110kV降壓變電所電氣一次初步設計 劉娜
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原作者及出處:IEEE/CIGRE穩(wěn)定性條件和定義聯(lián)合工作小組電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和分類摘要電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和分類已經(jīng)被先前的IEEE/CIGRE專責小組報告過,然而,這些早期的成就并不能完全反映目前的行業(yè)需求、經(jīng)驗和理解,特別是定義不夠準確并且分類沒有涵蓋所有實際不穩(wěn)定情況。這份報告由一個工作隊CIGRE研究委員會和IEEE電力系統(tǒng)動態(tài)性能委員會聯(lián)合完成,從基本的觀點闡述了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和分類并密切審查了實際影響。該報告旨在更確切地定義電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,提供一個有系統(tǒng)根據(jù)的分類,并討論相關(guān)問題的聯(lián)系,如電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。關(guān)鍵詞:頻率穩(wěn)定性; Lyapunov穩(wěn)定性;振蕩穩(wěn)定;電力系統(tǒng)穩(wěn)定;小信號穩(wěn)定;條件和定義;暫態(tài)穩(wěn)定;電壓穩(wěn)定。1. 緒論自從1920年電力系統(tǒng)運行以來,電網(wǎng)穩(wěn)定性已被確認為一個重要的安全問題。許多重大的停電事故所造成的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定,說明了這一現(xiàn)象的重要性。從歷史上看,對于大多數(shù)系統(tǒng),短暫的不穩(wěn)定一直占穩(wěn)定問題的主導地位,并已成為多數(shù)行業(yè)關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)注的焦點。隨著電力系統(tǒng)互聯(lián)的持續(xù)性增長和發(fā)展,使用新的技術(shù)和操控,一些高壓條件下操作的增加,不同形式的系統(tǒng)不穩(wěn)定已經(jīng)出現(xiàn)。例如,電壓穩(wěn)定,頻率穩(wěn)定度和區(qū)域間振蕩相對以前已成為更大的關(guān)注。這就必須需要回顧電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和分類。對于電力系統(tǒng)滿意的設計和操作,至關(guān)重要的是清楚地了解不同類型的不穩(wěn)定和它們是如何相互關(guān)聯(lián)的。同時,這也要求我們使用一致的術(shù)語來發(fā)展系統(tǒng)設計和操作標準,標準分析工具和研究程序。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和分類是一個很陳舊的問題,有一些以前的報告中就由CIGRE和IEEE工作組所論及。然而,這些并不完全反映目前的行業(yè)需求,經(jīng)驗和理解。特別是,定義并不精確而且分類并沒有涵蓋所有實際不穩(wěn)定情況。這份報告是經(jīng)過CIGRE研究委員會38和IEEE電力系統(tǒng)動態(tài)性能委員會聯(lián)合工作組長期的審議后的結(jié)果。我們的目的是:更準確地定義包括所有形式的系統(tǒng)穩(wěn)定性。提供電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類的一個系統(tǒng)的依據(jù),識別和確定不同的類別,并提供這一現(xiàn)象一個主要的描述探討一些相關(guān)的問題,如電力系統(tǒng)可靠性和安全性。2. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義在本節(jié)中,我們提供了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性一個正式的定義,其意圖是提供一個基于物理的定義,而符合系統(tǒng)理論的定義,對于電力系統(tǒng)工程從業(yè)人員是容易理解和實施的。 A.擬議的定義 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,是對于一個電力系統(tǒng),給一個初始的運行狀態(tài),在受到物理干擾后恢復狀態(tài)的平衡,它保持大多數(shù)系統(tǒng)變量在界限內(nèi)以致幾乎整個系統(tǒng)仍完好無損的能力。B.討論和闡述 這一定義適用于互聯(lián)電力系統(tǒng)作為一個整個。然而,通常情況下,特殊的發(fā)電機或者發(fā)電機組的穩(wěn)定性也引起我們的注意。遠程發(fā)電機在與主系統(tǒng)沒有級聯(lián)不穩(wěn)定性時也可能失去穩(wěn)定(同步)。同樣的,特殊負載或負載領(lǐng)域的穩(wěn)定性也可能會引起人們的興趣;電動機在與主系統(tǒng)沒有級聯(lián)不穩(wěn)定性時也可能失去穩(wěn)定(同步)。電力系統(tǒng)受到了廣泛的小型和大型的干擾。小擾動如負載變化不斷地發(fā)生;系統(tǒng)必須能夠適應不斷變化的條件并且運行令人滿意。它也必須能夠在很多性質(zhì)嚴重的擾動下不會崩潰,如傳輸線短路或者一個大的發(fā)電機退出。大擾動可能導致的結(jié)構(gòu)性變化是由于有缺陷的元件被切除所致。電力系統(tǒng)對于一個擾動的反應可能涉及很多的設備。此外,保護單個設備的裝置可能導致系統(tǒng)變量的變化并且使裝備跳閘,在那方面弱化系統(tǒng)而且很可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果在一個擾動下電力系統(tǒng)是穩(wěn)定的,那么它保持系統(tǒng)完整性而到達一個新的平衡狀態(tài),也就是說,幾乎所有發(fā)電機和負載通過一個單一的連續(xù)的傳輸系統(tǒng)連接。電力系統(tǒng)一直有一些小幅度的波動,但是,當對于特定的擾動來評估穩(wěn)定性的時候,通常可以假設系統(tǒng)最初處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。3. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類 一個典型的現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個高階多變量進程,其動態(tài)響應受各種各樣具有不同特點和響應速度的設備的影響。穩(wěn)定性條件就是一種對立作用下的平衡。根據(jù)在網(wǎng)絡上的拓撲結(jié)構(gòu),系統(tǒng)運行狀況和干擾的形式及對立力量的不同,可能會遇到持續(xù)的不平衡,導致不同形式的不穩(wěn)定。在本節(jié)中,我們可以提供有系統(tǒng)依據(jù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類。A.分類的需求 電力系統(tǒng)穩(wěn)定本質(zhì)上是一個單一的問題;然而,如果同等的處理一個電力系統(tǒng)可能遭受的各種形式的不穩(wěn)定,將并不能被完全理解和有效的解決。由于穩(wěn)定性問題的高維性和復雜性,做一些簡化假設將有助于使用適當?shù)南到y(tǒng)描述的詳細程度和準確的分析方法來分析特定類型的問題。穩(wěn)定性分析,包括確定不穩(wěn)定的關(guān)鍵的因素,并制定方法以提高穩(wěn)定狀態(tài),因此穩(wěn)定性的分類將大大方便于歸入適當?shù)念惸俊?所以分類對于有意義的實際分析和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的解決是至關(guān)重要的。正如第五節(jié)C-1將要討論的,這種分類對于局部穩(wěn)定性的概念在理論上是完全合理的。B.穩(wěn)定性的種類 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類是基于以下方面考慮的: 考慮干擾的大小,這影響到計算的方法和預測的穩(wěn)定。 必須考慮到設備、流程和時間跨度,以評估穩(wěn)定性。 圖1給出了全局的電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題,確定了其類別和亞類。以下正說明了相應形式的穩(wěn)定現(xiàn)象。B.1功角穩(wěn)定:功角穩(wěn)定是指互聯(lián)系統(tǒng)中的同步發(fā)電機受到擾動后保持同步運行的能力。功角失穩(wěn)可能由同步轉(zhuǎn)矩和/或阻尼轉(zhuǎn)矩不足引起,同步轉(zhuǎn)矩不足會導致非周期性失穩(wěn),而阻尼轉(zhuǎn)矩不足會導致振蕩失穩(wěn)。B.2 電壓穩(wěn)定:電壓穩(wěn)定性是指在給定的初始運行狀態(tài)下,電力系統(tǒng)遭受擾動后系統(tǒng)中所有母線維持穩(wěn)定電壓的能力,它依賴于負荷需求與系統(tǒng)向負荷供電之間保持/恢復平衡的能力。電壓不穩(wěn)定將導致電壓的逐步下降或上升。電壓不穩(wěn)定一種可能的結(jié)果是損失一個地區(qū)的負載,或者傳輸線或其他元件由其保護系統(tǒng)導致的層疊式的跳閘。B.3 電壓穩(wěn)定和功角穩(wěn)定區(qū)別的依據(jù):功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的區(qū)別并不是基于有功功率/功角和無功功率/電壓幅值之間的弱耦合關(guān)系,認識到這點很重要。實際上,對于重負荷狀態(tài)下的電力系統(tǒng),有功功率/功角和無功功率/電壓幅值之間具有很強的耦合關(guān)系,功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定都受到擾動前有功和無功潮流的影響。兩種穩(wěn)定應該基于經(jīng)受持續(xù)不平衡的一組特定相反作用力以及隨后發(fā)生不穩(wěn)定時的主導系統(tǒng)變量加以區(qū)分。B.4 頻率穩(wěn)定:頻率穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到嚴重擾動后,發(fā)電和負荷需求出現(xiàn)大的不平衡,系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定頻率的能力。這取決于能否使系統(tǒng)發(fā)電和負荷需求在使負荷損失為最小情況下保持/恢復平衡的能力。不穩(wěn)定的形式為持續(xù)性的頻率振蕩導致發(fā)電機和/或負荷跳閘。B.5 分類的評論:為方便起見,我們已將電力系統(tǒng)從導致不穩(wěn)定的原因劃分了其類別,采用了合適的分析工具和發(fā)展中的糾正措施。然而,在任何特定的情況下,任何一種形式的不穩(wěn)定可能不會以其純粹的形式出現(xiàn)。特別是在一些重要系統(tǒng)和串聯(lián)活動中更是如此,作為系統(tǒng)失效的一種形式的不穩(wěn)定最終可能導致另一種形式的不穩(wěn)定。但是,對于理解從根源上解決這一問題,區(qū)分不同形式則是非常重要的,以便制定適當?shù)脑O計和操作程序。盡管電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類對于處理復雜性的問題是一個有效和方便的手段,但是系統(tǒng)總的穩(wěn)定性應始終銘記。一種穩(wěn)定問題的解決辦法不應以犧牲另一種穩(wěn)定為代價。我們有必要看看各方面的穩(wěn)定的現(xiàn)象,以及從多方面的觀點而不是一方面來看。圖1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類4. 總結(jié)本報告討論了穩(wěn)定的定義和分類在電力系統(tǒng)中的一個基本觀點并審查了實際影響穩(wěn)定現(xiàn)象的重要細節(jié)。這里提供了一個包含一切形式的電力系統(tǒng)穩(wěn)定的確切定義。一份特點分明的報告是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一個系統(tǒng)分類而且可以確定不同類別的穩(wěn)定行為。他們之間的聯(lián)系,電源系統(tǒng)的可靠性,安全與穩(wěn)定也提及并進行了討論。該報告還嚴格的從數(shù)學與控制理論去處理穩(wěn)定的定義和概念。這份論文旨在提供背景資料,并建立理論連接。參考文獻1 C. 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