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1、电力系统电压稳定性研究电力系统电压稳定性研究 摘要：随着社会的进步和电力事业迅速发展，电力系统在人们的工作和生活中扮演着越来越重要的角色，因此其电压的稳定性引起了广泛的关注，对电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。本文首先介绍电力系统电压稳定的概念和分类，再重要分析电压稳定性能的技术和控制电压稳定性的措施，以供参考。 关键词：电力系统；电压；稳定性 引言:电能作为一种优质清洁的能源，被广泛用于各种现代工业生产活动，成为主要能源和动力。以常见的10kV专用用户侧配电终端系统为例，其基本元素包括断路器、高压进线电缆、高压柜、变压器、低压柜、电容柜等。上述元素经一次投资后便可长期实现
2、能量转换及产生经济价值。但是电能在工业生产中的应用核心是安全性、可靠性及经济性。正常生产活动中突然断电，将严重影响企业生产经营活动。因此，电力系统电压稳定性已经成为一个重要研究课题。 1.电压稳定的基本概念 电压稳定性是电力系统遭受偏离给定的起始运行条件的扰动后维持系统中各节点稳定的电压的能力。它取决于电力系统维持/恢复负荷需求和负荷供给之间的平衡。可能产生的电压不稳定以某些母线电压不断下降或不断上升的形式发生。电压不稳定可能结果是一部分区域失去负荷，或传输线跳开，以及由于保护系统作用导致其他元件级联停运，某些发电机失去同步，可能造成其停运或造成磁场电流限制器越限。 2.电压稳定性的分类 2.
3、1按扰动的规模分类 小扰动电压稳定性:是在如系统负荷逐渐增长，送到负荷节点的功率的微小变化之下系统控制电压的能力。 大扰动电压稳定性:是关于在发生诸如系统故障后，系统控制电压的能力。这些扰动包括输电线上短路、失去一台大发电机或负荷，或者失去两个子系统间的输电线。系统对大扰动的响应涉及大量的设备。此外，用来保护单个元件的装置对系统变量变化的响应也影响系统的特性。 2.2按照失稳事故的时间场景分类 暂态电压稳定性 稳定破坏的时间框架从0到大约10秒，这也是暂态功角稳定性的时间框架。在这类电压不稳定中，电压失稳和功角失稳之间的区别并不总是清晰的，也许两种现象同时存在。 中期电压稳定性 稳定破坏的时间
4、框架通常为30秒到50秒，典型者为2到3分钟。发生此类电压失稳事故时电力系统一般处于高负荷水平，且从远方电源送入大量功率，当重载条件下运行的系统受到突然的大扰动后，由于电压敏感性负荷的作用，系统能够暂时保持稳定。 长期电压不稳定性 这种场景的电压崩溃发展过程经历一个相当长的时间，其过程可大致描述如下：负荷过速增长，导致主要负荷母线电压单调下降。 3.电压稳定性能的技术 3.1无功不足的电压失稳分析 通常认为，有功与频率有关，而无功与电压有关。这种说法虽不严谨，但也有其一定道理。从无功和电压的关系分析电压稳定性，可以如下表述：当节点的电压幅值随这个节点的无功支持的增加而增加时，则认为系统是电压稳
5、定的；而当其中至少有一个节点的电压幅值，随这个节点的无功支持的增加反而降低时，认为系统是电压不稳定的。比如，当系统中所有节点的U-Q灵敏度都为正时，对应电压稳定状态；只要系统中有一个或多个节点的U-Q灵敏度为负时，对应于系统电压失稳。系统中无功功率损耗很高，并且远大于有功功率损耗。当系统中无功功率短缺时，会造成电压水平的低下，当系统发生某些微小扰动时，有可能会使某些枢纽变电所母线电压不稳，其母线电压可能在顷刻之间就大幅度下降，不仅会造成电压不稳现象，更严重的还可能发展为电压崩溃事故。 3.2负荷突增时的电压失稳的分析 互联电力系统的电压失稳，常常发生在系统负荷很重的情况下。当负荷接近极限时，如
6、果再增加少量负荷，系统电压可能就会突然急剧下降，严重时甚至不能控制，导致电压失稳现象的发生。负荷特性很大程度上决定了电压失稳/电压崩溃的历程。 如果一个电力系统处于重载情况，假定负荷已接近于临界状态，无功电源已达极限，无法再提供多余的无功支持时，系统发生很小的电压降低，或负荷稍微增加一点，都会打破系统的平衡，导致系统的局部电压失去稳定，最终结果可能就是整个系统的电压崩溃。 4.电压稳定的控制措施 电压稳定控制，是电力系统稳定控制的重要组成部分。由于在很多实际的电压失稳事例中，完全没有功角不稳定即将来临的迹象，因此，针对电压失稳的情况的电压控制，由此进行探讨是非常有必要的。电压控制，是在电压发生
7、故障或者负荷连续快速增长的情况下，电力系统进入危险状态、处于电压失稳或者电压崩溃的过程中，通过采取适当的措施，使电力系统恢复到正常状态，或者暂时进入恢复状态的控制。 4.1保证电压稳定的两种控制措施 通常保证电压稳定性，一般可以采取两种控制措施：预防控制和紧急控制。根据约束条件是否满足，电力系统运行可分为正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态（电压崩溃）和恢复状态。 预防控制。在系统进入电压警戒状态时进行，主要通过在系统运行于稳定边界时，设定无功校正装置的动作整定值，以及校正现场控制器的可控变量，将系统运行点拉回到稳定区域。 紧急控制。是在紧急状况下，系统已经处于电压失稳的过程中，采取的用
8、以防止电压崩溃的措施。基于对电力系统中电压失稳的危害分析，电压崩溃所造成的后果最为严重，所以，对其的防治措施的探讨也最有意义。电压紧急控制，是保证电压稳定防止电压崩溃的主要手段。在以前，电力系统中常用的电压稳定控制措施，是无功补偿法，但是由于电压无功问题本身所具有的局域性质，以及在紧急控制中对于算法实时性的要求，电压紧急控制不宜采用全网集中优化控制的方法。 4.2分布式的控制方法 分布式的控制方法，即将全系统的优化控制，分解为不同的控制子区域的控制问题，可以应用“分解-协调”的方法，推广控制理论中的最优控制、稳定性分析、模型化技术进行控制的分析和设计，消除和缓解维数灾，也更加符合电压无功问题的
9、本质特点。根据系统的状态，在紧急情况时，将电力系统分为若干个控制区域。在每一个控制区域设有电压紧急控制器，独立监测本区域的运行状态，对本区域的突发事件做出紧急处理，快速计算出本区域的电压危险节点，并将其作为控制目标，从而保证本区域的电压水平。协调级分布式电压紧急控制的核心环节，以本地区电压安全稳定为目标，在电压控制的不同阶段，针对性地协调控制分散在各处的现场级电压无功控制器，高效合理地控制无功功率的流动；并接收上一级的指令，在必要时和其他的控制区域进行协作。组织级作为电压紧急控制的最高级，其作用是进行全电网的安全稳定分析，以及全局经济优化控制等功能。在电压紧急情况时，在必要的情况下，协调不同的
10、控制区域，以保证系统的稳定运行。 4.3电压紧急控制策略 具体的电压紧急控制策略，有切负荷和无功控制。前者是最直接有效的紧急控制手段，但这种方法的负面影响较大；后者在紧急控制中，起到不可忽视的作用，合理运用可以最小化切负荷这种硬方法带来的负荷损失。分布式无功紧急电压控制的基本目标，是通过及时地利用区域内所用可能的无功出力维持电压稳定性。控制中心在电压失稳发生时，实时确定电压控制分区，并将普通的二级电压控制策略，切换到紧急控制策略。紧急控制通过快速的协调逐步强制设定发电机以及STATCOM（高压动态无功补偿装置）的出力来完成。参与控制的手段除了快速的FACTS（柔性交流输电系统）元件和发电机外，
11、还包括响应速度稍慢的无功源（主要为并联电容器）。如果经过上节的控制，危险节点Vc依然越限，则控制慢速设备，如果Vc已回到正常范围内，按照无功等效的原则，投入慢速响应设备，逐步释放快速响应设备的无功出力，以保证足够的紧急无功储备。 5.结语 电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中，电压不稳定、电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。 参考文献： 1李永明,电力系统中电压稳定及控制技术的探讨,装备制造技术,2010(03). 2孙德俭,电力系统电压稳定研究D,山东大学,2008(09).-分享文档，传播知识，赠人以花，手自留香。
