試論基于功率平衡保護原理的電力系統緊急控制

摘 要:很大電力工業由于連鎖故障過程而產生的停電事件時常發生，由此而產生的各種損失也逐漸擴大，所以，對電力系統進行緊急控制也成為了電力工作人員的首要任務。本文以功率平衡保護原理的基本思想為基礎，介紹了功率平衡經濟控制所要解決的問題，并提出了控制手段。

關鍵詞:功率平衡保護原理電力系統緊急控制

中圖分類號:TM71文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0115-01

1 功率平衡保護原理的基本思想

隨著我國電力工業的發展，我國對于超高壓繼電保護的要求也越來越高，但是，由于電力設備的拒動和誤動而造成的危害也逐漸增加，同時，目前所采用的事故處理方式，即切除主干變電站的變壓器，會使得其他線路因為負荷過重而導致整個電力系統的崩潰。同時，解決當前問題的方法需要有一個相對完善的對策表，獲取對策表也需要大量的時間，即使這樣也不能夠將所有事故狀況都包含在內，正是因為以上幾點原因，電力系統的緊急控制手段需要在計算機檢測基礎上進行創新和改進。

此外，根據電力系統保護的理論，可以采用功率平衡保護原理。功率平衡保護原理主要包括有功功率平衡保護原理與無功功率平衡保護原理，但是它們的基本思想是相同的，即是:當大范圍的電網之間出現功率交換的突發狀況的時候，以發生突變前的電網功率所處的平衡狀態為基礎，進而制定出發生突變后的電網功率平衡的要求，然后通過對電力系統內部的電源或者負荷的緊急控制來完成這一目的。

通常來說，功率平衡原理都是被作為一種保護電力系統的原理，但是更為確切的說，它更是一種在保護電力系統的基礎上對電力事故進行緊急控制的一種手段。而以功率平衡保護原理為基礎的處理方法對電力系統實施緊急控制，它能夠在最少的時間內用最簡單的方式來操作負荷/機組，將電力系統在以后可能發生故障的的概率降到最低。而且，功率平衡保護方法在實施的時候要與穩定的控制手段之間進行信息交互，在總體策略上進行相互協調統一。同時，后續的對電力系統進行故障處理的，以功率平衡保護原理為基礎的緊急控制措施可以加強其他措施的實施效果，進而降低其他緊急控制手段在處理故障時的壓力。

2 功率平衡緊急控制所解決的問題

目前，功率平衡保護原理在解決電力系統故障中已經被廣泛應用，它主要被用來解決以下幾個問題，而且這些問題主要涉及的是電力系統的穩定問題，下面幾種穩定問題給以簡要介紹:

第一，電力系統的穩定性問題。影響電力系統穩定性問題的因素很多，但是其中與功率平衡緊急控制有關聯的主要包括功角的穩定問題，頻率的穩定性問題以及電壓穩定性問題等。除此之外，還有一些與功率平衡緊急控制在原則上相關的電力系統的穩定性問題，如同步機空載的穩定性、系統元件振蕩等問題。

在這些與電力系統穩定性相關的問題中，不同的問題所涉及到的功率平衡保護原理也是不同的，與有功功率平衡保護原理有緊密關聯的是功角穩定性問題與頻率穩定性問題，而電壓的穩定性問題則與無功功率平衡保護原理相關。

第二，線路負荷過重問題。如果電力系統出現功率不平衡，對輸電裝置會產生嚴重影響，主要是因為輸電設備所承擔的負荷過重而引起的熱穩定問題。

由于輸電設備是電力系統的重要組成部分，而對電力系統穩定性就是在電網出現故障后能夠保證輸電線路具有比系統功率更大的傳輸能力。如果在失去輸電線路之后還能夠保證供電，那么所產生的負荷轉移會讓與該線路并聯的其他線路因為過重的負荷而無法保持穩定性。同時，線路所承受的負荷過重就會引發潮流越界的現象，而且輸電設備也會由此而承受過重的負荷。此外，在較弱的系統網架上，并行線跳去一回，也會因此潮流越界現象的轉移，這時就會使得輸電設備負荷過重而產生并發問題，如低頻振蕩等。

第三，電力系統頻率的穩定問題。電力系統的頻率的穩定就代表著同步機的運動具有一定的穩定性，也就是說，發電站的各個發電設備不僅可以保持同步運轉，而且他們的運轉速度能夠保持在一定的范圍內，不會出現較大的升高或者下降的幅度變化。同時，因為發電機都是出于同步的狀態，所以它的頻率變化就可以用轉速來表示，因此，這種與發電設備頻率相關的穩定性被稱為頻率穩定性，它也是電力系統最為重要的一種穩定性，因為頻率的穩定是同步發電機穩定運作的基礎。而功率平衡緊急控制卻可以在電力系統出現功率不平衡的時候降低這種不平衡性，維持電力系統的穩定。

3 功率平衡緊急控制手段

所謂功率平衡的緊急控制，就是指對電力系統內部的可控點上的負荷或者機組進行緊急控制，包括多種手段，但是每種手段在時間相應上相互區別，下面就是幾種簡單的功率平衡緊急控制手段:

第一，快關汽門。當電力系統發生故障時，會引起發電機功率降低，但是汽輪機的功率還是維持在原有幅度，輸出功率的變化導致電網不穩定，同時，其他機組也會產生相應的振蕩現象，進而引起系統崩潰，造成停電。而產生原因則是負荷的降低而使得系統的功率出現不平衡。功率的不平衡主要出現在汽輪機的運轉功率與發電機的輸出功率之間。汽輪機的組件快關控制的設計基礎就是電力系統的穩定性，當負荷減少時，汽輪機會關小進氣閥，這樣就會減少汽輪機的運轉功率，使它與輸出功率相近。當功率相平衡時，進氣閥又會重新開啟，保持原有的運轉功率，維持電力系統的穩定性。

第二，電氣制動。這種緊急控制手段的優點是能夠保持潔凈，可以降低維修難度，改善運行條件。在電氣制動中，發電機的供給電流是勵磁電流，同時會產生一個與機組正常運轉時的力矩相反的電磁力矩，進而阻礙機組的運轉，降低運轉速度，進而實現制動。同時，產生的勵磁電流是恒定的，所以，運作速率的降低會使頻率逐漸減低。

同時，另一種電氣制動方式是制動電阻投入，使用這種方式會吸收因電路故障所產生的多余的能量，進而降低速度，保持電力系統的平衡。但是，使用這種方式會增加不良影響。

第三，優化協調控制手段。對于單一控制措施來說，其作用地點、作用時間以及作用量等都會影響其產生的效果，所以對控制措施的作用情況進行各種優化。而對控制措施的組合使用則能夠提高其控制的效果，要對各種措施進行協調，以實現其最優化，它可以利用換流器所擁有的調節能力來提供功率支持，保證電力系統的穩定性。作為提高電力系統的穩定性的技術，協調控制則應該要被廣泛的重視和使用。常用的緊急措施以及其組合使用對系統穩定性的影響也有過很多研究，而對于功角與電壓穩定協調的問題，非線性系統控制器則偏重于對系統功角穩定性的改善，卻忽視了發電機端電壓的作用。為了能夠充分發揮每種控制手段的特點，則需要對系統震蕩進行有效地抑制，提高系統的穩定性。

參考文獻

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