提高电力系统暂态稳定性的有效方法

缩短电气距离以提高静态稳定性的某些措施对提高暂态稳定性也是有效的，如串联电容器的补偿。而提高暂态稳定性的措施，一般首先考虑的是减少扰动后功率或能量差额的临时性的措施。一方面是因为急剧扰动下机械功率与电磁功率、负荷与电源的功率或能源差额比微小扰动时大得多，而这个差额是导致暂态稳定破坏的主要因素；另一方面是这种扰动往往是暂时的。常用方法如下。

1.快速切除故障和自动重合

在暂态稳定的分析中已知，快速切除故障对于提高电力系统的暂态稳定性有着决定性的作用。应用等面积定则快速切除故障时的稳定性可见图7-18中的阴影部分。一方面，由于快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，从而提高了发电机之间并列运行的稳定性；另一方面，快速切除故障还可使负荷中电动机的端电压迅速回升，减小了电动机失速和停顿的危险，从而也提高了负荷运行的稳定性。选用快速动作的继电保护装置和快速动作的断路器，可快速切除故障。

电力系统中的故障，特别是高压输电线路故障，大多数是瞬时性短路故障。采用自动重合闸装置，可在线路发生故障后，由断路器将故障线路断开，并经过一定时间后由自动重合闸装置将线路恢复到正常运行状态。若短路故障是瞬时性的，则当断路器重合后系统将恢复正常运行，即重合成功。这不仅提高了供电可靠性，而且对暂态稳定也是有利的。

比较图7-22(a)和图7-22(b)可知，当无自动重合闸时，由于加速面积大于减速面积，系统不能保持暂态稳定；装设自动重合闸装置后，在运行点运行到k点时自动重合成功，此时运行点将从功角特性曲线PⅢ上的k点跃升到功角特性曲线PⅠ上的g点，使减速面积增大，因此系统可以保持暂态稳定。

图7-22　自动重合闸提高系统运行稳定性

(a)有重合闸；(b)无重合闸

超高压输电线路的故障90%以上是单相接地故障，故障发生时只需切除故障相，在切除故障后至合闸前的一段时间里，送端发电厂和受端系统没有完全失去联系，这样可大大提高系统的暂态稳定性，图7-23给出了单回输电线按三相和按故障相重合闸时的功角特性曲线。由图可知，按故障相切除故障可使系统暂态稳定性提高。

图7-23　单回线路按三相和故障相重合闸时的功角特性曲线

(a)按三相重合闸；(b)按故障相重合闸

2.增加发电机输出的电磁功率

1)强行励磁

一般的发电机自动调节励磁系统都具有强行励磁装置，如图7-24所示。当由于外部短路而使发电机端电压低于额定电压的85%时，低电压继电器动作，并通过中间继电器将励磁装置的调节电阻(又称磁场变阻器)强行短接，使励磁机的励磁电流大大增加，提高了发电机的电动势，增加了发电机输出的电磁功率，减少了转子的不平衡功率，提高了暂态稳定性。

2)采用电气制动

电气制动就是当系统中发生故障后，在送端发电机上迅速接入电阻，以消耗发电机发出的有功功率(增大电磁功率)，减小发电机转子上的过剩功率。图7-25为制动电阻的两种接入方式，当电阻串联接入时，断路器正常时是闭合的，投入制动电阻时将断路器断开；当电阻并联接入时，断路器正常时是断开的，投入制动电阻时将其闭合。

图7-24　强行励磁装置

图7-25　制动电阻的两种接入方式

用等面积定则来说明电气制动的作用。图7-26比较了有、无电气制动的情况，由图7-26(b)可知，假设故障切除角δc不变，由于采用了电气制动，减少了加速面积bb1c1c，使原来系统的暂态稳定性得到了保证。

图7-26　电气制动的作用

(a)无电气制动、失稳；(b)有电气制动，稳定

运用电气制动时，制动电阻的选择要适当。当欠制动时，若制动电阻太大，则会使制动作用不足，系统照样失步；当过制动时，若制动电阻太小，那么发电机虽在第一次振荡中没有失步，但会在故障切除和切除制动电阻后的第二次振荡中失步。欠制动和过制动都不能保持系统的暂态稳定，如图7-27所示。由图7-27(a)可知，当欠制动时，由于制动作用不足，加速面积依然大于最大可能的减速面积，因此系统不稳定；由图7-27(b)可知，当过制动时，故障发生后，运行点沿a－b－d－c－d运动，因为加速面积很小，没有失步，但当在d点的故障被切除，即并联电阻亦被切除后，系统运行点变成d－e－f－e－g－h，越过h点，发电机失步。因此，要通过认真计算后，确定出合适的制动电阻数值。(www.xing528.com)

图7-27　欠制动与过制动的情况

(a)欠制动，失稳；(b)过制动，失稳

制动电阻的切除时间，也要通过详细的计算，求出不同输送功率下制动电阻数值的上下限和投切时间，然后选择一个合理的时间。

3)变压器中性点经小电阻接地

变压器中性点经小电阻接地的作用原理与电气制动很相似，可以说就是系统发生接地故障时的电气制动。在图7-28(a)中，当电力系统发生不对称接地短路时，系统将产生零序电流分量，若此时系统中Y0接线的变压器中性点以一小电阻接地，则零序电流将在这一电阻中产生功率损耗，如图7-28(c)所示。当故障发生在送端时，由于送电端发电厂要额外提供这一有功功率损耗，就会使发电机受到的加速作用减缓，换句话说，电阻中的功率损耗起到了制动作用，有利于系统暂态稳定性的提高。同样，变压器中性点接小电阻反映在正序增广网络中，如图7-28(b)所示，相当于加大了附加阻抗，减小了系统联系阻抗，提高了电磁功率，这种情况对应于故障期间的功率特性PⅡ升高。但如果接地故障发生在靠近受电端，受电端变压器中性点所接小电阻中消耗的功率主要由受电端系统提供，若受电端系统容量不够大，就会使受电端发电机加快减速，此时不但不能提高系统的暂态稳定，反而会使系统的暂态稳定性恶化。因此，受电端变压器中性点一般不接小电阻，而是接小电抗。当然，接地电阻的大小和安装地点应通过计算来确定，一般情况下，接地电阻值大约等于变压器的短路电抗值。

图7-28　中性点接入小电阻

(a)系统图；(b)正序增广网络；(c)零序网络

3.减少原动机输出的机械功率

(1)对于汽轮机，采用快速的自动调速系统或者快速关闭进气门，如图7-29(a)所示。

(2)连锁切机，即在切除故障的同时，连锁切除送端发电厂中的一台或两台发电机。如图7-29(b)所示，连锁切机后，虽然减速面积增加了，但系统电源减少了，这也是不利的。

(3)采用机械制动，即采取转子直接制动的方法。

图7-29　减少原动机输出机械功率对暂态稳定的影响

(a)快速关闭气门；(b)连锁切机

以上3种方法，都是利用当发生故障电磁功率减小时，通过减少原动机输出的机械功率减少在转子上的剩余功率，来提高系统的暂态稳定性。

4.串联电容器的强行补偿和设置中间开关站

1)串联电容器的强行补偿

据前面的介绍，为提高电力系统的静态稳定性，线路采用串联补偿电容。为提高系统的暂态稳定性和故障后的静态稳定性及改善故障后的电压质量，也可采用强行串联补偿，即在切除线路的同时切除部分并联的电容器组，以增大串联补偿电容的容抗，部分甚至全部补偿由于切除故障线路而增加的线路感抗。

2)设置中间开关站

当输电线路较长(如500 km以上)且经过的地区也没有变电所时，可以考虑设置中间开关站，如图7-30所示。当输电线路上发生永久性故障而必须切除线路时，可以只切除数段，而不必切除整个一回线路。故障切除后，线路的阻抗为故障前的1.5倍，若不设置开关站，而是切除全部线路，则故障后的线路阻抗为故障前的2倍。所以，设置开关站不仅提高了系统的暂态稳定，还提高了故障后系统的静态稳定性，并改善了故障后的电压质量。

图7-30　输电线上设置开关站