电力系统失步解裂装置研究

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1、第一章绪论本章提要：介绍了电力系统稳定问题的特点及其对电力系统产生的影响，讨论了失步解列装置的发展历史及现状，分析了目前存在的主要问题，并简要介绍了本文的主要工作。1.1课题的提出和意义现代社会对电力供应的依赖性越来越强。随着电力系统规模的扩大，一旦发生大停电事故，带来的损害也将是极其巨大的。例如，1965年11月9日美国东北部大停电事故，使纽约市和东北部六州及加拿大安大略省大停电，停电负荷21000MW，停电区域20万平方公里，最长停电时间达13小时。1978年法国大停电事故造成全国大部分地区停电，经过8小时系统才全部恢复。1996年7月2日、8月10

2、日美国西部电力系统连续两次发生大面积停电事故，7月2日停电事故中部分地区停电长达3小时；8月10日事故发生在下午3点48分，到次日全部用户才恢复供电。1990年9月20日我国广东发生大停电事故，导致广东北网崩溃，广州、佛山、清远、肇庆、韶关五个城市部分或全部停电，3小时后系统才基本恢复正常。这都说明保证电力系统安全正常运行、防止大面积停电事故是现代电力系统所面临的一项迫切而重大的任务[1]。在电力系统和联合电力系统内可能会发生以下几种破坏正常运行方式的情况[2]：（1）在一个或几个相互连接的联合电力系统内，由于发电机功率和负荷平衡发生突然变化而引起输电线

3、路和系统联络线的危险过负荷；（2）在联合电力系统的相邻系统内突然切除发电机或切除负荷时，输电线路和系统联络线上发生严重过负荷；（3）在系统联络线中，一条较大容量联络线的意外切除，以及在发生暂态稳定破坏时，环行或双回输电线路中某些区段的意外切除；（4）足以引起电力系统频率危险升高的大容量输电线路的切除，或较低电压等级弱联系网络中大容量输电线路的切除；（5）非同步运行。当同步运行方式被破坏时，事故发展极快，要依靠运行人员操作来排除失步事故一般是不可能的，必须安装可靠的稳定控制装置和失步解列装置。由此可见，大事故的发生、发展是未进行快速而准确的控制，系统中没有

4、设立可靠的第三道防线引起的。一旦系统中建立了可靠的第三道防线，即使发生了难以预料的偶然因素所导致的严重事故，也可以确保电力系统的主要部分和重要用户安全稳定运行。1.2国内外研究情况综述1.2.1电力系统解列问题及失步检测原理电力系统遭受严重扰动，可能导致稳定性破坏，而发生失步振荡则是其中一种严重事故，如不及时处理可能造成大面积停电或系统瓦解。将失去同步的电力系统解列是防止事故扩大的一种有效手段。现在国内外工程实际应用中，一般采用装设在预定解列点的失步解列装置完成对电力系统失步的检测和解列，使失步现象终止，防止事故的扩大。目前应用广泛的失步检测原理大体有以

5、下几类[3]：（1）传统的阻抗型失步判别装置。阻抗型的失步保护有很多形式，如透镜型、圆形、直线型等，但它们的核心都是构造内、外两个及两个以上阻抗元件，用于区分短路故障、同步故障和失步振荡。短路故障的测量阻抗将瞬时穿入两个以上的阻抗元件，同步振荡的测量阻抗不可能到达阻抗平面的Ⅱ、Ⅲ象限，只有在失步振荡时，测量阻抗才会以一定的时间间隔依次穿过两个相邻阻抗元件。（2）以某一电量反映功角函数的失步保护。如P-Q轨迹判据，有功变化判据，利用GPS（GlobalPositioningSystem）同步测量不同区域主要变电站母线电压之间的相角差判断失步[5]、[6]，

6、以及测量电压电流之间的相角差判失步[7]。（3）采用李雅普诺夫直接法判别失步，即从能量角度出发构造一个李雅普诺夫函数V(x)，利用实测数据对V(x)进行计算，并将计算结果与李雅普诺夫稳定判据的条件相比较，判断其稳定性。（4）利用同步相量测量技术测量电压相量来判断系统是否失去同步。这其中包括利用部分能量函数法离线计算求出受控机组相对于系统惯量中心的临界转速，然后在线测量各发电机的转速并与临界值相比较，以此进行控制[8]；利用实时相量测量数据来计算一个等值两机系统的等值发电机转子角度，通过对转子角度差的分析判断失步[9]。1.2.2失步解列装置的发展概况[1

7、0]目前，国内外投入实用的失步解列装置采用的原理只有前述（1），（2）两类。以下简要介绍国内应用的装置及其优缺点。1.2.2.1SBJ-1A型失步解列装置[4]SBJ-1A型失步解列装置的判据采用阻抗循序判断，其动作特性在阻抗平面上表现为6个区域，如图1-1所示。比相方程为：(1-1)(1-2)(1-3)式中、、分别为装置安装地点的测量电压及电流；Zm、Zn分别为失步继电器从装置安装点往线路方向及本侧系统方向的整定阻抗；Yx共分六级，从开始，每级隔，最后一级为，在阻抗平面上表现为6级阻抗圆。当电力系统发生失步振荡时，测量阻抗轨迹沿曲线1，2顺次移动，当本

8、侧系统频率偏高时，轨迹沿曲线1的方向移动，当本侧系统频率偏低时，轨迹沿曲线2的方