【涨知识】智能电网的基础之电力系统稳定

，同时认为相应的继电保护及自动装置动作正确。扰动可按扰动严重程度和出现概率分为三类：

第I类，单一故障(出现概率较高的故障)：a.任何线路单相瞬时接地故障重合成功;b.同级电压的双回或多回线和环网，任一回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合，任一回线三相故障断开不重合;c.任一发电机跳闸或失磁;d.受端系统任一台变压器故障退出运行;e.任一大负荷突然变化;f.任一回交流联络线故障或无故障断开不重合;g.直流输电线路单极故障。

第II类，单一严重故障(出现概率较低的故障):a.单回线单相永久性故障重合不成功及无故障三相断开不重合;b.任一段母线故障;c.同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功，双回线三相同时跳开;d.直流输电线路双极故障。

第III类，多重严重故障(出现概率很低的故障):a.故障时开关拒动;b.故障时继电保护、自动装置误动或拒动;d.自动调节装置失灵;e.多重故障;f.失去大容量发电厂;g.其他偶然因素。这块目前国内也越来越重视，稳定规定导则里面提到，但是具体分类没有这么多，省级调度运行方式对这块校核也不够，但以后应该会有这方面的预案。

校核暂态稳定，只需要按照规定的故障形态进行系统动态过程计算，当判定在扰动去除后系统可以达到新的或恢复到原来的平衡状态，就可以认为满足了要求，而不必再考虑其他额外的裕度。这是因为在计算过程中已隐含了足够的安全裕度，如下(本文不涉及具体怎么计算，毕竟我们也是用BPA之类的软件计算)：

作为惯例，进行暂态稳定计算时，要求选择在实际可能的最为不利的一系列运行方式，在最不利的地点发生金属性短路故障，按给定的故障切除时间(正常情况下总是略大于实际值)等所有不利条件的组合作为前提条件。显然，必然较之实际情况严格，而具有较大的安全性。

作为设计与生产运行系统的暂态稳定性校核，总是忽略短路电流中的直流分量所产生力矩的影响，进一步使短路故障形态下的校核结果偏于保守。

暂稳措施目前采用的主要有切机、切负荷、解列联络线;电气制动、快关气门、直流调制等措施应用较少。

2)提高系统暂态稳定水平的一次措施

串补：串联电容补偿，这个之前无功那块提到过，但是那不是主要的，其主要作用还是暂态稳定方面，至于串补如何提高暂态稳定性和增加线路输送极限的内容，教科书上都有就不提了，近年来用的比较多的可控串补后续部分再说，其他和串补相关的有以下几点：

串联电容补偿只适用于送端和受端两端系统都比较强大的情况。此时线路阻抗占有整个联络阻抗的主要成份，因而对它实现串联补偿能显著减少到系统的综合阻抗，以取得提高送电容量的效益。但采用串联补偿也有一些特殊的问题。

例如，如果采用串联补偿的补偿度较大，将使传统的作为基本保护的距离保护的正确动作发生困难，而不得不采取特殊措施;串联电容间隙非对称击穿，将影响零序电流保护的正确和有效动作;串联补偿站本身和对串联电容的保护也是特殊问题，近年来开发的氧化锌阀片用作串联电容的过电压保护，不但可以减化结构，还能比较好地充分发挥串联电容在故障切除后加强系统暂态稳定的作用;而如果在汽轮发电机组的高压配出线路上采用串联补偿，则必须研究和采取措施防止发生次同步谐振的可能性。所谓次同步谐振，即当汽轮发电机接在经串联补偿的输电系统时，如果电系统的串联谐振额率Fe和发电机组轴系的某一扭振频率Fm对运行频率(例如50Hz)接近互补的话(Fe+Fm=60Hz)，则电系统将与发电机组轴系机械系统间相互交换振荡能量，使振荡逐渐增大直至机组轴损坏。而对于水轮发电机组，由于水轮机的转动惯量远小于相联发电机的转动惯量，机械部分的反作用极小。因而不致发生次同步谐振问题。

其他的一次措施，比如中间并联补偿、增加开关站、增设线路，但都没有串补来的普遍。

3)提高暂态稳定水平的二次自动措施

实际工程中，二次措施在提高暂稳水平上，更为有效。

快速切除故障

系统的暂态稳定问题，主要出现在电厂的配出线上。而快速切除故障，则是提高线路暂态稳定性的最有效措施，它也是其他安全自动措施得以发挥作用的前提条件。

电力系统原理上，即快速切除故障，增大制动能量面积，增加系统暂态稳定性。

在一般的系统情况下，加速切除故障对提高极限送电功率水平的作用。随电网结构与电厂在系统中所处位置而异，但可以认为，它对于要求传输大功率的长距离线路，效果特别突出。我国电力系统的实践说明，有的系统仅加速了电厂出口附近的短路故障切除时间，就取得了保持三相短路后的暂态稳定性:有的系统在适当地加快故障切除时间的同时，取消了原来需要的电气制动，同样取得了良好的暂态稳定效果。对于弱受端系统(受端系统电源较少。联系比较松散)，缩短输电线路的故障切除时间、更可以获得较大暂态稳定效益，某些情况下，你把故障切除时间从0.12S缩短到0.1s，可以代替切100MW负荷的效果。

所以故障极限切除时间，也是电力系统稳定相关工程中需要关注的内容。

在我国现有条件下。可能达到的最快故障切除时间是多少，近端故障的切除时间将不大于0.1s，而远端故障切除时间则为0.1s或0.12s。根据需要，还可以做到近端故障不超过0.08s。具体的故障切除时间，国网的工程要按照国家电网安全稳定技术规范里面规定的值来分析。

自动重合闸

自动重合闸的重要作用、不仅在于恢复因故障断开的线路，更是在连续故障情况下保持系统完整性、避免扩大事故的重要手段。1977年的第二次纽约大停电，是多回线连续故障引起的。在事故过程中，一问345kV电源线路因合闸角的整定过小(为了减少对1000MW机组的冲击)而拒绝自动重合闸与禁止手动合闸。否则，也许这次造成重大社会损失的系统大停电事故就可能避免，事后不久。就把该合闸角改大了。自动重合闸的一些问题：1)合理选用重合闸时间：可以显著地提高重合于故障未消除线路上时的系统稳定性。具体分析还是和制动能量面积有关，教科书内容就不详述。不论是单相的或三相的重合闸，当重合到故障未消除的线路上时.将显著地减低系统的稳定水平，而采用最佳重合闸时间的单相或三相重合闸，即使重合到故障未消失的线路;对系统的稳定水平将不会有较大的恶劣影响。与不进行电合闸的情况基本相近。

分析结果说明，重合时间可以按最大送电功率情况考虑最佳条件整定。一般地说，传输重负荷时，初始角大，故障后的摇摆周期较长:而在同样的系统结构条件下，传输轻负荷时，初始角较小，故障切除后的摇摆周期变短。因而在较轻的传输负荷情况下，满足最佳重合时间的重合闸时间将变短。计算结果证实，即使在轻负荷时偏离最佳重合间较多，一般也无碍于系统的最终稳定。

2)220kV线路的重合闸方式：220kV网络较为紧密，一般采用三相重合闸方式，这种方式好处甚多，如重合闸装置本身简单可靠，继电保护的整定配合比较方便。发生接地故障时，一侧先跳开后，另一侧往往可能由零序电流保护相继快速切除故障，起到部分高频保护的作用等。实际系统中的大环网或重负荷单回线上，才宜于按需要整定单相或三相快速重合闸。

在这样特殊的电网结构与运行方式下，当线路发生单相或多相故障，如果任其断开而不进行重合闸。系统将失去稳定。而如果线路只是短时断开，依靠成功的快速重合闸使电网得以快速恢复原来的正常接线，则可能保持系统的暂态稳定。对于这种情况，采用重合时间满足需要的快速重合闸，当然是合理的。但如果重合到故障尚未消除的线路上、系统失去稳定则是无疑的，这时只好依靠后备措施来中止振荡、或者切机、切负荷等防止失去稳定。

3)500kV线路的重合闸方式：由于500kV线路传输的功率占系统容量的比重大。以及线路故障仍以单相瞬时故障占大多数，而保持这些线路安全运行的有效措施应是采用单相重合闸。和220kV线路不同，在500kV线路上采用单相重合闸必须考虑的一个重要问题是，故障点能否快速自灭弧(中性点小电抗)。

切机方案

保持电电力系统同步稳定性的最根本前提，在于保证线路的传输能力总是大于系统通过它传输的最大功率。所以线路发生故障引起传输能力不足时，必须切机，才有可能保持系统的继续稳定运行。

无论国内外系统，都已把水电厂切机作为常用的对付上述问题的一种有效手段，并早已取得成功的经验。而火电厂切机则未见广泛采用。

发挥切机的作用，另一关键问题是希望在故障发生后尽快可能加速切机时间，切得愈慢。效果愈差、等到其他机组已步入失稳边缘，再切机也无济于事了。为了加速切机时间，最好动作于动作快的机组变压器侧高