12电网调度自动化(第三章稳定控制措施1)1404111952.pptx

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1、North China Electric Power University电气与电子工程学院电气与电子工程学院 电网调度自动化电网调度自动化第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题讨论讨论 1 1、小扰动电压稳定性和大扰动电压稳定性有什麽、小扰动电压稳定性和大扰动电压稳定性有什麽区别？区别？2 2、电力系统在什么情况下易发生功角稳定性？什、电力系统在什么情况下易发生功角稳定性？什麽情况下易发生电压稳定性？什么情况下需要分麽情况下易发生电压稳定性？什么情况下需要分析频率稳定性？析频率稳定性？第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 一、提高暂态稳定的措施一

2、、提高暂态稳定的措施 随着互联电网规模的增大和系统重大稳定事故随着互联电网规模的增大和系统重大稳定事故的发生，首先引起工程技术人员和许多学者重视的的发生，首先引起工程技术人员和许多学者重视的是系统的暂态稳定问题。为了提高系统的暂态稳定是系统的暂态稳定问题。为了提高系统的暂态稳定水平，大部分工业界人士除了制定暂态稳定的准则，水平，大部分工业界人士除了制定暂态稳定的准则，对系统进行数字仿真、物理实验外，还在此基础上对系统进行数字仿真、物理实验外，还在此基础上研究了多种具体的控制措施。研究了多种具体的控制措施。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 如在联络线加装串联电容器、

3、快速切除故障、如在联络线加装串联电容器、快速切除故障、切机、切负荷等专门的稳定措施。由于暂态稳定性切机、切负荷等专门的稳定措施。由于暂态稳定性已获得高度重视，在提高稳定性的方法和措施方面已获得高度重视，在提高稳定性的方法和措施方面取得的进展也非常大。归纳起来，无非是提高暂态取得的进展也非常大。归纳起来，无非是提高暂态稳定性的目标是获得以下效果中的一个或几个：稳定性的目标是获得以下效果中的一个或几个：第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 1）使故障严重程度和持续时间最小以减少扰动的影响；）使故障严重程度和持续时间最小以减少扰动的影响；（快速切除故障）（快速切除故障）第三

4、章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 2）增加恢复同步的能力；（切机、切负荷）增加恢复同步的能力；（切机、切负荷）3）通过控制原动机机械功率，减少加速转矩；）通过控制原动机机械功率，减少加速转矩；（快关汽门）（快关汽门）第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 4 4）通过施加人工负荷减少加速转矩。（电气制动）通过施加人工负荷减少加速转矩。（电气制动）第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 在提高暂态稳定性的措施中，我们可将其分为在提高暂态稳定性的措施中，我们可将其分为一次系统措施和二次系统措施，一次系统措施主要一次系统措施和

5、二次系统措施，一次系统措施主要是从网架结构和增加电气设备方面采取有效措施。是从网架结构和增加电气设备方面采取有效措施。这种措施可靠性高，但投资较大。二次系统措施是这种措施可靠性高，但投资较大。二次系统措施是在一次系统不能得到改善的情况下，加装安全自动在一次系统不能得到改善的情况下，加装安全自动装置来进行补救，这种措施投资小，施工周期短，装置来进行补救，这种措施投资小，施工周期短，但可靠性相对较低。但可靠性相对较低。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 1、提高暂态稳定水平的一次系统的措施提高暂态稳定水平的一次系统的措施 1 1）架线路（采用分裂导线、增加回路数或架设高

6、）架线路（采用分裂导线、增加回路数或架设高一级电压等级的线路），增加变压器。随着我国一级电压等级的线路），增加变压器。随着我国经济的发展，增加重要线路回路数已成为现实。经济的发展，增加重要线路回路数已成为现实。但联络线的架设超过但联络线的架设超过3 3回后对系统的暂态稳定回后对系统的暂态稳定水平的提高就没有显著的效果。水平的提高就没有显著的效果。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 2）串联电容器补偿）串联电容器补偿 串联补偿的原理是利用串联电容器的容抗抵消串联补偿的原理是利用串联电容器的容抗抵消掉部分感抗

7、，相当于缩短了线路的电气距离，从而掉部分感抗，相当于缩短了线路的电气距离，从而达到提高系统的稳定极限和输电能力的目的。达到提高系统的稳定极限和输电能力的目的。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 串联补偿作为一项成熟的技术，在电力系统中串联补偿作为一项成熟的技术，在电力系统中发挥着多方面的作用，如增加系统的输电能力；改发挥着多方面的作用，如增加系统的输电能力；改善系统的稳定性；改善运行电压和无功平衡；用作善系统的稳定性；改善运行电压和无功平衡；用作潮流控制和降低网损；且有良好的经济性等等。基潮流控制和降低网损；且有良好的经济性等等。基于以上优点，串联补偿技术在电力系统

8、特别是在远于以上优点，串联补偿技术在电力系统特别是在远距离、大容量输电系统中得到了广泛的应用。距离、大容量输电系统中得到了广泛的应用。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 串联电容补偿适用于送端和受端系统都比较强大串联电容补偿适用于送端和受端系统都比较强大的情况。此时线路阻抗占有整个串联阻抗的主要部的情况。此时线路阻抗占有整个串联阻抗的主要部分，因而对它实现串联补偿能显著减小系统的综合分，因而对它实现串联补偿能显著减小系统的综合阻抗，以取得高送电容量的效益。阻抗，以取得高送电容量的效益。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 如图：由功率特性方

9、程可知：由功率特性方程可知：如果如果X XX1 X1、X XX2X2，则则X X下降可显著降低下降可显著降低X X，这种措施即提高了暂态，这种措施即提高了暂态稳定水平，同时也提高了静态稳定水平。稳定水平，同时也提高了静态稳定水平。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 如图为常规串补装置的接线示意图：其中：C-电容器组 MOV-氧化锌避雷器 D-阻尼回路 G1-触发间隙 S1-旁路开关第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 MOVMOV与电容器组并联，当与电容器组并联，当电容器两端电压超过电容器两端电压超过MOVMOV的保的保护电压时，护电压时，

10、MOVMOV中将流过很大中将流过很大的电流，将电压限制在其保的电流，将电压限制在其保护电压水平，一旦故障消失护电压水平，一旦故障消失电容器瞬时重投。电容器瞬时重投。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 触发间隙的主要作用是用触发间隙的主要作用是用于保护于保护MOVMOV，当通过，当通过MOVMOV的能的能量或电流超过设定值时，触量或电流超过设定值时，触发间隙击穿，旁路发间隙击穿，旁路MOVMOV。旁路。旁路开关通常处于常开状态，需开关通常处于常开状态，需要有较快的合闸速度。当旁要有较快的合闸速度。当旁路开关闭合时，可将串联电路开关闭合时，可将串联电容退出。容退出。第三

11、章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 19281928年串联补偿技术首先应用于美国的年串联补偿技术首先应用于美国的330KV330KV系统，到系统，到19981998年，世界上串联电容安装总量已超过年，世界上串联电容安装总量已超过90000Mvar90000Mvar。我国我国19721972年首次在刘家峡年首次在刘家峡-关中关中330KV330KV线路采用补偿度线路采用补偿度为为30%30%的串补装置。的串补装置。根据加拿大根据加拿大CEAERISCEAERIS对对1978198319781983年串补设备的运行统年串补设备的运行统计数据表明：串补装置事故率为计数据表明：

12、串补装置事故率为0.60.6次次/年年.组；平均故障修组；平均故障修复时间为复时间为67.967.9小时小时/次；可用率可达次；可用率可达99.54%99.54%。电容器年故障。电容器年故障率在率在0.030.03以下。以下。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 事例：事例：330KV330KV刘天关刘天关600km600km线路，装设线路，装设30%30%串联电容补偿，串联电容补偿，静稳水平提高静稳水平提高5 5万千瓦，暂态稳定水平提高万千瓦，暂态稳定水平提高4 4万千万千瓦。瓦。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 随着电力电子技术和晶体

13、管技术的发展，串联随着电力电子技术和晶体管技术的发展，串联电容补偿由常规不可控制发展到可控串联电容补偿电容补偿由常规不可控制发展到可控串联电容补偿（TCSC：Thyristor controlled series compensator)，可控串联补偿较常规固定串联补偿，可控串联补偿较常规固定串联补偿对提高暂态稳定水平更有效。对提高暂态稳定水平更有效。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 它可以在晶闸管触发角的作用下，当联络线输它可以在晶闸管触发角的作用下，当联络线输送功率大或电压低时自动提高补偿度，降低送功率大或电压低时自动提高补偿度，降低X X，而，而输送功率小或

14、电压高时，回到正常的补偿水平。尤输送功率小或电压高时，回到正常的补偿水平。尤其是当系统故障扰动发生后，出现联络线功率的同其是当系统故障扰动发生后，出现联络线功率的同步振荡，它可以有效地减低振荡幅值，使系统尽快步振荡，它可以有效地减低振荡幅值，使系统尽快平息振荡。平息振荡。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 如图为可控串补装置的接线示意图：如图为可控串补装置的接线示意图：第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 与固定串补类似，可控串补主与固定串补类似，可控串补主要由电容器组、要由电容器组、MOVMOV、阻尼电路、阻尼电路、旁路开关等主要部件组成

15、，不同的旁路开关等主要部件组成，不同的是，可控串补增加了一电抗器的并是，可控串补增加了一电抗器的并联支路，它由一双向可控硅和电抗联支路，它由一双向可控硅和电抗器串联组成。由于增加了调控速度器串联组成。由于增加了调控速度很快的可控硅并联支路，可控串补很快的可控硅并联支路，可控串补通常取消了火花间隙支路。通常取消了火花间隙支路。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 可控串补存在三种典型的运行工况：可控串补存在三种典型的运行工况：1）可控硅全开工况（全导通模式）。如图：）可控硅全开工况（全导通模式）。如图：该工况与固定串补被旁路开关旁路的工况完全相同，整个该工况与固定串补被

16、旁路开关旁路的工况完全相同，整个串补装置表现为一个小电抗。串补装置表现为一个小电抗。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 2）可控硅全关闭工况（闭锁模式）。如图：）可控硅全关闭工况（闭锁模式）。如图：该工况与固定串补正常工况完全相同，整个装置表现为该工况与固定串补正常工况完全相同，整个装置表现为一固定的容抗。一固定的容抗。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 3 3）可可控控硅硅参参与与调调节节的的正正常常运运行行工工况况，这这也也是是可可控串补的主要运行工况。如图：控串补的主要运行工况。如图：第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系

17、统稳定性的措施 可控硅不同导通角时，可控硅不同导通角时，可控串补中可控硅支路电可控串补中可控硅支路电流不同，串补装置表现出流不同，串补装置表现出的等值工频容抗就不同，的等值工频容抗就不同，因此，通过调节可控硅的因此，通过调节可控硅的导通角，可以方便快速地导通角，可以方便快速地调节装置的等值工频容抗调节装置的等值工频容抗或者电抗。或者电抗。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 事例：事例：甘肃陇南地区碧口电厂甘肃陇南地区碧口电厂-成县变电站的一条成县变电站的一条140140公里公里220KV220KV线路，当系统无补偿设备时，稳定情况较差，碧成线线路，当系统无补偿设备时

18、，稳定情况较差，碧成线碧口侧发生单相瞬时故障时，碧成线的稳定极限为碧口侧发生单相瞬时故障时，碧成线的稳定极限为245MW245MW，不能满足电力送出的需要，同时系统在故障后振荡衰减较缓不能满足电力送出的需要，同时系统在故障后振荡衰减较缓慢。为此，在慢。为此，在220KV220KV碧成线上加装串补，以解决其电力送出碧成线上加装串补，以解决其电力送出问题。问题。20042004年年1212月月2222日日 ，我国第一个国产化可控串补工程甘，我国第一个国产化可控串补工程甘肃碧成线肃碧成线220kV220kV可控串补工程一次投运成功可控串补工程一次投运成功 。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高

19、电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 计算分析结果：计算分析结果：1）无串补系统故障后动态过程）无串补系统故障后动态过程第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 2 2）对应于）对应于70%70%固定串补稳定极限时的系统摇摆过程（碧固定串补稳定极限时的系统摇摆过程（碧成线暂稳极限成线暂稳极限315MW315MW）。）。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 可以看出，安装固定串补可以提高系统稳定极限可以看出，安装固定串补可以提高系统稳定极限（

20、70MW)，但故障后系统振荡衰减较缓慢。，但故障后系统振荡衰减较缓慢。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 3）50%可控串补稳定极限时，系统的动态摇摆过可控串补稳定极限时，系统的动态摇摆过程（碧成线暂稳极限程（碧成线暂稳极限345MW），），第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 与固定串补相比，安装可控串补可以较大幅度的提高碧成线的稳定极与固定串补相比，安装可控串补可以较大幅度的提高碧成线的稳定极限限(100MW)，安装可控串补还可以起到加快故障后系统振荡衰减速度的，安装可控串补还可以起到加快故障后系统振荡衰减速度的作用。作用。第三章第三章

21、 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 继甘肃碧成线继甘肃碧成线220kV220kV可控串补工程之后，可控串补工程之后，20072007年年1010月，月，东北电网伊敏电厂（装机东北电网伊敏电厂（装机220220万千瓦）冯屯万千瓦）冯屯500500千伏线路上，千伏线路上，首次采用国内自主研发的可控串补技术。该工程采用可控串首次采用国内自主研发的可控串补技术。该工程采用可控串补补+固定串补的混合方案，

22、其中固定串补容量达到固定串补的混合方案，其中固定串补容量达到25442544兆兆乏，串补度乏，串补度30%30%；可控串补容量达到；可控串补容量达到23262326兆乏，串补度兆乏，串补度15%15%，是目前世界上补偿容量最大、系统运行环境最复杂的串补，是目前世界上补偿容量最大、系统运行环境最复杂的串补装置。装置。伊冯可控串补工程建成后，将使伊敏送出能力提高伊冯可控串补工程建成后，将使伊敏送出能力提高100100万万千瓦左右，可替代新建一回千瓦左右，可替代新建一回500500千伏输电线路，不仅节省数千伏输电线路，不仅节省数亿元人民币的投资，还保护了珍贵原始生态环境，促进了环亿元人民币的投资，还

23、保护了珍贵原始生态环境，促进了环境与经济的协调可持续发展。境与经济的协调可持续发展。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施3)可控电抗器可控电抗器 (controlled shunt reactor，CSR)可控电抗器的主要作用：可控电抗器的主要作用：n解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾。解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾。n无功在一定范围内可调节，则可实现电压在一定范围内的控制。可控无功在一定范围内可调节，则可实现电压在一定范围内的控制。可控电抗的控制方式是：线路在轻载运行时，高抗容量保持在最高值；线电抗的控制方式是：线路在轻载运行时，高抗容量保持在最高值；线路正常重

24、载时，将容量控制在较低值。路正常重载时，将容量控制在较低值。n在系统发生故障时，由于可控电抗器可瞬间调整容量的大小，因此可在系统发生故障时，由于可控电抗器可瞬间调整容量的大小，因此可以提高联络线的稳定运行水平。以提高联络线的稳定运行水平。n抑制工频过电压和操作过电压、消除发电机自励磁、动态补偿线路充抑制工频过电压和操作过电压、消除发电机自励磁、动态补偿线路充电功率、抑制潜供电流、阻尼系统谐振等电功率、抑制潜供电流、阻尼系统谐振等。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 目前在电网中采用的可目前在电网中采用的可控并联电抗器主要有两种接控并联电抗器主要有两种接线型式：线型式

25、：阻抗分级式可控并联电抗阻抗分级式可控并联电抗器器磁控连续式可控并联电抗磁控连续式可控并联电抗器器如图为可控电抗器接线如图为可控电抗器接线示意图：示意图：第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 在图中，测量系统（在图中，测量系统（4、5）产生偏差信号触发控制设）产生偏差信号触发控制设备（备（3）。然后控制设备操作）。然后控制设备操作晶闸管整流器（晶闸管整流器（2），整流设），整流设备产生的直流电流去改变电备产生的直流电流去改变电抗器的磁饱和程度，从而实抗器的磁饱和程度，从而实现了电抗器（现了电抗器（1）的无功平滑）的无功平滑调节，抑制安装点的电压波调节，抑制安装点的电压

26、波动。动。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 随着电压的上升，对随着电压的上升，对于额定容量为于额定容量为180Mvar的可控电抗器，可根据的可控电抗器，可根据偏差信号从偏差信号从3.6Mvar调制调制180Mvar，整个过程不，整个过程不超过超过1秒。秒。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 欧洲一些国家已有应用可控电抗器的成功经验，在挪欧洲一些国家已有应用可控电抗器的成功经验，在挪威和瑞典间的一条威和瑞典间的一条400KV线路因动态稳定问题限制了正常线路因动态稳定问题限制了正

27、常送电功率，送电功率，1981年在联络线靠近瑞典侧安装了年在联络线靠近瑞典侧安装了360Mvar的的晶闸管控制电抗器，在控制电压的同时，将送电水平由原晶闸管控制电抗器，在控制电压的同时，将送电水平由原来的来的800MW提高到提高到1000MW，增加功率，增加功率200MW，随后增，随后增加了对该电抗器的附加控制，成功地将送电极限提高到了加了对该电抗器的附加控制，成功地将送电极限提高到了1100MW，每日效益因此达到，每日效益因此达到45000磅。磅。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 2006年我国湖北江陵可控高抗示范工程投运。江陵可控年我国湖北江陵可控高抗示范工程

28、投运。江陵可控高抗额定容量高抗额定容量120Mvar，安装在峡江二线江陵侧，作为线路，安装在峡江二线江陵侧，作为线路高抗运行。高抗运行。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 系统实验表明，可控电系统实验表明，可控电抗器在稳态状态下可以抗器在稳态状态下可以1.7%-100%间连续平滑调间连续平滑调节，暂态状态下，能够有节，暂态状态下，能够有效地抑制线路过电压。效地抑制线路过电压。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 4）、中间并联补偿。）、中间并联补偿。增加长距离线路传输能力的另一种方法是实现中间并联增加长距离线路传输能力的另一种方法是实现中间

29、并联补偿。如图：补偿。如图：第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 如果在运行过程中能保持中间点电压为恒定值，就相当如果在运行过程中能保持中间点电压为恒定值，就相当于中间点为无穷大系统。这样就在电气上完成了把原来的送于中间点为无穷大系统。这样就在电气上完成了把原来的送电端向无穷大系统输电，再由无穷大系统向原来的受电端系电端向无穷大系统输电，再由无穷大系统向原来的受电端系统送电。这种措施可显著提高该联络线的暂态稳定水平。统送电。这种措施可显著提高该联络线的暂态稳定水平。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 但实际上，中间点不可能是恒定的。具体措施

30、但实际上，中间点不可能是恒定的。具体措施是在中间点加装同步调相机，或与有电厂的地区电是在中间点加装同步调相机，或与有电厂的地区电网联接，以支撑中间点的电压。如果这样的补偿点网联接，以支撑中间点的电压。如果这样的补偿点不止一处，提高送电水平会更高。不止一处，提高送电水平会更高。第三章第三章 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施实例：实例：在金昌在金昌330KV变电站增加变电站增加60Mvar调相机，将调相机，将330KV海海金线稳定水平金线稳定水平230MW提高到提高到270MW，提高输送功率，提高输送功率17%。将张掖地区电网直接由将张掖地区电网直接由330KV供电，且张掖电网新建供电，且张掖电网新建50MW小水电，海金线暂态稳定水平由小水电，海金线暂态稳定水平由270MW提高到提高到360MW，提，提高输送功率高输送功率33%。可以看出，补偿地点越接近终端，提高输送功率的效果可以看出，补偿地点越接近终端，提高输送功率的效果越显著。越显著。