω相同，即提供了正的阻尼转矩。第四章电网结构对系统稳定运行的影响合理的电网结构，是保证电网安全稳定运行的基础，在电网建设和规划电网发展时，必须考虑电网结构问题，使电力系统尽可能有一个较好的运行环境。但由于能源分布情况以及投资技术经济等原因，电网不可能一开始就是完善的、结构紧凑的电网。下面我们对电网经过简化分为9种结构进行分析总结。第四章电网结构对系统稳定运行的影响1、容量有余额的系统与互联系统中更大容量的部分相联接如图：对于此种电网结构，应避免功角稳定事故的发生。第四章电网结构对系统稳定运行的影响其引起的原因是，重负荷联络线故障跳开，送端功率输出受阻，导致送端系统频率升高；如果受端调节容量足够大，则频率降低可能相对不大，但会造成联络线两端发电机群的功角和功率的振荡，严重时会引起稳定破坏。如果受端调节容量较小，频率可能严重降低，从而引起低频减负荷装置动作，切除相应负荷。第四章电网结构对系统稳定运行的影响为了防止稳定事故的发生，在受端应采取切负荷的措施，在送端采取切机或减少发电功率，或采取联络线解列的策略，将部分电源解列到受端，或将部分受端负荷解列到送端，以平息振荡。第四章电网结构对系统稳定运行的影响降低发电机功率或解列机组，可有效防止功率余额部分中发生危险的频率升高，必要时将发电厂连同其平衡负荷一起解列。第四章电网结构对系统稳定运行的影响2、互联系统中具有功率缺额的部分从大容量部分获得功率如图：此种结构，应避免互联系统功角稳定和受端系统电压稳定的事故发生。第四章电网结构对系统稳定运行的影响引起的原因是：重负荷联络线故障跳开，有功功率缺额的部分中，引起频率急剧降低使受端系统与送端系统功角失步。此时，应迅速切断联络线，并在受端电网中切除不重要的负荷。也可能会在受端系统由于无功功率的严重缺额造成受端电网电压崩溃。因此，在受端系统须加装低频减负荷、低压减负荷装置。第四章电网结构对系统稳定运行的影响事例：甘肃河西电网1984年电压崩溃事故当220KV联络线有功功率从200MW升至220MW时，小网电压急剧降低。第四章电网结构对系统稳定运行的影响3、两个功率相当的系统经较强联络线相连接。如图：第四章电网结构对系统稳定运行的影响此种结构具有稳定运行水平高，网架结构坚强的特点，不容易发生稳定破坏事故。但在严重的联锁故障中，可能会发生联络线过载或功角失步。此种情况应采取发电机减出力和切除一定的负荷等策略，在联络线上还应装设振荡解列装置。第四章电网结构对系统稳定运行的影响如图；采取的二次措施；1、切机、切负荷区域安全自动装置；2、联络线振荡解列装置；3、低频、低压减负荷装置。第四章电网结构对系统稳定运行的影响4、互联系统的两部分由弱联络线连接如图：此种结构一般在互联系统的初期。该种结构容易发生动态稳定性失步。即造成系统产生负阻尼或弱阻尼。发生长过程的振荡不衰减和发散。第四章电网结构对系统稳定运行的影响这种情况，应尽快加强网架结构的建设，减少联络线的阻抗，加装提高系统正阻尼的自动装置，如PSS，并辅以切机切负荷措施，减少联络线输送功率。第四章电网结构对系统稳定运行的影响2004年，东北、华北、华中和川渝联网后，出现了东北和川渝机组强相关的频率在0.17HZ左右的主要振荡模式。在山东电网接入系统后，进一步恶化了电网的动态特性。第四章电网结构对系统稳定运行的影响为了维持互联系统的稳定运行，在东北、华北、华中、川渝电网内部109台机组装设了PSS装置，山东电网接入主网后，在山东电网内部67台机组装设了PSS装置。主要用于抑制由于区域电网接入新产生的低频振荡。第四章电网结构对系统稳定运行的影响5、更复杂的三机接线如图：第四章电网结构对系统稳定运行的影响此种结构的运行特点是系统联络线之间具有相互影响，当一条重载联络线因故障断开，可能导致另一条或两条联络线运行方式的危险变化。第四章电网结构对系统稳定运行的影响此种情况应采取防止一条联络线断开后造成连锁反应而使系统进一步扩大的反事故策略。第四章电网结构对系统稳定运行的影响此种结构应考虑可能出现的多种运行方式，所装设的安全自动装置应具有在各种可能发生的运行方式下防止事故扩大的功能，因此应装设较高级或高级智能型安全自动装置系统，以提高对运行方式的适应能力。同时还要与本地控制的自动装置相配合。第四章电网结构对系统稳定运行的影响6、链形接线结构如图：此种接线结构，一般情况下，一部分联络线总是向一个方向送电，其它联络线上的送电功率随着不同的时间周期而变化。在一昼夜之内，连接在一起的一些电力系统有时是缺少功率的，有时又是功率有余的。第四章电网结构对系统稳定运行的影响因此，可能的事故破坏程度，以及事故过程中联络线的相互作用，也会相应的变化。其特点是：系统的运行方式对故障时联络线的影响很大，可能会发生功角稳定、电压稳定和频率稳定问题，也可能会发生由于接线中的个别环节危险过载，使事故进一步扩大。第四章电网结构对系统稳定运行的影响为了防止由于此接线方式中，功率大幅度的变化所引起事故进一步发展，一般采用在功率缺额系统采取增大发电机功率、切负荷、低频、低压减负荷；在功率余额系统中降低发电功率或切机；在联络线上装设系统解列等综合控制策略来实现。第四章电网结构对系统稳定运行的影响实例：甘肃河西电网结构仿真计算结果：在可能发生的运行方式下，可能