电力系统分析 第19章

1、19-0 本章框架本章框架元件参数元件参数附加装置附加装置措施措施运行条件运行条件19-1 提高稳定性的一般原则提高稳定性的一般原则第第19章章 一一 一般原则一般原则 二二 措施措施 尽可能地提高电力系统的功率极限尽可能地提高电力系统的功率极限 抑制自发振荡的发生抑制自发振荡的发生 尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度一一 一般原则一般原则19.1节节1 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数 原动机及其调节系统，发电机和励磁系统，原动机及其调节系统，发电机和励磁系统，变压器，输电线路，开关设备，补偿设备等基本变压器，输电线路，开关设

2、备，补偿设备等基本元件特性和参数的改善元件特性和参数的改善二二 措施措施19.1节节2 采用附加装置提高电力系统稳定性采用附加装置提高电力系统稳定性 装设专门用于提高电力系统稳定性和输送能装设专门用于提高电力系统稳定性和输送能力的附加装置。力的附加装置。 输电线路设置中间开关站输电线路设置中间开关站 输电线路采用串联电容补偿输电线路采用串联电容补偿 FACTS装置装置 对发电机实行电气制动对发电机实行电气制动19.1节节二二 措施措施 (续续1)3 改善运行方式及其它措施改善运行方式及其它措施 合理选择电力系统接线方式和运行方式合理选择电力系统接线方式和运行方式 正确安排潮流正确安排潮流 提高

3、系统运行电压提高系统运行电压 故障切机、切负荷故障切机、切负荷19.1节节二二 措施措施 (续续2)本节结束本节结束点此进入下一节点此进入下一节作业作业19-2 改善电力系统基本元件的特性和参数改善电力系统基本元件的特性和参数第第19章章 一一 改善发电机及其励磁调节系统的特性改善发电机及其励磁调节系统的特性 二二 改善原动机的调节特性改善原动机的调节特性 三三 减小变压器的电抗减小变压器的电抗 四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 六六 采用直流供电采用直流供电一一 改善发电机及其励磁调节系统的特性改善发电机及其励磁调节系

4、统的特性XVEP 减小发电机的电抗可以提高系统的功率极限和减小发电机的电抗可以提高系统的功率极限和输送能力。输送能力。需要加大定、转子间的气隙，增大发电机的尺需要加大定、转子间的气隙，增大发电机的尺寸，提高发电机制造成本。寸，提高发电机制造成本。1 发电机发电机Xd，Xd，Xq19.2节节增大发电机的尺寸，增加材料消耗和造价。增大发电机的尺寸，增加材料消耗和造价。增大增大TJ可以减小可以减小a a，减小扰动后转子相对动能的，减小扰动后转子相对动能的变化量，有利于提高暂态稳定。变化量，有利于提高暂态稳定。2 惯性时间常数惯性时间常数TJ NmTJNdtdPPTdtd)sin(19.2节节一一 改

5、善发电机及其励磁调节系统的特性改善发电机及其励磁调节系统的特性 (续续1)自动励磁调节器对提高系统功率极限和扩大自动励磁调节器对提高系统功率极限和扩大稳定运行范围有很好的作用。稳定运行范围有很好的作用。发电机应尽可能地装设的自动励磁调节器。发电机应尽可能地装设的自动励磁调节器。改善发电机的励磁系统，也是提高稳定性的重改善发电机的励磁系统，也是提高稳定性的重要措施要措施19.2节节3 改善励磁调节系统改善励磁调节系统一一 改善发电机及其励磁调节系统的特性改善发电机及其励磁调节系统的特性 (续续2)大干扰后的第一个摇摆周期内，可以认为大干扰后的第一个摇摆周期内，可以认为原动机基本恒定。原动机基本恒

6、定。二二 改善原动机的调节特性改善原动机的调节特性关闭快速汽门装置，使不平衡转矩达到最小，关闭快速汽门装置，使不平衡转矩达到最小，加快振荡的衰减。加快振荡的衰减。19.2节节PP0P0Pcmax0P快速调节汽门的作用快速调节汽门的作用TP0P 19.2节节二二 改善原动机的调节特性改善原动机的调节特性 (续续1)在超高压远距离输电系统中，广泛采用自耦变在超高压远距离输电系统中，广泛采用自耦变压器。压器。三三 减小变压器的电抗减小变压器的电抗变压器的电抗在系统总电抗中占有相当的比重。变压器的电抗在系统总电抗中占有相当的比重。自耦变压器导致短路电流增大，继电保护和调自耦变压器导致短路电流增大，继电

7、保护和调压的困难增大压的困难增大19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性1 快速切除故障，增加减速面积，减小加速面积快速切除故障，增加减速面积，减小加速面积 在超高压远距离输电线上快速切除故障对于在超高压远距离输电线上快速切除故障对于提高系统的暂态稳定有着决定性的意义，它可以提高系统的暂态稳定有着决定性的意义，它可以减小加速面积，增加减速面积。减小加速面积，增加减速面积。故障切除时间继保动作时间触头分开消弧故障切除时间继保动作时间触头分开消弧a) 故障切除时间故障切除时间19.2节节减少短路切除时间，应从改善开关和继电保护减少短路切除时间，应从改善开关和继电保

8、护这两个方面着手。这两个方面着手。继保高频或差动保护，动作时间为继保高频或差动保护，动作时间为0.02-0.04s空气开关的动作时间为空气开关的动作时间为0.06-0.08s总动作时间为总动作时间为0.08-0.12s19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续1)0P不稳定不稳定0cP稳定稳定c0maxP0P极限情况极限情况c0P0Pb) 切除时间对暂稳的影响切除时间对暂稳的影响19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续2)c) 暂态稳定极限功率暂态稳定极限功率 当短路地点、短路类型及短路切除时间给定时当短路地点、

9、短路类型及短路切除时间给定时，刚好保持暂态稳定时所能输送的最大功率，称为，刚好保持暂态稳定时所能输送的最大功率，称为暂态稳定极限暂态稳定极限PTs1。0PIPP0IIPc0PTs119.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续3)0%0P stc2 . 04 . 0206 . 0406080100124d) 传输功率极限与切除时间的关系传输功率极限与切除时间的关系1 三相短路三相短路2 两相短路接地两相短路接地3 两相短路两相短路4 单相接地短路单相接地短路319.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续4)2 自动重合闸

10、自动重合闸 由开关设备自动重新投入输电线路，称之为自由开关设备自动重新投入输电线路，称之为自动重合闸。动重合闸。 由于架空输电线上大多数短路都是暂时性的，由于架空输电线上大多数短路都是暂时性的，所以在输电线上广泛采用自动重合闸来提高系统的所以在输电线上广泛采用自动重合闸来提高系统的暂态稳定性。暂态稳定性。19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续5)jX jX jXdjXT1jXT2jXL0EVjXdjXT1jXLjXT2jXL0EV0P00ccRR自动重合闸对暂态稳定的影响自动重合闸对暂态稳定的影响0PPPIPPIIIPaaPII单回路单回路双回路双回

11、路PIIIP19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续6) 电力系统中大多数是瞬时性单相短路故障，因此电力系统中大多数是瞬时性单相短路故障，因此一般不需要把三相都切除，而只需切除故障相，然后一般不需要把三相都切除，而只需切除故障相，然后再进行重合闸，这样可以更好的提高暂态稳定。再进行重合闸，这样可以更好的提高暂态稳定。这对单回路输电线路有特别重要的意义。这对单回路输电线路有特别重要的意义。19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续7)0cR0PP单相重合闸的作用单相重合闸的作用PPPII切除三相切除三相切除故障相切

12、除故障相0R0PPcPPPII19.2节节四四 改善继电保护和开关设备的特性改善继电保护和开关设备的特性 (续续8)简单电力系统中，用标幺值表示的功率极限：简单电力系统中，用标幺值表示的功率极限：LTGmXXXEVP五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性v改善输电线路的特性，主要是减小它的电抗。改善输电线路的特性，主要是减小它的电抗。v远距离输电线路的电抗，将近占系统总电抗的一半。远距离输电线路的电抗，将近占系统总电抗的一半。1 提高输电线路的额定电压提高输电线路的额定电压19.2节节GNBGGSSXX100%TNBSTSSXX100%2)(2)(2)(NBLavBLBBLLVSXVSXV

13、SXX 其中：其中：19.2节节五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 (续续1)与输电线路的额定电压无关与输电线路的额定电压无关与输电线路的额定电压关系不大与输电线路的额定电压关系不大与额定电压的平方成反比与额定电压的平方成反比2/NmVbaEVPTGXXaBLSXb)( LTGmXXXEVP060120180240300360100 200 300 400 500 kVNV MWmPkml200 kml800 的关系的关系与与NmVP19.2节节五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 (续续2)060120180240300360100 200 300 400 500 kVNV M

14、WmPkml200 kml800 vVN增大，增大，Pm增大；增大；vVN ， PmEV/a，相当于，相当于XL=0；v电压升高，设备的投资增大。电压升高，设备的投资增大。vVN大到一定值后，大到一定值后，Pm变化不大；变化不大；19.2节节五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 (续续3)可见可见2 采用分裂导线采用分裂导线 架空线路采用分裂导线可以减少输电线路的电抗架空线路采用分裂导线可以减少输电线路的电抗和电晕损耗。所以，超高压远距离输电线绝大多数采和电晕损耗。所以，超高压远距离输电线绝大多数采用分裂导线。用分裂导线。19.2节节五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 (续续4)

15、以以500kV输电线为例：输电线为例：导线导线电抗电抗( /km)单导线单导线0.422分裂分裂0.323分裂分裂0.304分裂分裂0.294分裂时的电抗比单根下降分裂时的电抗比单根下降31%。 超过超过4分裂后，电抗的下降效果已不显著，反而分裂后，电抗的下降效果已不显著，反而使线路结构复杂，投资提高。使线路结构复杂，投资提高。19.2节节五五 改善输电线路的特性改善输电线路的特性 (续续5)六六 采用直流输电采用直流输电 通过直流输电相联系的两大系统间，不存在同通过直流输电相联系的两大系统间，不存在同步并联运行的稳定问题。步并联运行的稳定问题。 利用直流输电的快速调控能力来提高交流系统利用直

16、流输电的快速调控能力来提高交流系统的稳定性。的稳定性。19.2节节本节结束本节结束点此进入下一节点此进入下一节作业作业19-3 采用附加装置提高电力系统的稳定性采用附加装置提高电力系统的稳定性第第19章章 一一 输电线路采用串联电容补偿输电线路采用串联电容补偿 二二 输电线路的并联电抗补偿输电线路的并联电抗补偿 三三 输电线路设置开关站输电线路设置开关站 四四 中继同步调相机中继同步调相机 五五 变压器中性点经小阻抗接地变压器中性点经小阻抗接地 六六 发电机采用电气制动发电机采用电气制动 串联电容以减小线路的等值电抗，这种做法串联电容以减小线路的等值电抗，这种做法称为串联电容补偿。称为串联电容

17、补偿。一一 输电线路采用串联电容补偿输电线路采用串联电容补偿等值电抗为等值电抗为)1(CLCLLeqkXXXXV1P1+jQ1V2R+jX jXc19.3节节串联补偿度串联补偿度补偿度选择：补偿度选择：2 考虑继电保护正确动作。电容器的容抗，应小于该考虑继电保护正确动作。电容器的容抗，应小于该线路的感抗。线路的感抗。3 考虑其他技术问题。补偿度过大，会引起发电机考虑其他技术问题。补偿度过大，会引起发电机的自励磁、自发振荡以及次同期谐振等异常情况。的自励磁、自发振荡以及次同期谐振等异常情况。1 考虑经济性。考虑经济性。 补偿度增大，容量增大，投资增大。补偿度增大，容量增大，投资增大。补偿度一般不

18、超过补偿度一般不超过0.5。19.3节节一一 输电线路采用串联电容补偿输电线路采用串联电容补偿 (续续1)二二 输电线路的并联电抗补偿输电线路的并联电抗补偿QcGV1V2-jBL/2jXL1V2VGIjXTjXdqE空载或轻载：电容电流引起线路末端电压升高，功率空载或轻载：电容电流引起线路末端电压升高，功率因数升高。因数升高。为了保持系统电压为了保持系统电压V2，必须降低发电机的电势，必须降低发电机的电势Eq。19.3节节为了保持为了保持P不变，必须增大不变，必须增大 0。 sin dXVEP由公式由公式运行角度增大，对保持系统稳定是不利的。运行角度增大，对保持系统稳定是不利的。19.3节节二

19、二 输电线路的并联电抗补偿输电线路的并联电抗补偿 (续续1)aa0P 0PeGV1V2-jBL/2QcjXL1V2VGIjXTjXdqE 在线路上并联接入电抗器来吸收线路电容所产生在线路上并联接入电抗器来吸收线路电容所产生的无功功率，这便是并联电抗补偿。的无功功率，这便是并联电抗补偿。19.3节节二二 输电线路的并联电抗补偿输电线路的并联电抗补偿 (续续2) 降低发电机的功率因数。降低发电机的功率因数。Eq增大，运行功角减小增大，运行功角减小，从而使系统稳定性得到提高。，从而使系统稳定性得到提高。19.3节节二二 输电线路的并联电抗补偿输电线路的并联电抗补偿 (续续3)三三 输电线路设置开关站

20、输电线路设置开关站ff19.3节节开关站选择开关站选择 开关站的数目愈多，故障后线路阻抗增加愈少，开关站的数目愈多，故障后线路阻抗增加愈少，对稳定性是有利的。对稳定性是有利的。 过多地建设开关站在经济上是不合理的。过多地建设开关站在经济上是不合理的。输电线路输电线路300500km：一个开关站：一个开关站输电线路输电线路5001000km：23个开关站个开关站19.3节节三三 输电线路设置开关站输电线路设置开关站 (续续1) 在降压变电所中装置适当容量的同步调相机在降压变电所中装置适当容量的同步调相机，以提高输电系统的稳定性和输送能力。这些同，以提高输电系统的稳定性和输送能力。这些同步调相机称

21、为中继调相机。步调相机称为中继调相机。四四 中继同步调相机中继同步调相机19.3节节 中继调相机可以提高输送能力，增大功率极限中继调相机可以提高输送能力，增大功率极限同步调相机响应速度较慢，运行维护较为困难，同步调相机响应速度较慢，运行维护较为困难，而且价格昂贯，其应用范围正逐渐缩小。而且价格昂贯，其应用范围正逐渐缩小。中继调相机在无功功率平衡，以及调节、减中继调相机在无功功率平衡，以及调节、减少无功在线路上的流动，从而减少功率和能量少无功在线路上的流动，从而减少功率和能量损耗、改善沿线电压分布等方面，都有好的作损耗、改善沿线电压分布等方面，都有好的作用。用。19.3节节四四 中继同步调相机中

22、继同步调相机 (续续1)五五 变压器中性点经小阻抗接地变压器中性点经小阻抗接地 为了提高接地短路时的暂态稳定，在中性点直接为了提高接地短路时的暂态稳定，在中性点直接接地的系统中变压器中性点可经小阻抗接地。接地的系统中变压器中性点可经小阻抗接地。fGT-1LT-2VRgRgf点发生单相接地故障点发生单相接地故障jXLjXdjXT1jXT2jXLjZ 0EV ZXXXXXZTLTdIII)21)(2119.3节节Zff0变大变大02)1(ffffZZZ GT-1LT-2VfRgRgjXLjXT1jXT2jXL3Rg3Rg0Vf0Z (1)变大变大ZII变小变小PmII变大，功率极限提高了，有利于暂

23、态稳定。变大，功率极限提高了，有利于暂态稳定。 ZXXXXXZTLTdIII)21)(2119.3节节五五 变压器中性点经小阻抗接地变压器中性点经小阻抗接地 (续续1)接地电阻的选择：接地电阻的选择：电阻过小，消耗功率太小，作用不大；电阻过小，消耗功率太小，作用不大；电阻过大，消耗功率太大，可能使发电机在第电阻过大，消耗功率太大，可能使发电机在第二个摇摆周期失去稳定。二个摇摆周期失去稳定。电阻值以电阻值以4%左右为宜。左右为宜。19.3节节五五 变压器中性点经小阻抗接地变压器中性点经小阻抗接地 (续续2)六六 发电机采用电气制动发电机采用电气制动 输电线路上发生短路故障后，如在远方发电厂输电线

24、路上发生短路故障后，如在远方发电厂尽快投入一接于发电机端的专用电阻，消耗一部分尽快投入一接于发电机端的专用电阻，消耗一部分有功功率，可以增加发电机的电磁功率，产生制动有功功率，可以增加发电机的电磁功率，产生制动作用，因而达到提高暂态稳定的目的，这种方法称作用，因而达到提高暂态稳定的目的，这种方法称为电气制动，接入的电阻称为制动电阻。为电气制动，接入的电阻称为制动电阻。 制动电阻的采用与阻值大小，投入时间有很大制动电阻的采用与阻值大小，投入时间有很大关系。关系。19.3节节本节结束本节结束点此进入下一节点此进入下一节作业作业19-4 改善运行条件及其他措施改善运行条件及其他措施第第19章章 一一

25、 正确制定电力系统运行参数的数值正确制定电力系统运行参数的数值 二二 合理选择电力系统的运行接线合理选择电力系统的运行接线 三三 切除部分发电机及部分负荷切除部分发电机及部分负荷 四四 高压直流输电功率的快速调节高压直流输电功率的快速调节 五五 减少系统稳定破坏带来的损失和影响减少系统稳定破坏带来的损失和影响 (1) 正确地规定输电线路的输送功率值正确地规定输电线路的输送功率值一一 正确制定电力系统运行参数的数值正确制定电力系统运行参数的数值(2) 提高电力系统运行电压水平提高电力系统运行电压水平(3) 尽可能使远方发电厂多发无功功率尽可能使远方发电厂多发无功功率(4) 利用调度自动化系统提供

26、的信息及时调整运行方式利用调度自动化系统提供的信息及时调整运行方式19.4节节二二 合理选择电力系统的运行接线合理选择电力系统的运行接线LB1B2B1、B2投入：并联接线方式投入：并联接线方式B1、B2断开：分组接线方式断开：分组接线方式远方发电厂向系统中心输电远方发电厂向系统中心输电19.4节节三三 切除部分发电机及部分负荷切除部分发电机及部分负荷 但是，水轮发电机由于水锤现象不允许快速关闭但是，水轮发电机由于水锤现象不允许快速关闭导水翼。导水翼。 因此，当与远方水电厂相联的输电线路送端发生短因此，当与远方水电厂相联的输电线路送端发生短路故障，而使大量功率送不出时，可以在切除短路时连路故障，而使大量功率送不出时，可以在切除短路时连锁切除一部分发电机，以减小原动机的机械功率，增大锁切除一部分发电机，以减小原动机的机械功率，增大减速