電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題分析研究

胡德江 馮婧

摘 要：近年來，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展、電力需求的不斷增長和電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接，受到各種因素的影響，電力系統(tǒng)的運行已經(jīng)接近極限狀態(tài)，電壓的穩(wěn)定問題日益凸顯。電壓的穩(wěn)定一般是在靜態(tài)和動態(tài)的情況下發(fā)生。本文將從電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定方面進行分析，針對具體的運行情況提出相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 電壓穩(wěn)定 措施

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0037-02

當前社會的發(fā)展與電能的使用是息息相關(guān)的，電力系統(tǒng)的發(fā)展為人們的生活和生產(chǎn)提供了很大的支持。電力系統(tǒng)的良好運行需要充分滿足穩(wěn)定性的發(fā)展需求，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括電壓的穩(wěn)定性、頻率的穩(wěn)定性和功角的穩(wěn)定性，其中電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性一直受到社會的廣泛關(guān)注，也是當前電力方面研究的主要領(lǐng)域。以前對于電力系統(tǒng)的研究，更多的是針對靜態(tài)電壓進行研究，當前社會電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們開始意識到電壓穩(wěn)定的重要性，開始進行對電壓穩(wěn)定的研究。目前，我國對于電力的需求越來越大，電力系統(tǒng)承受著超高壓和重負荷的現(xiàn)象，需要通過對電力系統(tǒng)的完善，改善這種現(xiàn)狀。在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的時代，電能的需求量也是越來越大，電壓的穩(wěn)定問題也逐漸突出，需要采取有效的措施進行改進。

1 有關(guān)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的內(nèi)容闡述

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定是一個統(tǒng)一的整體，對于其穩(wěn)定性的研究也是針對一個整體進行研究。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種狀態(tài)，但是電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性表現(xiàn)為多種不同的形式，不穩(wěn)定性也是根據(jù)系統(tǒng)的失穩(wěn)特性、擾動大小和時間的不同進行分類。只有從中分析出電力系統(tǒng)失穩(wěn)的主要因素，才能夠針對特定的問題采取恰當?shù)挠嬎惴治龇椒?，從而采取有效的措施進行控制，提高系統(tǒng)的安全運行水平，不斷優(yōu)化電網(wǎng)的運行結(jié)構(gòu)。

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要是指在給定的初始運行方式下，系統(tǒng)在受到擾動之后，還能夠找到相應(yīng)的平衡點，保證大部分的系統(tǒng)處于未越限的狀態(tài)，保證系統(tǒng)整體的完整性。當處于一種初始運行狀態(tài)時，電力系統(tǒng)中的母線能夠保證電壓的穩(wěn)定，是在基于負荷需求平衡的一種條件下保持電壓穩(wěn)定。在該種運行狀態(tài)下，電壓失穩(wěn)的原因主要是母線上的電壓突然升高或者是下降，當電壓不能保持穩(wěn)定時，電力系統(tǒng)中的負荷就會失去平衡，就會出現(xiàn)跳閘的情況。

電壓的穩(wěn)定存在三種狀態(tài)：動態(tài)電壓穩(wěn)定、靜態(tài)電壓穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。（1）通常分析電壓動態(tài)穩(wěn)定情況時，主要應(yīng)用線性微分方程來描述，了解電壓中各個元件運行的一種動態(tài)情況，當系統(tǒng)處于一種小擾動情況下，分析電壓的穩(wěn)定性；（2）靜態(tài)穩(wěn)定是在動態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進一步簡化，在平衡點處電壓的穩(wěn)定狀況；（3）暫態(tài)穩(wěn)定是當處于一種大擾動狀態(tài)下，電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定狀況。

2 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的研究方法分析

電力系統(tǒng)中有關(guān)電壓穩(wěn)定的情況主要有：電力系統(tǒng)的運行點與電壓失穩(wěn)的距離；電力系統(tǒng)中會引發(fā)電壓失穩(wěn)的薄弱環(huán)節(jié)；對于干擾電壓穩(wěn)定的故障區(qū)域分析和選擇。

2.1 靜態(tài)電壓穩(wěn)定的分析方法

2.1.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析方法主要是利用潮流方程進行計算，分析變量之間的各種關(guān)系，當系統(tǒng)處于某種擾動狀態(tài)時，通過對各種變量之間的靈敏度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當靈敏度的系數(shù)不斷增大時，系統(tǒng)就會存在不穩(wěn)定性，當趨于無窮大時，系統(tǒng)發(fā)生崩潰。在實際使用該方法時，需要將電壓的崩潰點定義為負荷的極限點，然后判斷電壓的穩(wěn)定性情況。

2.1.2 最大功率法

該種分析方法主要是將電力網(wǎng)絡(luò)向負荷母線輸送運行作為一種極限運行狀態(tài)，當負荷需求超過電力網(wǎng)絡(luò)的極限傳輸功率時，系統(tǒng)中的電壓將會失去穩(wěn)定性。這種電壓穩(wěn)定的分析方法是基于PV和QV曲線的電壓穩(wěn)定方法，將電網(wǎng)中的某一個節(jié)點作為母線進行研究，確定所需的無功功率。

2.2 動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法

當系統(tǒng)受到小擾動時，可以利用動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法進行電壓穩(wěn)定性分析，該種分析方法主要是研究與有關(guān)元件的動態(tài)性分析，對于影響電壓穩(wěn)定性的因素，考慮到發(fā)電機、無功無常設(shè)備以及負荷存在的狀態(tài)，其中還有OLTC技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)輸送功率的影響，通過提高網(wǎng)絡(luò)的最大輸送功率，來保證電壓的穩(wěn)定性。電壓穩(wěn)定是一個動態(tài)問題，系統(tǒng)中的發(fā)電機和負荷的動態(tài)特性都對電壓的穩(wěn)定有一定的影響，小擾動分析方法的研究，建立動態(tài)化的分析模型，方便各元件的有效使用。

3 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的有效控制

當電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，為了保證電壓的穩(wěn)定性，就需要針對發(fā)電機的額定功率、負荷等進行分析，對存在的問題進行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性，如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，電壓就不能保持正常的穩(wěn)定性，就需要采取措施控制。

3.1 無功補償?shù)姆椒☉?yīng)用

對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，采用的無功補償?shù)姆椒ㄓ胁⒙?lián)電容器組法和SVC等。電力系統(tǒng)中，電容器的過度使用會發(fā)生損壞，也就相應(yīng)地影響到電壓的穩(wěn)定性和功率的不平衡性。有時過度的擾動會造成電容器的損壞，電壓也不容易恢復，通過電容器之間的并聯(lián)，可以進行無功補償。SVC和STATCOM是目前電壓穩(wěn)定中采用最多的動態(tài)無功補償設(shè)備，設(shè)備的應(yīng)用能夠有效提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，SVC可以通過對稱或者是不對稱的方式運行，而STATCOM始終保持對稱的方式運行。

3.2 變壓器分接頭的緊急控制

OLTC的應(yīng)用主要是對母線中存在的電壓負荷進行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的正常運行，能夠?qū)⑦\行控制在一定的范圍內(nèi)，一般電力系統(tǒng)中存在的接頭地方，不利于電壓的穩(wěn)定。如果電力系統(tǒng)發(fā)生緊急狀態(tài)，OLTC就會起到一定的作用，防止電壓系統(tǒng)的崩潰，電力系統(tǒng)中的分接頭動作有利于增強電壓的穩(wěn)定性，當負荷處于一種恒定狀態(tài)時，電壓的變動會降低網(wǎng)絡(luò)中功率的損耗。

分接頭緊急控制措施包括分接頭調(diào)節(jié)閉鎖和分接頭的逆調(diào)節(jié)，在發(fā)生緊急的情況下，通過暫時停止或者是延緩電壓的方式防止電壓的崩潰。

3.3 發(fā)電計劃的重新分配

在控制電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，對于短期內(nèi)發(fā)電計劃的重新安排，需要對現(xiàn)有設(shè)備進行控制，無需增加新設(shè)備，對于電壓的調(diào)度，會首先對功角的穩(wěn)定性進行分析，考慮到電壓的穩(wěn)定性，在保證電力系統(tǒng)安全和平衡的基礎(chǔ)上，也要考慮到一定的經(jīng)濟性原則。

3.4 切除負荷

當電力系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)失穩(wěn)的情況時，可以通過切除負荷的方法制止電壓發(fā)生崩潰，能夠保證電力系統(tǒng)的安全運行。在電力系統(tǒng)中需要安裝阻止電壓崩潰的自動裝置，低電壓自動減載裝置能夠針對專門的電壓穩(wěn)定問題，通過估計動態(tài)負荷模型參數(shù)，研究負荷最小切除量的計算，利用切除負荷和電容補償?shù)鹊姆绞娇刂齐妷旱姆€(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，對于電壓穩(wěn)定性的研究，一直是電力系統(tǒng)安全運行過程中的研究重點，有關(guān)的電壓的穩(wěn)定性主要是從電壓穩(wěn)定的靜態(tài)和動態(tài)方面進行分析，其中負荷的特性是電壓穩(wěn)定性研究中的重點。對于電壓失穩(wěn)的情況需要從電力系統(tǒng)失穩(wěn)的各種場景方面進行分析，采用相應(yīng)的控制措施，保證電力系統(tǒng)的安全有序運行，根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面存在的問題，采取相對應(yīng)的方式。

參考文獻

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