现代控制理论与计算机技术及电力电子技术相互融合,使电力系统稳定性的研究领域大为扩展,经典电力系统稳定性理论已发展为现代电力系统稳定性与控制理论。
1)日益严重的电力系统稳定性问题
电力系统稳定问题一直是电力系统安全运行的严重威胁。展望今后电力系统的发展,下列因素将使稳定性问题继续存在并有恶化的趋势。
首先,一些电源的位置将更远离负荷中心。这一点在我国尤为突出,随着西部水利及内地煤炭资源的开发,必然形成大功率远距离西电东送的局面。此外,为减少大气污染影响,也要求电厂远离城市,这就造成线路电抗增大以及潮流的不合理,使系统稳定性下降。
其次,是发电机单机容量的增大。为了加速电力的发展及降低成本,装设大容量发电机已成为必然的趋势。但是单机容量的增大带来发电机同步电抗增大和机组惯性时间常数减小,这两者都将对系统的稳定性带来不利的影响。
最后,输电线路容量增大。当线路因事故断开时,送、受端系统将出现更大的功率余缺,增加了对电力系统稳定性的威胁。
另外,输电线路的同杆并架,也增加了危及系统稳定的线路间多重故障的发生概率。
2)采用控制手段提高系统稳定性
为提高电力系统稳定性,第一种措施是加强一次设备,如采用多回路、提高线路电压、采用串联电容补偿等;第二种措施是采用控制手段,如发电机的励磁及原动机气门的控制。这两种措施需要互相配合,缺一不可。
但是从经济观点上看,第二种采用控制手段要优于加强一次设备。特别是近年来,控制理论、计算机控制及通信技术、电力电子技术以及基于GPS的电力系统相量测量等新技术的迅速发展,使得采用控制手段来提高系统稳定性的效益大为增加。这些技术对于电力系统运行、规划以及学科内容产生了重大的影响,可以归纳如下。
(1)传统观念中稳定性主要靠加强电网网架结构来提高,现在通过控制手段就可明显地提高系统运行的稳定性。因此,在做系统规划设计时,应把控制手段与一次设备相结合,设计出不同的方案后进行比较选择。
(2)在应用时域模拟分析电力系统稳定性时,暂态过程所需的模拟时间增长了(因为不仅第一摆,后续摆动中系统也可能失去同步),所有产生阻尼的元件(包括励磁系统、调速器、负荷及发电机)都需要进行更详尽的模拟,控制器作用的计入(如快速励磁系统及其控制)增加了系统的刚性。(www.daowen.com)
(3)促进了稳定性分析方法的发展,如状态空间一特征值法、广域相量测量的应用等。
(4)出现了要从改善系统稳定性出发,协调整体设计及协调管理所有控制装置的要求。
(5)影响了电力系统稳定性分类的划分方式。
(6)使得对稳定性的研究,从系统失去稳定以前阶段延伸到失去稳定以后的阶段。失去稳定以后迅速对系统进行紧急控制(如再同期、甩负荷、解列等手段)和恢复控制,就使系统安全稳定性在更大的范围内得以提高。
3)提高电力系统稳定性的各种控制措施
提高电力系统稳定性的控制措施,按照装置安装的地点可以分成以下三类。
(1)发端的控制措施,主要调节发电机有功、无功输出和发端电压。其主要内容有:发电机励磁控制,包括主变压器高压侧电压控制和二次电压控制;电阻制动及其控制;气门快关及控制;机端的无功补偿;超导储能改善角度稳定性等。
(2)线路上的控制措施,主要为调节线路参数,如串联电容强制补偿及控制,并联无功设备的控制,直流输电的功率调制,采用移相器、统一潮流控制器等。
(3)受端的控制措施,主要调节有功/无功负荷,如受端联切负荷,受端发电机的控制(包括气门及励磁),储能和负荷调制技术,电压和无功综合控制等。
上述各项措施中,有些控制如统一潮流控制器等,尚在研究之中,有些控制需要增加一次设备,投资很大。而发电机励磁控制(包括受端发电机)投资小又效益显著,而且容易实现,已普遍应用,成为保证电力系统稳定性的一项基本措施。
随着基于GPS的广域相量测量技术的实现和电力通信系统的完善和更加可靠,电力系统的稳定控制技术将有大的突破。分层分布的、可以在局部及全局实现协调的电力系统安全稳定控制系统,将开辟电力系统控制的新局面。
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