加強電力系統安全穩定性的措施研究

國網安徽省電力有限公司蕪湖市繁昌區供電公司 尹榮俠

目前，我國的發電企業正專注于對電網運行穩定性進行深入理論分析，并已經進行了大量的實踐研究，取得了顯著的研究成果。然而，電網具有復雜的非線性特性，涉及高維度的問題，因此要精確分析電網情況需要投入相當長的時間和精力。只有通過精確量化的分析，我們才能夠有效地維護電網的安全運行。因此，為了實現這一目標，發電企業需要首先了解和分析可能導致電網故障的根本原因，并采取適當的解決措施，以消除潛在因素對電網正常運行的干擾。

1 電力系統的穩定性概述

電力系統在正常運行過程中，發電機所輸出的功率與原動機所輸入的功率應該是平衡的，發電機處于同步運行的狀態。若變化著的轉速上下搖擺，在一段時間之后可以恢復至運行的狀態，此時可以稱系統為穩定的狀態；相反，若轉速在偏離之后無法恢復至同步運行，這時稱系統為非穩定狀態。因此，想要確保電力系統正常運轉，一定要使電力系統處于穩定狀態，才可以使電能不斷地流向用戶與企業。同時根據問題的不同需要進行分類，確保電力系統維持在穩定的狀態。電力系統在不穩定的狀態下，根據其物理特性可以分成頻率穩定與功率穩定等。

1.1 靜態穩定性

靜態穩定性是電力系統工程中的關鍵概念是指電力系統在正常運行狀態下，面對外部擾動或負荷變化，系統能夠在一定時間內自行恢復到一個新的平衡狀態，而不會導致失穩。這個新的平衡狀態涉及電力系統中發電機和負載之間的功率平衡，確保了電能的持續供應。為了評估靜態穩定性，工程師使用多種方法，其中特征值分析法是最常用且廣泛適用的方法之一。這種方法通過分析系統的特征值（eigenvalues）來評估電力系統的穩定性。當電力系統受到瞬態影響時，特征值分析可以幫助確定系統是否能夠在影響消失后恢復到之前的運行狀態。另外，對于長時間的小干擾，特征值分析可以用于判斷系統是否會進入一個新的穩定狀態，這種被稱為靜態穩定。通過這些分析方法，電力系統工程師能夠更好地理解系統的穩定性，確保電力系統在各種情況下都能可靠地運行[1]。

1.2 暫態穩定性

當前電力系統對暫態穩定性進行分析主要有兩種手段，一種是直接法，另一種是時域仿真法，直接法就是暫態能量函數法。這種方法是通過系統能量轉化來對穩定性進行分析，所以可以很快分析出系統的狀態，直接法具有很多優勢，主要是計算速度比較快，可以提供穩定度指標，然而直接法也具有一定的弱點，比如由于采取的是比較復雜的模型，無法保證直接法的速度，因此模型的適用性比較差。時域仿真法，通過數值積分的方式可以計算出各大系統狀態的搖擺軌跡，并按照機組的功角來對暫態穩定性進行判斷，是當前對于暫態穩定分析最科學的方法，其具有一定的優勢，主要是可以對復雜的模型與開斷操作進行充分的考慮，而且準確性比較高，分析的結果比較穩定，可以按照搖擺曲線對電力系統的穩定性進行判斷，計算的周期比較長，會影響計算的速度[2]。

2 提高電力安全穩定運行水平的措施

2.1 優化電網潮流分布

電網潮流分布的優化是電力系統運行中的一個重要課題，特別是隨著我國整體經濟水平的提升和電力需求的不斷增長。這一過程需要更好地管理電力系統中的潮流，以確保供電的質量和可靠性。

2.1.1 背景和需求

隨著社會的發展和電力需求的不斷增加，電力系統扮演著至關重要的角色。然而，電力系統的承載能力是有限的，而且在某些地區電網建設滯后，導致了負荷過大和電流分布不均勻的問題。這些問題對電力系統的安全性和穩定性構成了挑戰。第一，電力需求的逐年增長導致了負荷過大的現象，特別是在經濟發展較快的地區。電力系統原本設計用于滿足一定范圍內的負荷，但負荷的急劇增加可能導致電網過載，影響電力供應的質量和穩定性。這需要采取措施來平衡負荷分布，確保各地區都能獲得足夠的電力供應。第二，一些地區采用了高低壓電磁環網，這種運行方式可能導致220kV 聯絡線受電源穿越功率的影響超過了正常標準。這會影響電網的穩定性，甚至可能引發電力系統的故障。因此，需要對電網的運行方式進行優化，以減輕電源穿越功率對電網的不利影響，提高電力系統的可靠性。

2.1.2 環網運行方式

環網運行方式是一種電力系統的操作策略，特別適用于處理電網潮流不均勻分布的情況。這種方式的關鍵目標是平衡不同變電站之間的負荷，以確保潮流在電網中更加均勻地分布，從而提高電力系統的穩定性和可靠性。在采用環網運行方式時，首要考慮的是確保220kV 變電站母線電流在正常范圍內。如果電流處于正常范圍內，可以有效地將不同變電站連接在一起，形成一個環狀結構，使電流可以在環內流動。這有助于分擔負荷，減輕某些區域的電流負荷，同時確保其他區域的供電質量。通過環網運行方式，電力系統可以更好地適應負荷的變化，提高電網的供電水平和穩定性。需要注意的是，環網運行方式需要仔細地規劃和管理，以確保各個變電站之間的電流分布得以控制和調整。此外，系統運行員需要實時監測電網的狀態，以便在需要時采取適當的措施來維持環網的運行[3]。

2.1.3 調節聯系阻抗

調節聯系阻抗是電力系統中關鍵的優化策略，旨在改善電流的分布和供電水平。這一方法通過調整電阻性連接的參數，如電阻值或電感值，來控制電流的流向。通過增加或減少阻抗，可以引導電流流向負荷較重的地區，以減輕過載問題，同時確保其他地區也能得到足夠的電力供應。這有助于提高電網的穩定性和可靠性，確保電力系統能夠滿足不斷增長的電力需求。調節聯系阻抗需要密切結合電力系統規劃和電氣設備調整，以實現最佳效果，從而確保電網能夠在各種情況下保持安全運行。

2.1.4 適時解環

在電力系統中，環網連接是一種電路結構，可以在一些情況下提供額外的電抗。然而，當電網短路電流超出規定的限制時，這些額外的電抗可能會導致系統的失穩和運行問題。適時解環的核心思想是在關鍵時刻解開環網連接，從而減小電路中的電抗，降低系統的阻抗，使電流能夠更自由地流動。這有助于避免電網短路電流超出安全范圍，減輕電路的負荷，提高電網的安全性和可靠性。然而，適時解環需要精確的計劃和執行，因為在某些情況下，解環可能會影響電網的穩定性。因此，這一決策需要在電力系統工程師充分考慮各種因素的基礎上進行，以確保在必要時采取行動，使電力系統穩定運行[4]。

總之，電網潮流分布的優化對于確保電力系統的穩定運行至關重要。采用合適的運行方式、調節聯系阻抗等方法可以幫助平衡電網中的潮流，提高供電水平，確保電力系統能夠滿足日益增長的電力需求，同時維持電網的安全和穩定。這些措施需要與電力系統規劃和管理緊密結合，以實現最佳效果。

2.2 提高電網相關自動化裝置的投運率

我國在科技領域取得了重大突破，為發電企業的電網建設提供了強大的技術支持。先進的自動化技術已經被廣泛應用，這些技術有助于優化電網的運行方式。自動化裝置包括自動電壓控制系統、自動發電量控制系統，如圖1所示、一次調頻系統、智能故障指示器，以及監測系統等，這些裝置有效地確保了電網的安全運行。然而，一些發電廠未完全投入自動化裝置，導致這些裝置無法充分發揮作用。為了解決這一問題，相關供電單位需要及時制定完善的監督和管理機制，以確保先進的自動化裝置能夠正常投入運行。

圖1 自動發電量控制系統

2.3 加快智能電網的建設

智能電網的建設在電力系統領域具有重要意義，其匯聚了先進的通信技術、信息化技術、計算機技術、傳感測量技術和控制技術，為電力系統帶來了革命性的變革。第一，智能電網能夠實現多種技術的融合，使電力系統更加智能化和高效化。通過實時監測和數據分析，電力系統可以動態調整，根據用戶需求進行供電，從而提高供電的可靠性和質量。第二，智能電網還有助于合理配置電力資源，減少能源浪費，提高資源的利用效率。這意味著電力可以從不同來源分配到需要的地方，使能源分配更加靈活和高效。

智能電網的另一個關鍵優勢是提高電力系統的安全性。通過智能監測和響應，電力系統可以快速檢測和應對故障，自動切換和恢復操作，以確保電力供應的連續性。這對于應對突發情況至關重要，如自然災害或設備故障。同時，智能電網也有助于滿足環保要求和提高電能品質。通過更好的管理和控制，電力系統可以減少能源浪費，減少對環境的不利影響，并提供更穩定的電能品質，以滿足現代社會對可持續性和環保的需求。

然而，智能電網的建設還需要伴隨著相關制度體系的完善。這包括政策、法規和標準的制定，以確保智能電網的可持續發展和合規運行。此外，安全性也是智能電網建設的重要考慮因素。必須采取措施來保護智能電網免受網絡攻擊和惡意干擾的影響，以確保電力系統的安全運行。

2.4 減小電抗，提升電力系統的輸送能力

在電力系統中變壓器的電抗起著非常重要的作用。特別是對于電機電抗很小的輸電系統。可以對變壓器的電抗進行減少，從而使電力系統更加穩定。當前，超高壓的輸電系統，在遠距離輸送時已經采用了自耦變壓器。其不僅可以節約原材料，成本比較低，而且電抗非常小，所以非常有利于提升電力系統的可靠性。不過在自耦變壓器時還需要注意一些問題，如高壓困難、短路電流增大等方面的問題。對輸電線路進行不斷完善，可以有效地減少電抗。在電力系統中總電抗中的輸電線路電抗占有很大的比重，所以要想使輸電線路的電抗得到減少，可以使電力系統的安全性與可靠性得到穩定增長。使線路中的電抗得到有效減少，需要從兩個方面著手：一方面是升高輸電線路里的電壓值；另一方面是對輸電線路結構進行有效的調整與改變，可以通過分裂導線，來減小電路中的電抗，還可以有效地減少電路中的損耗。雖然在電力系統中，變壓器電抗在總電抗中所占的比例不大，然而通過減小電抗的方法，應用于超高壓的輸電線路中，有利于變壓器電抗的減少，具有一定的成效。在超高壓與遠距離的輸電線路中，應用自耦變壓器，有利于電力系統安全性與可靠性的提升[5]。

3 結語

通過對加強電力系統安全與穩定性措施的研究，可以提高電力系統的可靠性和穩定性，在面臨各種挑戰和風險時能夠及時作出相應措施，保障電力供應的安全和持續性。然而，電力系統的安全與穩定性仍面臨一系列工程實踐和技術創新的問題，未來的研究方向應當集中于智能化、自適應、可控制的新能源與傳輸技術，以應對不斷發展的電力系統需求。