《浅析电力系统的稳定性》5700字（论文）

IV浅析电力系统的稳定性摘要随着我国的经济实力开始逐渐变得强盛，我国国民的经济开始飞速发展，国民的生活水平也因此逐步提高，我国国民的用电需求也日益增长，在此基础上，为了供应国民们的生活用电，我国的电力供应要求也开始增高。由于电力系统越来越趋于复杂化，所带来的不稳定性对电力系统带来了许多危害，给我国经济造成了巨大的损失，并且对生产生活的影响也逐渐增大。为了保证电网的安全运行，并且能够确保电能质量，电力系统稳定的研究成为了今后发展道路上重要的一环。形成大电网的电力系统有利于电力能源的调配和利用，提高经济效益，但与此同时又带来了更大的隐患，比如电压不稳、电压崩溃等，很容易造成大范围的电事故，将造成大量的损失，这类的大停电事故在国际上时有发生。因此对电力系统电压稳定问题的研究成为了一个重要的课题。电力系统稳定性的概念，提高电力系统稳定性的方法展开分析。关键词：电力系统；能源；电压目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 I第1章绪论 11.1研究背景 11.2研究意义 1第2章电压系统稳定分类 12.1静态稳定 32.2暂态稳定 3第3章电力系统稳定性 43.1电力系统稳定器简介 53.2电力系统静态稳定的措施 63.3电力系统暂态稳定的措施 6第4章电力系统失稳的特征和后果 84.1电力失稳特征 84.2电力失稳后果 8总结 9参考文献 11第1章绪论1.1研究背景自从人类踏入电力时代以来，一百多年来，人们与电的关系越来越密切，而电能的消耗也越来越大。近几年，随着经济的快速发展，科技的飞速发展，我国已经是全球第二大经济体，电力需求日益增加，电网结构日趋复杂，电压的稳定性问题就显得尤为突出。目前，电网正朝着大机组、大电网、特高压、长距离、跨地区输送等方向发展，既有利于提高电力的利用率和经济效益，又可以降低电网的备用容量，但也很容易导致电网的电压崩溃。而新增加的电力系统，负荷的不可预测性，以及各种突发事件所带来的不确定性，使得电力系统的运行状况迅速变化，更有可能引起电网电压的波动，从而导致电力系统的电压崩溃。但现在的电力网络规模很大，如果某个地方的电力系统出现故障，很可能造成大面积停电，世界各地都会出现大面积停电，以下是最近20年来世界各地大规模停电的情况：“8.14”美加大停电：美国和加拿大都出现了一次大规模的电力中断，导致了五千万人的伤亡，造成了巨大的经济损失。事故原因主要是由于电力系统的静态安全分析工具和状态估算工具不到位，致使调度员无法监控系统，再加上线路超负荷、接地等原因，导致系统解列、重要负荷点电压崩溃，从而引发大规模停电。巴西“2.4”大断电：巴西于2011年2月4号大范围的断电。这场灾难波及到美国东北八大洲，受灾人口达4千万。事故的起因是由于一次失误，造成多条母线、出线中断，东北电网与北部电网、东南电网分开，随后东北电网出现了严重的电力失调，造成了大规模停电。1.2研究意义现在的电网一旦出现故障，影响的范围很大，造成了巨大的经济损失，所以电网的稳定性非常重要。电网不稳定，造成大停电的原因很多，其中电压不稳定起到了很大的作用，大部分事故都是由电压不稳定引起的，也有可能是电压不稳定。在电网突然扰动、负荷持续增长、线路容量不足等方面，都会导致电压崩溃。因此，研究电网的电压稳定性对于人类的生存具有重要的意义。而在日常的电网运行中，要对目前的电网电压稳定状况进行监测，必须要有一个清晰的指标，这样才能使电网的工作人员能够通过这些指标判断出电网的稳定状况，并对其进行实时的调整。第2章电压系统稳定分类当电网受到某些干扰后，其工作状况会逐渐发生变化，从稳定过渡到失步。这个周期的长度取决于系统本身的参数和状态，还有外部因素的影响。我们将其划分为三种不同的状态：初始阶段：在被干扰的那一刹那，大约一秒钟。在这一秒钟内，有一部分的继电器会启动，例如：切断发电机，切断线路，重新合闸。中间期：大约1秒后，干扰发生5秒钟。在这个过程中，发电机的作用就体现出来了。最后一步：5秒后的干扰。在此期间，前两个阶段的行为对电力系统的暂态过程产生了一定的修正作用。另外，由于电压和频率的下降，电力系统的自动化设备也会对负载进行一定程度的削减。随着电网的不断发展，各种电网的潜在稳定性问题也逐渐显现出来。随着国家经济的快速发展，对电力和电能的需求也越来越大。1929年，瑞典ASESEvaluation公司（HVDC）开始了这项技术。该技术为其它国家的HVDC技术的发展奠定了基础。我国已建成了大量的HVDC项目。随着技术的进步，电网的稳定性也得到了极大的提升，随着技术的不断进步，一些新的问题也被解决了，比如电压稳定和频率波动。2.1静态稳定电力系统静态稳定性是指电网在一定的工作条件下，受小干扰后是否能够持续稳定地工作。当系统在小干扰下没有出现周期性故障或无周期性故障时，系统仍在初始运行或转入接近的稳定状态时，称为静态稳定。相反，如果出现循环或无周期故障，使其不能返回初始操作点，或者不能到达接近的稳定操作位置，则称为系统的静态不稳定。它的本质就是指在一定的操作条件下，当受到一定的干扰时，系统能否继续工作。小干扰是指在系统正常工作时，负载发生较小的波动，或正常调整。由于干扰很小，所以不需要像瞬态稳定一样，在求出系统的运动轨迹后进行稳定型，而是利用线性化的方法，把非线性的瞬时问题转化成线性问题，再利用线性化的原理，通过线性系统的原理，从复平面上的特征根的位置来判定稳定性。该方法叫做“小干扰”。同时，在实际应用中，也找到了几种判别系统稳定的实用准则，这种准则简单、直观，特别适合于一般的电力系统，可以作为小干扰方法的补充。本文认为，用小干扰法对电力系统的静态稳定进行了基本的研究，而实用判据法则是一种简单的判别条件，即在给定的假定情况下，确定电力系统的静稳。也可以说，在没有换路和干扰较少的条件下，系统的暂态稳定是一个特殊的例子。也就是说，可以用来进行动态稳定性分析，也可以用暂稳法来求解一些静态稳定问题，但是因为它比较简单，所以就没有这个必要了。2.2暂态稳定在电网运行过程中，同步运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性都需要满足。当系统出现故障时，系统会出现振荡，导致电网电压、电压、电压出现剧烈的周期性变化，从而导致电网无法正常供电，从而导致电网出现大面积断电；频率稳定损失会导致频率崩溃，导致整个系统断电；一旦电压不稳定，就会导致整个电网的电压崩溃，从而导致整个区域的电力供应中断。我国对维持暂态稳定性的需求分为三个层面：第一层面。对于一些比较轻微且普遍的故障，如多回220kV线路中有一次出现了单相永久性失效，并在重合后进行永跳，既要保证系统在干扰后的稳定性，也要保证对使用者的持续供电。第二级。当网络状态不佳时，如单回路的线路出现故障时，需要在干扰后保持系统的稳定，但是允许局部负载的损耗。第三级。针对三相短路的严重故障，仍然强调在干扰后维持系统的稳定性，但是可以采用多种可能的方法。第3章电力系统稳定性3.1电力系统稳定器简介PSS是一种励磁辅助设备，具有抑制电网不稳定的作用。PSS通常装在励磁稳压器中，在工作时，系统通常为负值，因此它会引入一个比轴速更快的信号，从而产生一个正向的减振力矩，抵消了前面的负值。通过这种方式，可以有效地消除原有的负阻尼扭矩对电网的不利影响，从而增强电网的稳定性。而且，电力系统稳定装置所输入的各种数字信号，都与这种振动有关，比如发电机的频率、转速、有功等，再通过放大，产生新的信号，再送到励磁系统，由励磁系统做出相应的响应。图3-1PSS结构示意图由图3.1可知，电力系统稳定器实际上是一种关于有功功率、匝数或频率的反馈环节，它与原励磁系统一起构成了双闭环系统，由励磁系统负责的环节与电压相关；而由电力系统稳定器负责的环节则与、或相关。电力系统稳定器把直流隔开的环节能够使在接近无穷大时让电力系统稳定器的输出为零，而在进行其它中间过程时，该环节能够让这些数字信号顺利通过，就可以让电力系统稳定器在所需要的时段发挥它的作用。而在超前——滞后环节当中电力系统稳定器可以补偿原系统所致的相位滞后。在处于放大环节时电力系统稳定器所带的放大元件也可以确保拥有足够多的幅值。限幅环节可确保突发大扰动时电力系统稳定器的输出不会对电机端电压造成影响。图3.2PSS信号作用相量图3.2电力系统静态稳定的措施中央控制模式是以传输状态为基础，在调度中心建立一个监控中心，通过独立的数据采集与通信系统，实现对整个系统的稳定进行实时监控。这种控制方式需要大量的信息，需要对整个系统的操作进行全面的了解，这样的控制方式对硬件要求也很高，必须建立起稳定、快捷的远程通信网络。通过对系统的自动调节，降低系统的电抗，提高系统的工作电压，改善系统的结构。电网的静态稳定性是指在电网受到较小的扰动后，不会出现自发性振荡或周期性失步，并能在一定程度上实现其初始工作；在此，诸如单个电机的接入和切断、负载和卸载等。其作用是将自然界的一次能源转换为电能，再经输电、变电、分配等方式向用户提供电能，确保用户安全、优质的电能。区域控制模式是指在两个或两个以上的厂站之间设置稳定控制装置，由两个或两个以上的厂站构成一个完整的区域稳定控制体系，由各厂、站之间进行信息交流、发布，从而实现对某个地区电网的稳定控制。按照不同的决策方法，可以将地区管制模型划分为若干种和分散两类。区域稳定控制模式通常是在一个主站点下面设置若干个分站，通过主站点将各个站点的工作状态和地区电网的运行情况进行汇总，并将其发送到下位子站点。3.3电力系统暂态稳定的措施对应类型的信号参数在经过电力系统稳定器后将会被送往电压调节器，它和发电机的励磁绕组在此时应处于相位滞后的状态。而这些被处理过的数字信号能够补偿相位，所以电力系统稳定器的网络必须拥有超前补偿的功能。电力系统稳定器网络具有一个复位相，用来消除时滞以后的补偿效应。因此，我们可以得到电力系统稳定器的传递函数表示如下：:且我们可以得到如下以速度作为辅助信号参量的网络图：图5.1电力系统稳定器网络图以为示例求出电力系统稳定器的状态方程：其中、是电力系统稳定器的状态变量。、为超前网络的时间常数，。是复位时间常数。为放大倍数。计算电力系统稳定器实际上就是求出、、以及的运算过程。这些参量的求解一般都会使用根轨迹法或者是频率相应法。暂态磁阻功率让功角特性计算变得非常的复杂：以直轴暂态电抗后的电动势代替直轴暂态电动势；以向量与的夹角代替。。第4章电力系统失稳的特征和后果4.1电力失稳特征电力不稳定性是指在发电机内的电流量和转子的转速等引起的小幅度的振动，这种振动的频率一般在1赫兹。电网在运行过程中会出现振动，主要是因为系统在受到干扰后，由于其内部缺少阻尼，导致转子之间发生摆动，从而导致了电力不稳定。当发电机连接到一起时，同步发电机和系统是紧密相连的，因为它的内部结构具有很好的阻尼性，从而降低了不稳定的可能性，但随着电网的规模越来越大，再加上环境和资金的限制，它的工作频率也会越来越低。国外学者最先提出了电力系统稳定装置。它的核心原理是，当励磁系统可以智能地调整控制电压，以转速偏差、功率偏差、频率偏差等信号参量中的其中之一作为信号传递的基础，使同步发电机产生与转速偏差同轴的附加力矩，产生的阻尼能够补偿因电力失稳而减少的部分，由此改良了电力系统的稳定性。使用电力系统稳定器的目的是增加同步发电机的阻尼来增强电力输送的稳定性。它抽取角速度，功率或频率等参量，将其转变为数字信号，然后经过放大、复位、和超前滞后等环节的处理后，作为励磁系统的一部分输入。电力系统稳定器优秀的模型设计，它的基础模块简单、针对性强且拥有经济高效等特点，能够普遍应用于各大电力系统。因为它拥有降低阻尼的效果，不仅可以抑制电力失稳，还能够改善电力系统的电能质量。4.2电力失稳后果三相负载失衡时，变压器必然会出现零序电流，而由于零序电流的存在，使铁心内的零序磁通形成零序磁通，从而形成一个线圈，形成变压器的罐壁或其它金属部件。但是，在设计时，由于不把这些金属元件作为导磁元件，会造成磁滞和电流损失，从而使其产生热量，从而造成变压器局部的金属零件温度异常上升，严重时会造成变压器的操作事故。高压线路通过流的故障在很大程度上是由电流引起的。由于三相负载失衡，导致高压某一相会出现较大的电压，造成高压线路短路短路，造成大规模停电，同时，变电站开关装置频繁跳闸，缩短其使用寿命。低压电网的高损耗会使电力公司的经济效益下降，严重时会导致电力公司的运营出现亏损。由于变压器烧损、线路烧断、开关设备烧损，不仅增加了供电公司的电力成本，而且由于停电检修和更换购货，导致停电时间较长，电力供应减少，不仅会降低供电公司的经济效益，还会影响供电公司的信誉，降低服务品质。三相负载失衡、一相或两相畸变，势必会导致线路上的压降增加，从而导致电力系统的运行质量下降，从而影响到电力系统的正常运行。变压器烧毁，线路烧断，开关设备烧毁，对使用者的用电产生很大的影响。短路还会导致大量的低压设备被烧毁。总结本次课题以电力系统稳定问题为研究角度，对电力系统电压稳定问题的背景和研究的意义进行了讨论，同