电气工程自动化中电力系统稳定性控制技术研究

引言

电力系统的稳定性是确保电力持续稳定供应的关键因素，这一点的重要性是不能被轻视的。一旦电力系统失去了稳定性，可能会引发大规模的停电等重大事故，从而给社会带来巨大的经济损失和负面影响。因此，对电气工程自动化电力系统的稳定控制技术进行深入研究，无疑具有深远的意义。

一、影响电力系统稳定性的因素

1. 负荷变化

电力的负荷呈现出持续的波动性，并且在不同的时段和季节中，其负荷的表现各不相同。例如，在夏季电力需求达到高峰的时段，空调和其他制冷设备的广泛使用有可能导致电力需求急剧增加；随着夜色逐步加深，四周变得一片寂静，明显地负荷有所减轻。在电力系统负荷剧烈波动的情况下，有功和无功功率的平衡可能会受到破坏，从而对电力系统的稳定性产生负面影响。当负荷急剧上升时，发电机的输出功率也需要相应地增加。如果发电机的调节能力不足，那么可能会导致整个系统的频率下降、电压降低，甚至可能触发系统的不稳定。

2. 电源波动

随着电力系统中新型能源（如风能、太阳能等）的占比逐步上升，电源的不稳定性对系统稳定性的影响变得越来越显著。风力发电机的输出功率会受到风速波动的显著影响，一旦风速变得不稳定，就会导致风力发电机的输出功率发生波动；光伏系统的输出功率可能会受到光照强度和气候变化等多种因素的影响，从而呈现出不连续和波动的特性。这种波动可能会破坏系统的有功功率均衡，进而对频率和电压的稳定性产生影响。

3. 网络结构

电力系统的网络结构主要涵盖了输电线路、变压器、变电站等相关设备的连接和布局方式。如果网络结构设计不当，例如输电线路的负荷过大或者变压器的容量不足，那么可能会导致系统的传输能力下降和系统损耗增加。当系统受到外部干扰时，如果网络的结构设计不恰当，可能会导致故障迅速扩散，从而对系统的稳定性产生负面效果。此外，由于网络结构的复杂性，系统的控制和保护都将面对相当大的挑战。

4. 故障因素

电力系统的稳定性受到故障的明显影响，其中常见的故障类型包括短路故障和设备故障。当发生短路故障时，故障位置会产生大量的电流，这不仅会导致系统电压急剧下降，还可能为发电机带来显著的电磁扭矩，从而可能触发发电机的失步现象。当设备出现故障，如发电机、变压器、断路器或其他相关设备受损时，系统的运行模式可能会发生变化，这可能会破坏系统的功率平衡，从而对系统的稳定性产生负面影响。

二、电力系统稳定性控制技术

1. 励磁控制技术

励磁控制系统在整个发电机系统中扮演着极其关键的角色，其核心功能是通过调整发电机的励磁电流来实现对发电机端电压和无功功率输出的精确控制。在电力系统的稳定控制领域，励磁控制技术能够显著提升发电机的静态稳定储备系数，并加强系统的整体静态稳定性。在系统受到的扰动较小的情况下，励磁控制系统能够迅速调节励磁电流，确保发电机端电压的稳定性，并有效抑制扰动的进一步扩散。此外，利用励磁控制技术（如PID 控制和自适应控制等）能够提高系统的瞬时稳定性，并减少大规模干扰对系统造成的负面效果。

2. 调速控制技术

通过调速控制系统来调整发电机的转速，确保系统的频率始终维持在一个稳定的状态。当系统的有功功率不平衡时，频率会发生变化。调速控制技术能够根据频率的变化实时调整发电机的输入功率（例如，汽轮机的进汽量、水轮

机的进水量等），这样可以确保发电机的输出功率与负荷需求保持一致，从而保持系统频率的稳定性。当系统频率下降时，调速系统不仅会增加发电机的输入功率，还会相应地提高输出功率，从而导致系统频率的提升。

3. 电力系统稳定器（PSS）

电力系统稳定器是一种装置，其核心功能是抑制低频振动并提高电力系统的动态稳定性。在电力系统中，低频振荡是一种普遍的动态不稳定现象，这种不稳定会导致发电机之间的功率波动，从而影响其正常运行。PSS 的主要职责是监控发电机的转速和功率信号，然后生成附加的控制信号，这些信号被输入励磁系统以调整发电机的励磁电压，并进一步调整其电磁转矩，从而有效地减少低频震动。PSS 有助于明显优化系统的阻尼特性，并增强其动态的稳定性。

4. 柔性交流输电系统（FACTS）技术

FACTS 基于电力电子技术而发展，是一种具有创新性的输电方式。通过在电力传输线路上安装多种 FACTS 设备（例如静止无功补偿器 SVC 等）、静止同步补偿器（STATCOM）以及晶闸管控制串联电容器（TCSC）等，能够灵活地调整输电线路的多个参数（例如阻抗、电压和功率等），从而显著提升电力系统的稳定性和传输效率。例如，SVC 能够在确保节点电压保持稳定的同时，迅速调节系统的无功功率；TCSC 不仅具备调节输电线路串联电容、调整阻抗和增加传输功率限制的能力，还能有效地遏制系统内的振荡行为。

三、分布式能源管理

在可再生能源迅猛增长的背景下，分布式能源管理开始崭露头角，并逐渐成为确保电力系统稳定运作的创新策略。这项技术将太阳能和风能等多种分布式电源整合为一体，目的是实现近距离的能量消纳，从而减少输配电过程中的能量损失，并提升整个系统的运行效率。为了增强系统的适应性，采纳智能电网技术来实现供需双方的智能调度匹配。通过采用即插即用的智能设备、需求响应机制和微电网技术等多种策略，可以增强分布式能源的协调控制能力，从而更有效地应对电网中可能出现的各种故障或攻击，确保电力系统从局部向整体转变，确保其安全稳定地运行。

结语

在电气工程自动化的背景下，电力系统的稳定性控制技术在确保现代电力网络稳定运行中起到了至关重要的角色。面对未来可能出现的各种挑战，我们需要持续探索创新技术，实现先进信息技术与传统电力技术的深度融合，从而构建一个更加智能、灵活和安全的电力系统。

参考文献：

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