基于區(qū)域平衡的電力系統(tǒng)無功電壓管理

胡曉

摘 要：長久以來，因為電壓不穩(wěn)而導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解的事故時有發(fā)生，這給國家和人民的生活帶來了巨大的損失。電力系統(tǒng)電壓的崩潰多數(shù)是因為某個區(qū)域的電壓不穩(wěn)進(jìn)而擴散到整個電力系統(tǒng)導(dǎo)致的。如何防止電壓的不穩(wěn)而造成的電力系統(tǒng)崩潰，已經(jīng)成為了主要的問題，也引起了相關(guān)工作人員的重視。電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定主要是從角度功角穩(wěn)定、電壓的穩(wěn)定以及頻率穩(wěn)定三個方面來評定的。文章提出了一個無功/電壓管理的方法，而對區(qū)域進(jìn)行劃分是進(jìn)行電力系統(tǒng)的無功/電壓管理的重要方法。

關(guān)鍵詞：區(qū)域劃分；區(qū)域平衡；電力系統(tǒng)；無功電壓管理

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0105-01

伴隨著科技的進(jìn)步，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活用電、工作用電等的需求都在不斷增長，為了能夠滿足人們對電力的需求，我國的電力系統(tǒng)也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)。但是由于環(huán)境以及資金等多種因素的限制，并且我國的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為薄弱，使用的設(shè)備不夠先進(jìn)，現(xiàn)如今，電網(wǎng)的運行狀態(tài)與最初的設(shè)計相比，改變很大，這些問題的存在不利于電力系統(tǒng)的正常運行，也帶來了一定的負(fù)面的影響，留下了安全隱患，同時，由于高壓直流輸電系統(tǒng)是并網(wǎng)運行的，如何維持電壓的穩(wěn)定變得特別重要。這些安全隱患的存在，威脅著整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全正常運行，同時，這些隱患的存在也很容易導(dǎo)致電壓崩潰現(xiàn)象的產(chǎn)生。通常，某一個區(qū)域的電壓不穩(wěn)定，若得不到及時解決，就會產(chǎn)生整個電力系統(tǒng)電壓崩潰的現(xiàn)象。

1 無功功率的平衡與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)系

無功功率的平衡對整個電力系統(tǒng)的正常運行有著至關(guān)重要的作用，想要確保電力系統(tǒng)的正常運行就必須使無功功率保持平衡。無功功率指的是電網(wǎng)運行的過程中，所有無功產(chǎn)生的無功功率要與電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)上的無功功率損耗的和相等。電力系統(tǒng)的無功功率的損耗主要由線路和變壓器的無功損耗兩部分組成。在電力系統(tǒng)中，大多數(shù)情況下，用電設(shè)備所吸收的無功功率，與所加的電壓有著密不可分的關(guān)系。在額定電壓的附近，無功功率與電壓的變化是成正比的，電壓上升則無功功率增加，反之亦然。如果是電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了無功功率缺額的現(xiàn)象，系統(tǒng)中所負(fù)荷的電壓下降，才能減少對無功功率的吸收，從而保證無功功率的平衡。電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)無功的不穩(wěn)定性是引起電壓崩潰現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因。在電力系統(tǒng)的電壓崩潰之前，系統(tǒng)往往是處于一種重負(fù)荷的狀態(tài)，系統(tǒng)的無功緊張，傳輸線路工作幾乎達(dá)到了極限。當(dāng)電力系統(tǒng)的無功儲備充足時，電力系統(tǒng)的電壓能夠達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，若無功儲備出現(xiàn)缺額的情況，將會引起電力系統(tǒng)的崩潰，從而導(dǎo)致部分或者整個系統(tǒng)停電。

2 區(qū)域的劃分以及區(qū)域平衡

電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定以及電壓崩潰等事故的發(fā)生主要是因為電力系統(tǒng)局部區(qū)域存在無功儲備不足的情況。區(qū)域的無功儲備不充足主要有兩種情況，第一種是整個電力系統(tǒng)的無功儲備缺額，第二種則是電力系統(tǒng)的其他區(qū)域占用了較多的無功儲備卻不能夠傳遞給該區(qū)域。對于第一種情況，增加整個系統(tǒng)的無功儲備的方法可以使問題得以解決。對于第二種情況，通過對整個電力系統(tǒng)的無功流動進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)配，可以將電力系統(tǒng)劃分成一些小的區(qū)域，進(jìn)行無功的分別管理。區(qū)域的劃分應(yīng)該遵循以下原則：

第一，各個分區(qū)域之間要確保相互獨立性，各區(qū)域之間的相互影響要盡可能的小。

第二，每個區(qū)域內(nèi)都不能將其他區(qū)域的節(jié)點包含在內(nèi)，同時，區(qū)域的節(jié)點之間的耦合度要盡可能的大。每個區(qū)域都要盡量確保有足夠的無功儲備。第三，進(jìn)行整個電力系統(tǒng)的區(qū)域劃分，所劃分的區(qū)域數(shù)量要恰當(dāng)，如若區(qū)域數(shù)量太多則會降低對系統(tǒng)進(jìn)行整體管理的工作效率。數(shù)量太少就會使得工作變得繁瑣，不利于系統(tǒng)的管理。第四，所劃分的各個區(qū)域大小要合適，太大會導(dǎo)致管理不便，不利于工作的開展。

現(xiàn)如今，國內(nèi)外都對區(qū)域劃分有一定的研究，得出的劃分方法也有很多，比如，按電網(wǎng)所屬的電力公司進(jìn)行劃分，按照圖論的理論知識進(jìn)行劃分，短路電流法，向上合并歸類法等。在實際的電力系統(tǒng)中，這些方法都有運用。

區(qū)域劃分的結(jié)果直接影響了電壓弱節(jié)點的選擇，因此，驗證區(qū)域劃分的結(jié)果是必不可少的。對于區(qū)域劃分結(jié)果的驗證主要有以下幾種方法。

第一種，判斷所劃分區(qū)域的數(shù)量和區(qū)域的大小。根據(jù)電網(wǎng)運行的實際情況來判斷所劃分區(qū)域的大小。區(qū)域內(nèi)節(jié)點的數(shù)量多少要合適，同時，也應(yīng)該確保鼓勵的節(jié)點不能劃分成為區(qū)域。第二種，分析所劃分區(qū)域的無功儲備。為了驗證劃分的各個區(qū)域的無功儲備是否充足，就必須對劃分的區(qū)域進(jìn)行無功儲備的分析。如若存在某一區(qū)域的無功儲備不足的情況，就需要從相鄰區(qū)域接入無功電源，或者是將該區(qū)域與相鄰的區(qū)域進(jìn)行合并形成一個新的區(qū)域。第三種，對整個系統(tǒng)的區(qū)域劃分結(jié)果進(jìn)行總體衡量。這個方法主要是為了可以對區(qū)域內(nèi)的節(jié)點耦合度以及區(qū)域間的耦合度大小進(jìn)行檢驗。通過對區(qū)域內(nèi)的節(jié)點以及先導(dǎo)節(jié)點的電氣距離按照一定的規(guī)則進(jìn)行計算，將結(jié)果進(jìn)行對比，則能夠?qū)ο到y(tǒng)的區(qū)域劃分結(jié)果有整體的衡量。第四種，使用Sugeno-Yasukaw準(zhǔn)則對區(qū)域劃分的合理性進(jìn)行判定。

3 基于區(qū)域平衡的無功/電壓管理

無功/電壓管理方法的基本原理是利用電壓穩(wěn)定與電力系統(tǒng)的無功儲備存在密切關(guān)系的思想，通過增加無功的方法來提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度。

通過一系列的研究，如今，無功/電壓的管理往往側(cè)重于無功的管理和電壓的管理這兩個方面。

側(cè)重?zé)o功的管理的方法有以下幾種，一種是可以采用通過對電力系統(tǒng)中有功和無功的分布進(jìn)行調(diào)整使得電壓得以穩(wěn)定，這種方法將直接影響著系統(tǒng)的運行方式。還有一種方法是通過對無功電源的調(diào)整安排改善整個電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。但是這種方法忽略了有功損耗對整個系統(tǒng)的影響。另外一種方法是，將無功儲備的管理類似于一個優(yōu)化問題來處理，這種方法是通過對發(fā)電機的無功注入進(jìn)行重新合理的安排，使發(fā)電機的無功儲備得到增長，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)整體的電壓穩(wěn)定性，同時，這種方法也能夠使得有功分布不做改變。該方法的最終目的是將發(fā)電機的無功儲備提升到最大，而將有功損耗降到最小。

側(cè)重于電壓的管理的方法是通過對區(qū)域劃分的了解，對區(qū)域內(nèi)節(jié)點情況的掌握，選出區(qū)域內(nèi)的電壓中樞節(jié)點，并將節(jié)點的電壓保持在所規(guī)定的范圍內(nèi)，通常用到的方法是無功儲備以及無功補償。

在實際的電力系統(tǒng)的無功/電壓管理中，需要將無功管理與電壓管理的方法相結(jié)合。通過對所劃分區(qū)域的無功/電壓管理，保障每個區(qū)域的電壓穩(wěn)定性，從而才能夠確保整個電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免電壓崩潰等事故的發(fā)生。不管是側(cè)重于無功的管理還是側(cè)重于電壓的管理，最終的目的都是為了能夠提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，防止電壓崩潰現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4 結(jié) 語

由于某個薄弱區(qū)域的電壓不穩(wěn)定得不到及時的處理會造成大規(guī)模甚至是整個電力系統(tǒng)的電壓崩潰。所以，根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)將電力系統(tǒng)劃分為不同的區(qū)域，對區(qū)域中容易產(chǎn)生電壓崩潰的節(jié)點進(jìn)行重點監(jiān)視，及時解決出現(xiàn)的問題，可以有效的防止電壓崩潰等事故的發(fā)生。本文提出了無功/電壓管理的方案，可以有效的解決區(qū)域電壓的問題，從而確保整個電力系統(tǒng)的正常運行。

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