提高电力系统稳定性的措施

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【摘 要】 本文主要对现代电网系统进行了研究分析，阐述了现代电力系统稳定性的定义及其分类，从送电系统控制和加装电力设备两大方面阐述了如何提高电力系统的稳定性。本文最后根据电力系统暂态稳定的特点分析了非线性控制技术在暂态稳定控制中的应用。

【关键词】 电力系统 稳定性 措施

随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。在当今电力作为推动社会飞速发展的主动力时代，电力网是否稳定对社会的生产、生活、发展起着决定性的影响。因此，研究电力系统在各种条件下的稳定性问题对社会的发展具有特别重要的意义[1]。

1 电力系统稳定性定义及分类

电力系统稳定实际是一个动态过程， 主要是当系统受到干扰导致了同步电机电压相角重新调整，进而形成一个新的系统运行状态的过程。我们通过系统受干扰后的恢复过程，将系统稳定分为暂态稳定、静态稳定和动态稳定。

暂态稳定是指：当系统遭受较大干扰后，系统中的各同步电机还能保持同步运行到一个新的稳定状态或者恢复到未受干扰前的稳定状态的能力，小于三个荡振的周期，约三秒以内。

静态稳定是指：当系统遭受较小干扰后，系统不发生失步周期性和自振荡，系统能恢复到原始的运行稳定状态的能力。

动态稳定性是指：系统遭受很大的干扰，在大于三个周期振荡过程，每个同步电机还能保持一致的能力。（实际上，在这长过程中，必须考虑调试器和调压器动作，以及负荷动特性影响等）。

2 提高电力系统稳定性措施

2.1 对送电系统的控制

（1）改善发电机励磁调节系统的特性：由电力系统功率极限的简单表达式可知，减小发电机的电抗，可以提高电力系统功率极限和输送能力。

（2）改善原动机的调节特性：我们根据发电机功角变化对于再热式轮机可以采用快速调节轮机汽门与带有微机控制和带有功角检测仪的高速系统来消除故障后发电机输入以及输出功率之间的不平衡，交替关、开快速汽门，以缩短振荡时间，提高暂态稳定。

（3）快速操作汽阀（快关）：当系统受到较大干扰时，输出的电磁功率突变，这时，如果原动机的调节装置非常的准确、灵敏和快速，使得原动机自身的功率能跟上相应的变化的电磁功率，则能极大让系统稳定性得以提高[2]。

（4）切机：提高系统暂态稳定的基本措施包括减小原发电机大轴不平衡功率。方法有两个一个是减少原发动机的输入功率，第二个是增大发电机发出的电磁功率，当系统有充足的备用电机时，我们同时切除故障线，同时切除部门联锁发电机，这样就能有效的增大系统稳定性。

2.2 采用附加装置提高电力系统的稳定性

（1）在输电线路串联电容：利用电容器容抗和输电线路感抗性质相反的特点，在输电线路中串联电容补偿线路中的电感来提高超高压远距离输电的功率极限，从而起到提高系统稳定的作用。

（2）在输电线路中并联电抗：改善远距离输电系统稳定性的重要措施之一就是将电抗并联到输电线路中。因为随着输电线路长度的增加，产生的电抗就会越大，随之容抗也会变大，而增加的电容则会给线路带来大量的无功，当线路负荷较轻情况下，线路中大量的无功会造成线路末端电压过高。为改善这种情况，我们将电抗器并联到输电线路上来吸收由长距离线路所产生的大电容造成的无功功率，这样，可以减小发电机的运行功角，提高发电机的电势从而提高长距离输电系统的稳定性。

（3）将变压器中性点改为小阻抗接地：电力系统发生接地短路情况时产生的暂态稳定和变压器中性点接地情况有着重要的联系。为了提高中性点直接接地系统的稳定性，我们利用电流流过阻抗会消耗有功功率原理将系统中变压器的中性点改为经小阻抗接地，这样系统短路时产生的零序电流经过变压器中性点小阻抗后消耗有功这就增加了发电机的输出电磁功率，减小了发电机转轴上存在的不平衡功率，进而提高了系统的暂态稳定[3]。

3 非线性控制技术在暂态稳定控制中的应用

为提高电力系统运行的稳定性，除应对电网进行合理的规划、建设、采取紧急措施之外，最主要的就是对相关部件采取有效的控制手段。根据电力系统采用模型的不同可选取不同的方法。通常对非线性系统进行控制的方法有：

（1）Lyapunov直接法：在假设非线性控制系统的原点为平衡点，寻找一个正定Lyapunov函数，，且，在此基础上求出反馈控制规律，使得，这就是正定函数的思想，当时闭环系统才会逐渐的趋向稳定。由此可见，要想使受干扰后的系统动态过程以较快的速度趋向平衡点则需要V越负越大。自适应、滑膜等控制设计都可以用Lyapunov直接法。

（2）变结构控制方法：20世纪70年代中期科学研究者们开始研究变结构控制方法，该方法不但能有很好的全局渐进稳定性，而且它有很强的鲁棒性，能抗外部干扰和参数的摄动。该方法的基本思想是：预先选定一个超平面，利用切换函数和高速开关将电力系统的相轨迹按照一定的规律驱动到超平面上，我们将该运动定义为滑动模态，其基本思想是，利用高速开关和切换函数将系统的相轨迹按一定的趋近律驱动到一个预先选定的超平面S（X）=0（称滑行面或切换面）上，超平面上的系统运动称为滑动模态（Slidingmode），且系统的滑动模态是逐渐趋向稳定的。

4 结语

目前，我国电力系统已步入大电网、大机组、超高压、远距离输电时代，随着电力系统的发展及其互联，电力系统稳定问题也将越来越突出。有关电力系统稳定问题的研究已成为国内外电力界的热门课题之一。因此，在当前，研究电力系统稳定问题的机理、以及提高电力系统稳定性的控制措施，具有重要的意义。

参考文献：

[1]与永源，杨绮雯.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]陈衍.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2007.