電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究

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1、電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究摘要：對國內(nèi)外電壓穩(wěn)定問題研究的現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，特別介紹了對電壓失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及當(dāng)前廣泛采用的幾種電壓穩(wěn)定性的分析方法，而且還介紹了電壓穩(wěn)定研究進(jìn)一步發(fā)展的方向。1.引言自從20世紀(jì)70年代以來世界上一些大電網(wǎng)(1977年美國紐約電網(wǎng)、1978年法國電網(wǎng)、1982年比利時(shí)電網(wǎng)和加拿大魁北克電網(wǎng)、1983年瑞典電網(wǎng)、1987年日本東京電網(wǎng))因電壓不穩(wěn)定發(fā)生事故，造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失和大面積長時(shí)間停電，此后電壓穩(wěn)定問題開始逐漸受到了關(guān)注。目前，電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定問題趨于嚴(yán)重的原因主要有以下4點(diǎn)：①由于環(huán)境保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，發(fā)、輸電

2、設(shè)施使用的強(qiáng)度日益接近其極限值；②并聯(lián)電容無功補(bǔ)償增加了，這種補(bǔ)償在電壓降低時(shí)，向系統(tǒng)供出的無功按電壓平方下降；③長期以來人們只注意了功角穩(wěn)定性的研究，并圍繞功角穩(wěn)定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩(wěn)定性的問題；④隨著電力市場化的進(jìn)程，各個(gè)有獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)利益的發(fā)電商以及電網(wǎng)運(yùn)營商很難象以前垂直管理模式下那樣統(tǒng)一的為維護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性做出努力[1]。在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在，首先我國電網(wǎng)更薄弱，并聯(lián)電容器的使用更甚，再加之城市中家用電器設(shè)備的巨增，我國更有可能出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定問題。目前國內(nèi)電壓穩(wěn)定問題暴露的不突出，原因之一可能是

3、由于大多數(shù)有裁調(diào)壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動(dòng)以及電力部門采用甩負(fù)荷的措施，而后一措施應(yīng)該是防止電壓不穩(wěn)定問題的最后一道防線，不應(yīng)過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負(fù)荷的使用將受到更大的限制。因此在我國應(yīng)加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。2.現(xiàn)今對于電壓崩潰機(jī)理的認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是必須存在一個(gè)平衡點(diǎn)，最重要的一類電壓不穩(wěn)定性場景就是對應(yīng)于系統(tǒng)參數(shù)變化導(dǎo)致平衡點(diǎn)不再存在的情況。由于負(fù)荷需求平滑緩慢地增加而使負(fù)荷特性改變直至不再存在與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，固然是其中的一種場景，但事實(shí)上，更為重要的場景對應(yīng)于大擾動(dòng)，如發(fā)電和／或輸電設(shè)備的停運(yùn)，這種

4、大擾動(dòng)使網(wǎng)絡(luò)特性急劇變動(dòng)，擾動(dòng)后網(wǎng)絡(luò)的特性(如PV曲線)不再同未改變的負(fù)荷的相應(yīng)特性相交，失去了平衡點(diǎn)，而導(dǎo)致電壓崩潰。所以也需要研究由于大的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的突然變化所引起的不穩(wěn)定機(jī)制。2.1短期電壓失穩(wěn)研究認(rèn)為，引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因：①短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)后失去平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉回到事故后短期動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③擾動(dòng)后平衡點(diǎn)發(fā)生振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察到)；④長期動(dòng)態(tài)引起的短期失穩(wěn)(如平穩(wěn)點(diǎn)丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時(shí)段內(nèi)可能同時(shí)出現(xiàn)功角失穩(wěn)和電壓失穩(wěn)，由于它們包含相同的元件，區(qū)分它們往往很困難。一種典型的純電壓穩(wěn)定問題場景是單機(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)，

5、負(fù)荷主要由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成。這里的暫態(tài)失穩(wěn)主要是指系統(tǒng)受擾動(dòng)之后，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等快速響應(yīng)元件失去了平衡點(diǎn)，或者由于故障不能盡快切除，使系統(tǒng)離開了干擾后的吸引域。文獻(xiàn)[2]應(yīng)用PV曲線和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性研究了擾動(dòng)后感應(yīng)電動(dòng)機(jī)引起的暫態(tài)失穩(wěn)機(jī)理，提出了足夠的電容補(bǔ)償能使處于低電壓解的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)正常的觀點(diǎn)。文[3]研究了不同短路故障切除時(shí)間下單機(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，指出暫態(tài)電壓穩(wěn)定也存在故障臨界切除時(shí)間的概念，并把電壓失穩(wěn)與負(fù)荷失穩(wěn)聯(lián)系起來。文[4][5]用仿真手段研究了快速響應(yīng)的靜止電容補(bǔ)償器對防止感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷引起的電壓崩潰的作用，并指出斷路器投切

6、的并聯(lián)電容補(bǔ)償不能達(dá)到同樣的目的。文獻(xiàn)[6]采用時(shí)域仿真重演了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷引起的暫態(tài)電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，改進(jìn)了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)，提出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)引起的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的概念，并求取了與給定故障切除時(shí)間相應(yīng)的極限動(dòng)態(tài)負(fù)荷。文[7]把電力系統(tǒng)同時(shí)可接受保持暫態(tài)電壓穩(wěn)定和暫態(tài)電壓跌落的狀態(tài)稱之為暫態(tài)電壓安全，并強(qiáng)調(diào)暫態(tài)安全應(yīng)包括暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓安全兩方面。2.2長期電壓失穩(wěn)系統(tǒng)擾動(dòng)之后，系統(tǒng)已獲短期恢復(fù)，可用長期動(dòng)態(tài)的QSS近似．此后造成動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的原因有：①失去長期動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉回到長期穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③電壓增幅振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀

7、察到)。文獻(xiàn)[8]通過一簡單系統(tǒng)顯示和討論了有載調(diào)壓變壓器(OLTC)和發(fā)電機(jī)過勵(lì)限制器動(dòng)態(tài)特性對系統(tǒng)電壓失穩(wěn)過程的作用。文獻(xiàn)[9][10]就有載調(diào)壓變壓器對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，其結(jié)果還不能令人滿意，主要原因是所采用的元件模型存在差異，考慮的影響因素也不相同等。文獻(xiàn)[11]綜合考慮了對電壓失穩(wěn)產(chǎn)生重要影響的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性、有載調(diào)壓變壓器動(dòng)態(tài)特性及發(fā)電機(jī)無功功率限制的作用，但難以得出清晰的概念。針對中長期仿真計(jì)算量大的問題，文獻(xiàn)[12]采用了自動(dòng)變步長技術(shù)把快速響應(yīng)和慢速響應(yīng)動(dòng)態(tài)元件綜合在一起進(jìn)行仿真來研究系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。在研究長期現(xiàn)象

8、時(shí)，對于快速系統(tǒng)可用準(zhǔn)靜態(tài)(QSS)近似。QSS方法結(jié)合了靜態(tài)方法計(jì)算的高效性和