覃興甲

摘要：電力系統(tǒng)是供電和用電設(shè)備組合在一起的一個(gè)整體，各設(shè)備之間運(yùn)行情況變化大，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)地迅速消除擾亂，繼續(xù)正常工作，這樣就大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，采取系統(tǒng)解列、異步運(yùn)行和再同步等應(yīng)急措施，以減少損失，盡快恢復(fù)對(duì)用戶的正常供電。隨著電力市場(chǎng)化的推進(jìn)，與其他電力公司的電力互換，電力輸送的擴(kuò)大，以及配電系統(tǒng)中分布式電源的導(dǎo)入，使得對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行的靈活性要求更高，有必要超出既往的探討范圍來考慮系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行。本文將重點(diǎn)分析具有脈沖負(fù)載波動(dòng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：脈沖負(fù)載波動(dòng);電力系統(tǒng);穩(wěn)定性;策略

前言

原動(dòng)機(jī)功率和發(fā)電機(jī)的電磁功率之間產(chǎn)生功率不平衡，將會(huì)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，即引起電力系統(tǒng)頻率的變化。電網(wǎng)頻率是發(fā)電功率和用電負(fù)荷平衡的依據(jù)。當(dāng)發(fā)電功率與用電負(fù)荷相等時(shí)，電網(wǎng)頻率維持在額定值; 當(dāng)發(fā)電功率大于用電負(fù)荷時(shí)，電網(wǎng)頻率升高;當(dāng)發(fā)電功率小于用電負(fù)荷時(shí)，電網(wǎng)頻率降低。

一、電力系統(tǒng)的組成和接線方式

簡(jiǎn)單來說，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，整個(gè)電力系統(tǒng)具有相同的頻率。同步發(fā)電機(jī)組發(fā)出的交流電的頻率是和機(jī)組的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的。第一，負(fù)荷決定頻率。頻率穩(wěn)定的本質(zhì)是有功平衡問題。不管多么先進(jìn)的系統(tǒng)和設(shè)備，都會(huì)存在發(fā)生故障的潛在危險(xiǎn)，電力系統(tǒng)的輸電線路也不例外，并且，電力系統(tǒng)在事故發(fā)生后，原有的正常系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，增加搶修工作的難度，甚至?xí)斐呻娏ο到y(tǒng)大面積的癱瘓，影響人們正常使用電能。因而，在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就要充分重視輸電線路的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，融入應(yīng)急措施設(shè)計(jì)，保障電力系統(tǒng)的正常安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，電力系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就要長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮到可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)和發(fā)生的故障以及采取的應(yīng)對(duì)措施等等，其中就包括每一種常見故障發(fā)生情況下的暫態(tài)穩(wěn)定，要求電力系統(tǒng)輸電線路的實(shí)際傳送電能的能力高于電能應(yīng)用的場(chǎng)合，在發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以自行啟動(dòng)串聯(lián)補(bǔ)償機(jī)制措施，快速控制故障現(xiàn)場(chǎng)局面，縮小故障。

電力系統(tǒng)的四大主要元件：發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路、負(fù)荷。動(dòng)力系統(tǒng)包括動(dòng)力部分（火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)、水電廠的水庫(kù)和水輪機(jī)、核電廠的核反應(yīng)堆和汽輪機(jī)）和電力系統(tǒng)。電力網(wǎng)包括變壓器和電力線路。用戶只能從一回線路獲得電能的接線方式稱為無備用接線方式。電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)具有：①重要性、②快速性、③同時(shí)性。電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求：①安全可靠持續(xù)供電（首要要求）、②優(yōu)質(zhì)、③經(jīng)濟(jì)根。據(jù)負(fù)荷的重要程度（供電可靠性）將負(fù)荷分為三級(jí)。電壓質(zhì)量分為：①電壓允許偏差、②三相電壓允許不平衡度、③公網(wǎng)諧波、④電壓允許波動(dòng)與閃變衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)：①電壓、②頻率、③波形（電壓畸變率）10kV公用電網(wǎng)電壓畸變率不超過4%。抑制諧波的主要措施：①變壓器星三角接線、②加裝調(diào)諧波器、③并聯(lián)電容/串聯(lián)電抗、④增加整流器的脈沖次數(shù)衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)：①燃料損耗率、②廠用電率、③網(wǎng)損率

線損包括：①管理線損、②理論線損、③不明線計(jì)算方法：①最大負(fù)荷損耗時(shí)間法②最大負(fù)荷損失因數(shù)法③均方根電流法

二、電力系統(tǒng)的額定頻率和額定電壓

電力線路的額定電壓（也稱電力網(wǎng)的額定電壓）與用電設(shè)備的額定電壓相同。正常運(yùn)行時(shí)電力線路首端的運(yùn)行電壓通常為用電設(shè)備額定電壓的105%，末端電壓為額定電壓。發(fā)電機(jī)的額定電壓比電力網(wǎng)的額定電壓高5%。變壓器的一次繞組相當(dāng)于用電設(shè)備，其額定電壓與電力線路的額定電壓相同;但變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，其額定電壓與發(fā)電機(jī)額定電壓相同，即為該電壓級(jí)額定電壓的105%。變壓器的二次繞組相當(dāng)于電源，其輸出電壓應(yīng)較額定電壓高5%，但因變壓器本身漏抗的電壓損耗在額定負(fù)荷時(shí)約為5%，所以變壓器二次側(cè)的額定電壓規(guī)定比額定電壓高10%。降壓變壓器二次側(cè)連接10kV線路，當(dāng)短路電壓百分比小于7.5%（變壓器本身漏抗的電壓損耗較?。r(shí)，比線路額定電壓高5%。變壓器二次側(cè)的額定電壓是指其二次側(cè)空載時(shí)的端電壓，帶負(fù)荷時(shí)二次側(cè)電壓低于其額定電壓。

三、電流優(yōu)先模式試驗(yàn)

電流優(yōu)先模式是電子負(fù)載最常見的設(shè)置。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是以恒流方式消耗電池電量，以確定其存儲(chǔ)的總能量。隨著電池中的電流被消耗，電池的電壓下降。了解電壓和剩余電量之間的關(guān)系可以讓器件預(yù)估自己剩余的運(yùn)行時(shí)間。隨著電池的電流被消耗，電池中的化學(xué)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出獨(dú)特的電壓曲線。當(dāng)電池到達(dá)其電壓閾值下限時(shí)，電池一定要停止使用，否則會(huì)因?yàn)殡妷撼^閾值下限而損壞電池。放電過程與此相似，以恒流進(jìn)行放電，直到達(dá)到 2.5 V 的截止電壓。消耗的電流量可在0 到 20 A 之間波動(dòng)，但大電流會(huì)使得充電和放電的次數(shù)減少，從而影響電池的使用壽命。將電池放電至截止電壓以下也會(huì)縮短電池的使用壽命。運(yùn)行時(shí)間通過放電圖確定。

電池可以支持 1 C 放電一小時(shí)，或者以 （1 C）/（5 h） = 0.2 C 速率放電五小時(shí)。鋰離子電池在 0.2 C 放電速率下通常具有稍高的容量。最后，溫度會(huì)影響電池容量和放電電壓。25 °C 以上的溫度是理想溫度，低于這個(gè)溫度，電池的容量和電壓均會(huì)下降。您可以使用萬用表監(jiān)測(cè)電壓，確保電池在 2.5 V 截止電壓下不會(huì)繼續(xù)放電。許多電池測(cè)試都會(huì)用到電子負(fù)載，例如容量保持測(cè)試、內(nèi)部阻抗測(cè)量、生命周期性能測(cè)試、溫度測(cè)試和濫用測(cè)試。容量測(cè)試是最常見的電池測(cè)試，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到器件的運(yùn)行時(shí)間。容量測(cè)試會(huì)使用不同的恒定放電率，有時(shí)甚至使用動(dòng)態(tài)電流來仿真以不同速率消耗電流的設(shè)備。許多設(shè)備通過在空閑或睡眠狀態(tài)下消耗非常小的功率，而只在活動(dòng)狀態(tài)下消耗大電流的方式來省電。

為了確定器件的運(yùn)行時(shí)間，我們需要了解電池在不同的放電速率下會(huì)做出怎樣的響應(yīng)。圖 2 所示為幾種恒定的放電速率：1.5 C，1 C，2 C。如果充電電壓高于 4.0 V，鋰離子電池會(huì)承受巨大的內(nèi)部壓力。圖上所示為電池恢復(fù)到衰減狀態(tài)時(shí)電壓迅速下降。在電壓下降到 3.2 至 3.1 V 之間，電壓還是呈線性下降。一旦低于這個(gè)電壓，電池電壓下降得非常迅速。電池容量以電流放電進(jìn)行計(jì)算，500 mA 乘以運(yùn)行時(shí)間 4.5 小時(shí)，即為 2250 mAh。測(cè)得的電池容量一般比規(guī)定的容量小，因?yàn)樗鼈兪窃?4.1 至 2.6 V 的較小工作范圍內(nèi)測(cè)量的。

四、結(jié)束語(yǔ)

如果現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，常規(guī)發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率Pm與其本身特性有關(guān)，并非恒定不變，但相對(duì)來說比較容易控制。發(fā)電機(jī)的電磁功率一方面取決于自身的電磁特性，另一方面受到負(fù)荷特性的影響，難于控制。但從理論定性分析中，我們假定Pm是不變的。其實(shí)同步機(jī)的電磁功率也和其實(shí)際發(fā)出的有功功率有一些偏差，但我們這里也假定Pe就是發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率。簡(jiǎn)單來說，負(fù)載增大導(dǎo)致頻率下降負(fù)載減小導(dǎo)致頻率上升，跟頻率曲線有關(guān)系，而頻率曲線是發(fā)電機(jī)組的固有屬性。發(fā)電機(jī)組通過調(diào)整氣閥來調(diào)節(jié)有功輸出，從而實(shí)現(xiàn)有功輸出隨著負(fù)載變化而變化，簡(jiǎn)稱AGC。但這個(gè)調(diào)節(jié)能力是小范圍的。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載大幅度波動(dòng)時(shí)，就需要甩負(fù)載或者甩機(jī)組來進(jìn)行頻率調(diào)整。

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