電力系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

劉 晶

陜西省榆林供電局，陜西榆林 719000

伴隨著負(fù)荷水平的持續(xù)增長(zhǎng)，遠(yuǎn)距離較大容量的輸電也在迅速增加，電壓系統(tǒng)中穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。世界范圍內(nèi)在近年來(lái)出現(xiàn)了很多電壓失穩(wěn)的案例，同時(shí)大部分的電壓失穩(wěn)問(wèn)題都會(huì)致使電力系統(tǒng)產(chǎn)生崩潰，引起較大面積出現(xiàn)停電事故，不僅僅給點(diǎn)力部門及用電的企業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨額的損失，對(duì)人民的生活帶來(lái)了極大困擾。因此，對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行深入研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電壓穩(wěn)定的概述

從物理學(xué)角度分析，電力系統(tǒng)具有的穩(wěn)定性是指電壓系統(tǒng)在某一運(yùn)行極限之內(nèi)維持負(fù)荷電壓的能力。這種能力主要決定于網(wǎng)絡(luò)向負(fù)荷傳輸?shù)墓β适欠衲軌蚰軌蚍掀渥陨淼墓β室?。假如被網(wǎng)絡(luò)傳送的功率無(wú)法使其符合本身的功率要求，符合的電壓將會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)將會(huì)電壓失穩(wěn)甚至電壓系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。國(guó)際上對(duì)電壓穩(wěn)定的定義為：

1.1 電壓小干擾穩(wěn)定

電力系統(tǒng)在既定的運(yùn)行狀況下遭遇任何小干擾之后，處于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)位置的電壓與干擾之前產(chǎn)生的電壓數(shù)值較為近似，則該系統(tǒng)在既定的運(yùn)行點(diǎn)位置可認(rèn)為是小干擾電壓的穩(wěn)定性。

1.2 穩(wěn)定平衡點(diǎn)電壓

電力系統(tǒng)在既定的運(yùn)行情況下遭遇一定的干擾，假如干擾之后的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓值恢復(fù)至干擾之后的平衡點(diǎn)位置的電壓數(shù)值，則該系統(tǒng)的電壓是穩(wěn)定性的；這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)受到干擾后的情況將返回至干擾后處于平衡點(diǎn)位置的穩(wěn)定的吸引域內(nèi)。

1.3 電壓崩潰

電力系統(tǒng)在既定的情況下遭遇一定程度的干擾，干擾之后處于平衡位置的電壓數(shù)值比系統(tǒng)運(yùn)行限制數(shù)值低，則統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)電壓崩潰；電壓崩潰有可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的停電或是局部性停電。

2 電壓發(fā)生失穩(wěn)的原理

最初認(rèn)為電壓穩(wěn)定屬于一個(gè)靜態(tài)問(wèn)題，因此解釋電壓失穩(wěn)的原理應(yīng)從靜態(tài)的觀點(diǎn)出發(fā)?；趶V泛應(yīng)用的各種潮流方程的靜態(tài)依據(jù)，其物理機(jī)制的靜態(tài)穩(wěn)定的界定是電力網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。伴隨著電壓穩(wěn)定的發(fā)展研究，考慮到發(fā)電設(shè)備及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性、負(fù)荷以及動(dòng)態(tài)零件的其他影響，失穩(wěn)動(dòng)態(tài)機(jī)理隨之產(chǎn)生。可是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)屬于一個(gè)動(dòng)力非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，電壓失穩(wěn)與崩潰的動(dòng)態(tài)過(guò)程是非常復(fù)雜的，至今仍未研究徹底。國(guó)內(nèi)對(duì)電壓失穩(wěn)的機(jī)理做出了很多的解釋，其中普遍理解的電壓失穩(wěn)原理為：電力系統(tǒng)受到干擾后，由于發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁體系逐漸減少的強(qiáng)勵(lì)和負(fù)荷要求，系能能夠確保穩(wěn)定性；當(dāng)在電壓系統(tǒng)中反映的負(fù)荷超高壓水平下降時(shí)，變壓站中的變電器會(huì)在24min之內(nèi)恢復(fù)至事故出現(xiàn)之前的水平，每次調(diào)整分接頭都會(huì)增加超高壓線路承受的負(fù)荷，增加了線路的耗損。增大電流，致使發(fā)電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)增加無(wú)功輸出，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)越線無(wú)功功率的持續(xù)反應(yīng)時(shí)，負(fù)荷電壓會(huì)迅速降低，系統(tǒng)將會(huì)更加容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的電壓，整個(gè)過(guò)程將會(huì)造成發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)較大面積的停電現(xiàn)象。

3 影響電壓穩(wěn)定的因素

電壓產(chǎn)生穩(wěn)定的問(wèn)題經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在負(fù)載的體系中。造成電壓出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象的原因有很多，可是電力系統(tǒng)的本身也存在著一些不足：聯(lián)線的輸電網(wǎng)絡(luò)比較弱，傳輸功率水平較低，不利的負(fù)荷特性，各種系統(tǒng)之間存在著不協(xié)調(diào)現(xiàn)象都是電壓失去穩(wěn)定性的因素。因?yàn)樵诖笠?guī)模電力系統(tǒng)中相互作用的元件都是非常復(fù)雜的，因此將影響電壓穩(wěn)定的因素進(jìn)行分離是比較困難的。

4 電力系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響分析

4.1 負(fù)荷恢復(fù)對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

負(fù)荷功率伴隨著電壓的下降而暫時(shí)性減小之后又開始增加的特點(diǎn)被稱之為負(fù)荷具備的恢復(fù)特性?；謴?fù)的負(fù)荷功率包含以下幾點(diǎn)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)數(shù)秒中在端電壓處降低，其有功的功率將恢復(fù)到與之相匹配的機(jī)械負(fù)載。分接頭的工作，將會(huì)在測(cè)電壓低壓位置實(shí)行恢復(fù)。負(fù)荷被恒溫控制在調(diào)節(jié)溫度設(shè)備的下逐漸對(duì)電網(wǎng)中吸收的功率進(jìn)行恢復(fù)?；謴?fù)負(fù)荷產(chǎn)生的功率將會(huì)增強(qiáng)輸電線路中電壓降低，造成符合母線上的電壓持續(xù)降低，進(jìn)而將系統(tǒng)推向失穩(wěn)電壓的狀態(tài)。

4.2 負(fù)荷失穩(wěn)電壓穩(wěn)定性的影響

負(fù)荷失穩(wěn)具體是指負(fù)荷零件因?yàn)殡妷哼\(yùn)行較低而維持正常情況下的轉(zhuǎn)換能量的功能，或者是因?yàn)檫\(yùn)行的低電壓設(shè)備造成的損壞，或者是因?yàn)槠浔旧戆l(fā)揮的保護(hù)作用將其從電網(wǎng)中自動(dòng)切除。符合元件在低電壓條件下的失穩(wěn)性，主要包含了電動(dòng)機(jī)感應(yīng)出現(xiàn)的失速甚至是堵轉(zhuǎn)、熒光燈出現(xiàn)的突發(fā)性熄滅等，符合元件發(fā)生失穩(wěn)后，其在電網(wǎng)中吸入的有功與無(wú)功產(chǎn)生的功率將會(huì)出現(xiàn)較大的變化，對(duì)系統(tǒng)中電壓具備的穩(wěn)定性發(fā)揮了重要的影響。

負(fù)荷具備的失穩(wěn)特性對(duì)電壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成的影響應(yīng)當(dāng)視情況而定。電動(dòng)機(jī)感應(yīng)產(chǎn)生失速甚至是堵轉(zhuǎn)，在電網(wǎng)中被吸收的無(wú)功與電流將會(huì)迅速增大，這樣對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，對(duì)存在于輸電線路上的降低電壓造成了增大的影響，造成負(fù)荷電壓逐漸降低，這樣就會(huì)促成系統(tǒng)迅速出現(xiàn)電壓崩潰。在低電壓環(huán)境中電動(dòng)機(jī)感應(yīng)實(shí)施了保護(hù)功能，熒光燈出現(xiàn)的驟然熄滅，系統(tǒng)功率的不足起到了緩解作用，促使電壓逐漸恢復(fù)。

4.3 負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性影響的研究

因?yàn)楦蓴_使得端電壓出現(xiàn)下降狀況，結(jié)合負(fù)荷具備的響應(yīng)特點(diǎn)，及其該響應(yīng)特點(diǎn)同端電壓之間發(fā)生的失穩(wěn)聯(lián)系。特別是在各種設(shè)備中負(fù)荷特性發(fā)揮主要的響應(yīng)特點(diǎn)，包含電動(dòng)機(jī)感應(yīng)裝置、調(diào)節(jié)配電電壓裝置、空調(diào)、冰箱等。

構(gòu)建分析穩(wěn)定電壓的負(fù)荷準(zhǔn)確模型。因?yàn)橄到y(tǒng)遭遇干擾后各種設(shè)備中的綜合負(fù)荷出現(xiàn)了不同的快慢響應(yīng)，在電壓穩(wěn)定的不同時(shí)間其負(fù)荷綜合特性也不同，因此使用的負(fù)荷模型也不一樣。分析電壓穩(wěn)定性的模型應(yīng)符合負(fù)荷特性的實(shí)際精準(zhǔn)度，還要對(duì)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行廣泛的分析。

5 結(jié)論

伴隨著電壓穩(wěn)定問(wèn)題的逐漸深入，電力系統(tǒng)中負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生了重要影響。本文結(jié)合了負(fù)荷自身特性，對(duì)電力系統(tǒng)中負(fù)荷產(chǎn)生的影響進(jìn)行了定性分析。構(gòu)建有使用價(jià)值的負(fù)荷模型，對(duì)研究電壓穩(wěn)定的發(fā)展具有促進(jìn)作用。

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