電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析

溫錢(qián)惠

摘要：隨著高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展以及大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性問(wèn)題日趨凸顯和復(fù)雜。本文針對(duì)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問(wèn)題，著重對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了研究。在概述了靜態(tài)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題的研究背景與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，歸納了分析電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的基本方法?？紤]到系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題主要由重負(fù)荷引起，論文著重討論了采用最大功率法來(lái)分析系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，并針對(duì)IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)做了仿真分析，而后通過(guò)對(duì)P-V曲線和負(fù)荷裕度的分析，判斷出系統(tǒng)中的電壓薄弱節(jié)點(diǎn)，以此為電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);靜態(tài)電壓穩(wěn)定;最大功率法;潮流計(jì)算;P-V曲線

1.靜態(tài)電壓穩(wěn)定性簡(jiǎn)述

電力系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的且含有大量的電氣設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的大規(guī)模非線性系統(tǒng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析在電力運(yùn)行和規(guī)劃中扮演著舉足輕重的角色，一直是學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的課題。電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定在電壓穩(wěn)定性分析研究中是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。功角穩(wěn)定一直得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及運(yùn)用了更加先進(jìn)的控制技術(shù)，在功角穩(wěn)定的研究方面，我們?nèi)〉昧瞬环频某晒Ｈ欢妷悍€(wěn)定的發(fā)展卻由于受到條件和技術(shù)水平的限制而一直停滯不前。直到上個(gè)世紀(jì)七十年代中后期才受到電力學(xué)界的廣泛關(guān)注。而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，重負(fù)荷、無(wú)功儲(chǔ)備不足等問(wèn)題越來(lái)越突出，使得電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題也越發(fā)嚴(yán)重。

2靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的理論基礎(chǔ)

2.1靜態(tài)研究方法

對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究分析，主要重心是基于潮流方程或是改進(jìn)的潮流方程來(lái)進(jìn)行的。電壓穩(wěn)定性分析研究在上個(gè)世紀(jì)八十年代之前就已經(jīng)獲得了十分的重視。在近幾年，靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的方法也得以改進(jìn)。如今，大多數(shù)的靜態(tài)分析方法基本上都是建立在對(duì)電壓穩(wěn)定機(jī)理的某種靜態(tài)認(rèn)識(shí)之上，用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流方程或以假定發(fā)電機(jī)電勢(shì)恒定后的擴(kuò)展潮流方程式進(jìn)行電壓穩(wěn)定性的分析研究，常常把電力網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時(shí)體系的運(yùn)作狀態(tài)看作是靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限狀態(tài)，目前，有多種靜態(tài)分析方法，主要的有潮流多解法、靈敏度分析法、特征結(jié)構(gòu)分析法、奇異值分解法、最大功率法等。

2.2基于微分方程的動(dòng)態(tài)研究方法

在上面我們綜述了基于電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的幾種方法，然而實(shí)際的電力系統(tǒng)往往是動(dòng)態(tài)的，里面包含很多動(dòng)態(tài)元件，這也需要引起我們的重視。比如，負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，勵(lì)磁裝置的特性等等。利用數(shù)值仿真法來(lái)分析電力系統(tǒng)大干擾時(shí)電壓穩(wěn)定性和電壓失穩(wěn)狀況發(fā)展機(jī)制是壓穩(wěn)定分析的主要內(nèi)容，然而即便是對(duì)于一些一般規(guī)模的電力系統(tǒng)而言，考慮各類(lèi)元件的動(dòng)態(tài)特性及非線性特征，分步數(shù)值積分法的計(jì)算量也是非常之大。由于電力系統(tǒng)中電壓失穩(wěn)是一個(gè)較為緩慢的過(guò)程，仿真過(guò)程一般需要到幾分鐘甚至多達(dá)數(shù)十分鐘。同時(shí)，電力系統(tǒng)DAE模型為剛性，考慮分步積分?jǐn)?shù)值穩(wěn)定性和迭代收斂性，其步長(zhǎng)不宜太大，耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)也是它主要的缺點(diǎn)。另外，若步長(zhǎng)的選擇不恰當(dāng)，分步積分的累計(jì)誤差將會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)果不真實(shí)靠譜。這些不足就限制了數(shù)值仿真法在電壓穩(wěn)定研究中的應(yīng)。

3 系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的P-V曲線繪制及負(fù)荷裕度計(jì)算

本文通過(guò)對(duì)P-V曲線的繪制與負(fù)荷裕度的計(jì)算來(lái)判斷系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，繪制了帶負(fù)荷的PQ節(jié)點(diǎn)的P-V曲線，通過(guò)不斷增加這些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率，找到各節(jié)點(diǎn)潮流臨界收斂時(shí)負(fù)荷功率大小，再緩慢增加其負(fù)荷功率，直至潮流不收斂，最后繪出這些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的P-V曲線。

系統(tǒng)中的第4節(jié)點(diǎn)，調(diào)整為第1節(jié)點(diǎn)，其初始負(fù)荷功率0.478+j*0.039M·VA。保持負(fù)荷功率因數(shù)不變，我們緩慢增加其負(fù)荷功率，直到功率增加到15.279*（0.478+j*0.039）M·VA時(shí)，系統(tǒng)臨界收斂。那么節(jié)點(diǎn)所增加的負(fù)荷功率與相應(yīng)的電壓幅值的關(guān)系如圖1所示。

由圖1我們可以看出，系統(tǒng)臨界收斂時(shí)的負(fù)荷功率為41.233（0.09+j*0.058，初始的負(fù)荷功率為0.09+j*0.058。

由圖2我們可以看出，系統(tǒng)臨界收斂時(shí)的負(fù)荷功率94.478*（0.035+j*0.018），初始的負(fù)荷功率為0.035+j*0.018。

由以上仿真圖形我們可以看出，系統(tǒng)臨界收斂時(shí)的負(fù)荷功率為14.421*（0.149+j*0.05）M·VA，初始的負(fù)荷功率為0.149+j*0.05M·VA。

5結(jié)束語(yǔ)

靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究作為電力系統(tǒng)重要的研究方向，已經(jīng)取得了不少成果，但是對(duì)于日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)而言，仍有眾多問(wèn)題需要解決。本文基于IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，采用基于P-Q分解法的潮流計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的潮流計(jì)算，分析了系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。

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