电力能源在如今的社会生活中已经必不可少，经济要发展，电力行业作为支柱行业必须要先行。同时需要注意的是，电力系统是一个具有时变性的，复杂的巨大系统，各种不同的故障引起的连锁反应非常复杂。尤其是在相当大的系统中，不计其数的不同特性的发电机、变压器、负荷等电力设备通过远距离的输电线路联在一起,形成一个互联电力网络，它们之间会彼此影响和牵制，相互调节各自的动态过程，这就让一个如此大规模的电力系统的动态过程表现异常复杂，整个系统的强非线性也让扰动的结果变得更加难以预测。下文对此做简要的分析并提出相应改善措施。
一、电力系统稳定分析概述
当系统在某一稳定运行状态下受到某种干扰后，如果能够经过一定的时间后回到原来的的运行状态后者过渡到一个新的稳态运行状态，则定义系统在该正常
运行状态下是稳定的。反之，若系统不能互道原来的运行状态或者不能建立一个寻得稳定运行状态，我们称该系统是不稳定的。
电力系统稳定性分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定三类。
(1)电力熊受到小干扰后，如果不发生周期性失步或者自发振荡，并且自动恢复恢复到初始运行状态的，我们称该系统是静态稳定的。
(2)电力系统在稳态运行方式下受到较大的扰动之后，各发电机间能够继续保持同步运行，我们称该系统是暂态稳定的，反之则是暂态不稳定的。
(3)电力系统受小的或大的干扰后如果自动调节和控制装置能够起作用，保持持续运行稳定，我们称该系统是动态稳定的。
评价输电线路的运行能力时，需要我们同时考虑这三种稳定能力所带来的限制，并从中得出一个满足这些条件的极限。这个极限的选择标准是不超过三种稳定分别的极限要求，同时强调不能等于静态稳定极限。
二、暂态稳定基本概念
在稳定状态下的电力系统，每一个发电机都是在同步状态下的。然而，在大的干扰情况下，电力系统参数（功率，电流，电压等）以及系统潮流、发电机的输出功率产生更大的变化，从而破坏了原动机和发电机的功率平衡，发电机轴上的不平衡扭转使转子加速或减速。典型情况是使得每个发电机的转子之间的相对角度发生变化，由此产生的发电机转子之间的相对运动，进而这种变化会影响每一个发电机的输出功率，两者相互影响，使得每个发电机的功率、转子之间的相对角度不断改变。干扰到底并在一段时间后，如果随着时间的推移发电机转子之间的相对角度变成振荡衰减状态的，每一个发电机趋于逐渐恢复同步操作时，系统过渡到新的稳定状态，称为系统为暂态稳定的；与此相反，如果发电机转子之间的相对角度是随时间增加，最终至少有一台发电机和其他发电机不同步，该系统被称为暂态不稳定。暂态不稳定会导致发电机输出功率，电压和电流严重摆动，使一些负载或发电机被切除，甚至可能导致系统的分列。暂态不稳定造成的后果极其严重，因此，对电力系统各种可能遭受的不稳定因素进行分析，以避免不利因素的干扰并保持同步运行是极其必要的。以上大扰动后不同的时间段，电力系统将呈现不同的特性，通常是短暂的时间，可分为三个阶段：
(1)起始阶段：大干扰后约1秒内，系统中的保护及其他自动装置动作，如故障线路的切除或重新合闸、切除发电机等，该时间段内发电机的调节系统未起明显作用。
(2)中间阶段：在起始阶段后大约5秒内，发电机组的调节系统将发挥作用。
(3)后期阶段：在中间阶段后的几分钟内，此时电力系统的暂态过程受到发电厂端锅炉等动力设备的影响，此时由于频率和电压的下降，会出现自动装置切除部分负荷等。
电力系统遭受了大扰动，从而引起电力系统的暂态稳定性问题。在电力系统中引起大扰动的原因，主要有下列三种：
（1）负荷的突然变化。例如投入或切除大容量的用户等；
（2）电力系统主要元件的停役或投运，例如线路、变压器和发电机等；
（3）线路的故障。例如发生短路或断线故障。
在以上几种影响形式中，最为严重的故障大部分是短路故障，故常以此作为检验系统是否暂态稳定的依据，在我国现行的《电力系统安全稳定导则》里也有规定：我国电力系统必须能承受的扰动方式为三相短路故障。。
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三、暂态稳定的改善措施
影响电力系统暂态稳定性的故障绝大多数是短路故障。在短路期间，由于网络拓扑结构的变化，会影响发电机电磁功率的输送。在大扰动发生以后，破坏系统暂态稳定的主要原因是发电机电磁功率和机械功率的差额，即所谓的不平衡功率。因此，若想提高暂态稳定性，一般优先考虑减少扰动后不平衡功率的临时措施。即一方面提高发电机输出的电磁功率，一方面减少原动机的机械功率。
常用的措施有以下几种：
(1) 改变制动功率（发电机输出的电磁功率）
A.迅速的切除故障以及应用自动重合闸装置。
快速的切除故障以及应用自动重合闸装置可以有效的减小电磁功率和机械功率的差值，并且实施起来较为经济可行。其中，提高暂态稳定性的首要措施就是在继电保护装置的作用下快速地切除故障。因为故障切除时间越短暂，根据等面积定则，减小了系统的加速面积，相对地增加了系统的减速面积，减小发电机失稳解列的可能性。在这里，该措施也可以令电动机负荷极端电压得到迅速回升，成功降低了电动机失速而引起系统失稳的可能性。
B.对发电机施加强行励磁
发电机强行励磁装置的配置对发电机输出的电磁功率的增加具有重要作用，根据公式发电机的电磁功率跟机端电压成正比。
它的原理是，当系统发生故障导致发电机的端电压跌落至额定电压的85%-90%时，能够迅速大幅度增加励磁，使发电机电势恢复至正常值。
C.电气制动
电气制动的原理是：在系统发生故障后，通过电阻的迅速投入，使发电机的有功功率被消耗掉，并且增大电磁功率，这样可以让功率差额有所降低。
D.变压器中性点经小电阻接地
变压器的中性点采用经小电阻的接地方式，可以看作是电气制动在接地短路故障时的应用。
E.输电线路设置开关站
同杆架设的110kV及以上双回输电线路，如果出现切除单回线路故障的情况，线路阻抗将增大一倍，根据上述公式可以知道，静态稳定极限功率会减少。此时，系统的暂态稳定和故障后的静态稳定都会受到威胁。特高压远距离输电线路的阻抗占系统阻抗的比例很大，这时的影响就更大了。如果在线路的各个节点设置相应的开关站，所述线路会被分成多个小段，如果某一部分发生故障被切除，那么整段线路的阻抗增加相对于不分段来说较少，这对于稳定是有利的。但是建设开关站的花费与投资却与这种作用不成比例。所以，开关站的数目及分配位置，需要结合串联电容补偿及并联电抗补偿一起考虑。
F.输电线路采用强行串联电容补偿
串联电容补偿指的是：在输电线路上串联接入电容器来减小线路的等效电抗。原理上利用的就是，在输电线路上，电容器容抗与输电线路感抗相反的性质。
采用强行串联电容补偿可在切除故障线路时切除部分并联的电容器组，增大串联补偿电容的容抗，部分地或是全部地抵消由于切除故障线路而增大的线路电抗，提高系统的暂态稳定性。近年来，一些国家已在应用可控串联补偿装置（Thyristor Controlled Series Compensation,即TCSC）来提高系统的静态稳定性和暂态稳定性。
(2)改变原动功率（原动机输出的机械功率）
过剩功率的减小也可以通过降低原动机的输出机械功率来实现。
对于汽轮机可以采用快速的自动调速系统或者快速关闭汽门的措施。但是，水轮机相对于汽轮机具有其特殊性，它的水门可能无法做到在短时间内关闭，这时，通常选择切除一台送端发电机厂的机组中的发电机，也就是使得原动机功率降低。当然，这时发电厂的电磁功率由于发电机总的等值阻抗略有增加而略有减少。另外，合理选择远距离输电系统的运行接线也可以实现减少原动机输出功率的目的。在远方发电厂向系统中心输电采用了多回路输电方式时，从提高暂态稳定性的角度宜选择使用机组单元接线或扩大单元接线方式来向远方的负荷中心输送电力。
参考文献
[1]赵璞.温州电网暂态稳定性分析及对策研究[D].浙江大学,2011.
[2]顾卓远.基于响应的电力系统暂态稳定控制技术研究[D].中国电力科学研究院,2014.
[3]孙闻.基于投影能量函数理论的暂态稳定分析与控制方法研究[D].天津大学,2010.
论文作者:陈姜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/1
标签：发电机论文; 稳定论文; 功率论文; 系统论文; 电力系统论文; 故障论文; 线路论文; 《电力设备》2017年第11期论文;