芻議電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制

摘 要：電力系統(tǒng)的未來發(fā)展趨向是大電網(wǎng)、遠(yuǎn)距離和高電壓輸電，這對(duì)科學(xué)合理應(yīng)用能源、提升經(jīng)濟(jì)效益具有至關(guān)重要的意義，但與此同時(shí)也會(huì)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來諸多新的問題。尤其是近年來發(fā)生的一些電壓崩潰事故，使得電壓穩(wěn)定及控制問題成為國內(nèi)外的熱點(diǎn)問題之一?；诖?，本文擬從電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究的必要性出發(fā)，闡述電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制分析方法，探討電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制路徑，旨在提升我國電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性與可控性，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定；電壓控制；電力

電力系統(tǒng)屬于復(fù)雜的龐大非線性多變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其中穩(wěn)定與安全是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本條件與必備條件。伴隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及電力市場化的深入改革，遠(yuǎn)距離的重負(fù)荷輸電狀況將會(huì)更加突出，這就使得電力系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)愈來愈接近網(wǎng)絡(luò)的極限輸送能力。所以，鑒于國外出現(xiàn)的惡性電壓崩潰事件與我國部分區(qū)域出現(xiàn)的電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，強(qiáng)化電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與理論價(jià)值。

一、電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究的必要性

電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究一直以來都是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的關(guān)鍵課題。在發(fā)生電壓崩潰事故以前，人們的關(guān)注焦點(diǎn)在于電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定領(lǐng)域。然而，自20世紀(jì)70年代以來，在世界范圍內(nèi)爆發(fā)的多起因電壓崩潰而引發(fā)的大范圍停電事件，造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響與經(jīng)濟(jì)損失，至此有關(guān)電壓穩(wěn)定方面的研究開始逐步引起人們的重視。

盡管我國還未發(fā)生過大面積的惡性電壓崩潰事件，但因電壓失穩(wěn)而造成的局部停電事故卻經(jīng)常發(fā)生，如在1972年7月份出現(xiàn)的湖北電網(wǎng)事故與1973年7月份出現(xiàn)的大連電網(wǎng)事故等。當(dāng)前我國正值社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展階段，電力系統(tǒng)也逐步進(jìn)入到了遠(yuǎn)距離、大機(jī)組、超高壓以及大電網(wǎng)的時(shí)代，但因?yàn)槲覈?dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，已經(jīng)遠(yuǎn)超出20世紀(jì)末亞洲金融危機(jī)時(shí)期的預(yù)期，致使目前乃至未來一定期限內(nèi)我國的電力建設(shè)都會(huì)落后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，電力系統(tǒng)運(yùn)行接近電網(wǎng)極限輸送能力的概率也會(huì)大幅增加，進(jìn)而使得我國的電力系統(tǒng)存在著一定的電壓穩(wěn)定安全隱患。所以，面對(duì)當(dāng)前我國嚴(yán)峻的電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定形勢，深入探究發(fā)生電壓崩潰事故的機(jī)理、預(yù)防控制電壓穩(wěn)定的措施等，對(duì)于有效避免大面積電壓崩潰事故的出現(xiàn)，具有不可替代的意義與價(jià)值。

二、電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法

（一）靜態(tài)分析法

靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析主要以平衡點(diǎn)間的穩(wěn)定性研究為主，其要求電力系統(tǒng)受到的干擾幅度盡可能小，或者電力系統(tǒng)的演化過程盡可能的緩慢，以至于可以忽略電力系統(tǒng)模型的動(dòng)態(tài)化過程，這時(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)行軌跡主要由穩(wěn)定的平衡點(diǎn)所構(gòu)成。一旦電力系統(tǒng)的實(shí)際功率難以平衡，即不存在所謂的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，則可以確定電力系統(tǒng)存在電壓失穩(wěn)的隱患，這一失穩(wěn)機(jī)理能夠通過Q-V曲線或者P-V曲線得到科學(xué)合理的解釋。從本質(zhì)上講，靜態(tài)分析法就是將網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時(shí)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)作成靜態(tài)電壓穩(wěn)定的最高極限狀態(tài)。靜態(tài)電壓分析法重點(diǎn)從靜態(tài)觀點(diǎn)對(duì)電壓崩潰機(jī)理進(jìn)行揭示，用代數(shù)方程對(duì)系統(tǒng)微分方程進(jìn)行代替，用靜態(tài)模型對(duì)負(fù)荷進(jìn)行描述。其能夠顯示出電壓穩(wěn)定的裕度指標(biāo)，且能通過靈敏度分析法顯示出電力系統(tǒng)的弱區(qū)域以及其他信息。靜態(tài)分析法因方便快捷而得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，是當(dāng)前電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定研究中成效最為顯著的一項(xiàng)，且相關(guān)研究成果已被應(yīng)用到了電力領(lǐng)域之中。

（二）動(dòng)態(tài)分析法

隨著電力系統(tǒng)研究的力度加大，以及在功角穩(wěn)定研究中應(yīng)用的暫態(tài)仿真已經(jīng)難以滿足電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定研究需要，使得對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)施的長時(shí)間、全過程的動(dòng)態(tài)仿真研究成為當(dāng)前研究電壓崩潰機(jī)理、電壓失穩(wěn)等現(xiàn)象的有力手段。目前，電力穩(wěn)定及控制的動(dòng)態(tài)本質(zhì)已經(jīng)引起了現(xiàn)代人的高度重視，人們開始意識(shí)到要想從根本上闡釋清楚電壓失穩(wěn)的機(jī)理，就必須構(gòu)建電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，通過應(yīng)用各種動(dòng)態(tài)分析法對(duì)電壓崩潰的物理本質(zhì)進(jìn)行深入研究，只有掌握正確的電壓失穩(wěn)機(jī)理理論，才能夠更好的預(yù)防電壓崩潰事故的出現(xiàn)。綜合考慮了發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、變壓器、勵(lì)磁等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)前針對(duì)電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法主要包括小干擾分析法、動(dòng)態(tài)潮流法、時(shí)域仿真法、分岔分析法等一系列方法。

三、電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制路徑

（一）科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)

要提升電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制成效，就必須對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。其中，對(duì)電壓、負(fù)荷以及傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，應(yīng)盡可能的提升網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，強(qiáng)化負(fù)荷中線電源調(diào)控電壓的能力。同時(shí)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還應(yīng)確保運(yùn)行過程中的靈活性，最大程度做好電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無功功率規(guī)劃工作等。

（二）利用發(fā)電機(jī)組

充分挖掘與發(fā)揮發(fā)電機(jī)組的功能，能夠有效增強(qiáng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。面對(duì)電力系統(tǒng)的電壓急劇下降情況，確保盡可能多的發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行至關(guān)重要，這是因?yàn)閯?lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷能力能夠有效延遲電壓崩潰的所需時(shí)間。

（三）保持高電壓水平

確保電力系統(tǒng)在高電壓的水平狀態(tài)中運(yùn)行，也能夠有效增強(qiáng)電壓的穩(wěn)定性與可控性。電力系統(tǒng)在高電壓水平條件下運(yùn)行，不僅不會(huì)增加無功儲(chǔ)備，反而會(huì)減少無功需求。所以，高電壓水平下的電力系統(tǒng)，能夠促使發(fā)電機(jī)組預(yù)備出更為充足的無功儲(chǔ)備，進(jìn)而為電力運(yùn)行工作者預(yù)留出更多可控制的電壓，這在一定程度上增加了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制性。

總而言之，電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究，其根本目的在于探尋出高效的分析電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、穩(wěn)定程度、增強(qiáng)穩(wěn)定的具體舉措以及各種應(yīng)急策略等的路徑，從而預(yù)防電壓崩潰現(xiàn)象的出現(xiàn)。目前，我國針對(duì)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定及控制研究取得了一定成果，但對(duì)于電壓穩(wěn)定的本質(zhì)與功角穩(wěn)定關(guān)系等方面的認(rèn)識(shí)還不夠全面，具體理論與方法研究還不夠完善，因而需要繼續(xù)加大相關(guān)研究的力度與深度。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉光曄，楊以涵.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定的統(tǒng)一分析原理[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（13）

[2]劉光曄，施海亮，楊以涵.非解析復(fù)變電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（10）

[3]王春莉，張廣淵，胡俊輝.多類型現(xiàn)場總線在工業(yè)自動(dòng)化控制中的綜合應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003（01）

作者簡介：

鄭宇（1986～ ），男，河南新鄉(xiāng)市人，碩士，國網(wǎng)河南省電力公司新鄉(xiāng)供電公司工程師。