電力系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性影響因素研究

中鐵電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)管理有限公司 蘇 萬(wàn)

1 緒論

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)城市化建設(shè)的進(jìn)程越來(lái)越快，城市居民人口的大量增多，使得城市的電力系統(tǒng)供應(yīng)的負(fù)擔(dān)增大，原有的電力供應(yīng)系統(tǒng)能力已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代居民的日常生活需求，造成城市電壓極不穩(wěn)定。因此為緩解我國(guó)城市電力系統(tǒng)供電的壓力，電力系統(tǒng)及電壓的穩(wěn)定性受到越來(lái)越多的學(xué)者們的重視，穩(wěn)定的電力供應(yīng)系統(tǒng)及電壓被越來(lái)越多的人們所關(guān)注，并且穩(wěn)定的電力系統(tǒng)和電壓使我國(guó)城市的現(xiàn)代化建設(shè)得到了良性的發(fā)展以及完善了我國(guó)城市電網(wǎng)，其也更適于城市建設(shè)中居民的日常生活需求[1]。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入了前所未有的發(fā)展階段，換言之，目前是我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的一個(gè)新浪潮時(shí)期，因此建設(shè)穩(wěn)定的供電系統(tǒng)以及電壓已經(jīng)成為國(guó)民建設(shè)的重中之重。穩(wěn)定的電力系統(tǒng)與電壓不穩(wěn)定或電壓崩潰的情況相比更加便捷、智能，也為城市居民生活提供了更多的便利。但是我國(guó)的電網(wǎng)在建設(shè)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰的情況還時(shí)常發(fā)生，因此本文主要以電力系統(tǒng)及電壓的穩(wěn)定性為研究對(duì)象提出當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題結(jié)合現(xiàn)代化城市建設(shè)的特點(diǎn)提出符合我國(guó)國(guó)情和城市建設(shè)需要的對(duì)策建議。

2 電壓失穩(wěn)概述

2.1 電壓發(fā)生失穩(wěn)的原理

我國(guó)的電力系統(tǒng)目前主要以火力發(fā)電為主，由發(fā)電站發(fā)出、輸電線進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心，再經(jīng)配電線路將電能配送到各個(gè)用戶。電壓穩(wěn)定表現(xiàn)為靜態(tài)特征，所以通常需要以靜態(tài)為切入點(diǎn)對(duì)電壓失穩(wěn)的原因加以分析闡述。靜態(tài)穩(wěn)定性（物理機(jī)制）實(shí)質(zhì)上就是網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。分析電壓穩(wěn)定性既有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)機(jī)制之所以會(huì)形成，主要原因在于動(dòng)態(tài)部件（發(fā)電企業(yè)、控制系統(tǒng)）的壓力和動(dòng)態(tài)等因素。但是，因?yàn)槿鄙賱?dòng)態(tài)線性的電力系統(tǒng)本身相對(duì)復(fù)雜，所以無(wú)論是電壓失穩(wěn)還是電壓崩潰，其過(guò)程都復(fù)雜異常，尚未得到深入的研究。其中一個(gè)是普遍接受的緊張不穩(wěn)定原則：如果電力系統(tǒng)中斷，系統(tǒng)可以保證穩(wěn)定，電壓系統(tǒng)中的承載EHV 值降低時(shí)，基板轉(zhuǎn)換器在24米內(nèi)返回支架。超高壓線路的應(yīng)力、線路損耗均會(huì)因各種設(shè)備而增大。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[2]。

2.2 影響電壓穩(wěn)定的因素

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)也迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)系到人們的基本生活，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展提高了公眾的收入水平，改善了公眾的生活質(zhì)量，主要表現(xiàn)之一即為公眾生活的各種用電設(shè)備大量增加，為公眾創(chuàng)造了空前便利。公眾電力服務(wù)體驗(yàn)、電器設(shè)備精細(xì)化發(fā)展均要求更高質(zhì)量的電力產(chǎn)品及服務(wù)供應(yīng)，因此電力系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要。在高負(fù)荷情況下，電壓穩(wěn)定性會(huì)下降。甚至有可能發(fā)生電壓崩潰。其原因通常來(lái)自電力系統(tǒng)本身和外部因素兩方面。前者包括系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性差、負(fù)荷特征拖累、傳輸功率能力欠缺、輸電網(wǎng)絡(luò)功能不足等。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[3]。

3 電力系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響因素

3.1 負(fù)荷恢復(fù)對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的高壓電網(wǎng)建設(shè)不斷向特高壓升級(jí)，就此進(jìn)一步增大了電力系統(tǒng)負(fù)荷。負(fù)荷恢復(fù)特性實(shí)質(zhì)上是指負(fù)荷功率因電壓下降而變?。〞簳r(shí)性）但迅速重新增大的現(xiàn)象。感應(yīng)電機(jī)有功功率恢復(fù)至機(jī)械負(fù)載狀態(tài)（和其匹配）即負(fù)荷功率恢復(fù)。電力系統(tǒng)分接頭處的恢復(fù)部位則為低壓位置（在測(cè)電壓）。負(fù)荷被溫度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)控制在恒溫狀態(tài)條件下將會(huì)逐步恢復(fù)電網(wǎng)功率。在恢復(fù)的過(guò)程中由恢復(fù)負(fù)荷產(chǎn)生的功率將會(huì)增強(qiáng)輸電線中電壓降低，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]。

3.2 負(fù)荷失穩(wěn)電壓穩(wěn)定性的影響

我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)速度較快，一些城市為了提升自身電力系統(tǒng)建設(shè)的速度而罔顧施工過(guò)程中出現(xiàn)的建設(shè)不合理的問(wèn)題，導(dǎo)致了我國(guó)的電網(wǎng)系統(tǒng)較為薄弱。通常情況下，我們會(huì)認(rèn)為負(fù)荷不穩(wěn)定的特性對(duì)電壓系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況而決定。電網(wǎng)電流、電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率與無(wú)功功率之間均具有正相關(guān)性，正因如此，無(wú)功功率增加即會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的無(wú)功效率，提高輸電線的降壓，逐漸降低負(fù)荷的電壓，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性改變而發(fā)生崩潰。當(dāng)電壓較低時(shí)，電機(jī)會(huì)迅速感應(yīng)到電壓的改變而啟動(dòng)保護(hù)的機(jī)制，此時(shí)熒光燈就會(huì)熄滅，進(jìn)而系統(tǒng)電源不足的問(wèn)題得到緩解，電壓也會(huì)逐漸恢復(fù)。我們通常所說(shuō)的負(fù)荷失穩(wěn)是指在電壓較低前提下由于其基本自保需要而自電網(wǎng)內(nèi)將其自行剔除，或由于低壓裝置運(yùn)行導(dǎo)致毀損，或正常能量轉(zhuǎn)換作用保障。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[5]。

3.3 負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定性影響的研究

縱觀當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)行的城市電網(wǎng)建設(shè)，隨著特高壓網(wǎng)架技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革的日新月異，我國(guó)很多城市加快了建設(shè)特高壓網(wǎng)架的腳步，但是原有的配電線路沒(méi)有隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)時(shí)更新，導(dǎo)致線路負(fù)荷較低。伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)的速度也在越來(lái)越快，城市用電越來(lái)越多，而很多城市的電力系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)跟不上城市現(xiàn)代化建設(shè)的變化，與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。從分析電壓穩(wěn)定性模型構(gòu)建方面來(lái)看，由于每種裝置負(fù)荷響應(yīng)速度在系統(tǒng)受影響前提下存在明顯差異，電壓穩(wěn)定用時(shí)不一樣，則其同樣存在差異化負(fù)荷綜合特征，所需負(fù)荷模型同樣存在區(qū)別。所以這種模型必需與負(fù)荷特征相吻合，才能有效分析電壓穩(wěn)定性，提供精確的分析結(jié)論。

4 加快推動(dòng)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的措施

4.1 重點(diǎn)強(qiáng)化電網(wǎng)的規(guī)劃管理

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，大數(shù)據(jù)也在快速的發(fā)展，各行各業(yè)為了滿足管理的需要都制定了相應(yīng)的信息系統(tǒng)，實(shí)行了智能化的管理。因此，隨著我國(guó)城市化建設(shè)腳步的加快，電力需求的增高，城市電力系統(tǒng)的建設(shè)也需要推廣智能化的管理，從而實(shí)現(xiàn)更好的城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，引導(dǎo)城市電力系統(tǒng)的建設(shè)[6]。

電網(wǎng)規(guī)劃事關(guān)國(guó)家整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展，會(huì)直接影響到社會(huì)各行各業(yè)的發(fā)展實(shí)踐，因此想要最大化電網(wǎng)規(guī)劃功能，就必需要確保電網(wǎng)規(guī)劃可以有效過(guò)渡并銜接林業(yè)、土地、城鄉(xiāng)乃至各級(jí)整體發(fā)展規(guī)劃等，才能真正在促進(jìn)電網(wǎng)自身發(fā)展的同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展提供實(shí)質(zhì)性或基礎(chǔ)性保障。從發(fā)展實(shí)踐來(lái)看，電網(wǎng)規(guī)劃必需基于前瞻性思想展開(kāi)，也就是說(shuō)，應(yīng)基于適度超前思維來(lái)整體規(guī)劃、發(fā)展、建設(shè)電網(wǎng)，通常應(yīng)統(tǒng)一考慮電網(wǎng)輸電線路走廊矢量圖、規(guī)劃用地方案，形成報(bào)告，提交政府相關(guān)部門(mén)，以便政府統(tǒng)籌安排，在“多規(guī)合一”管理模式中納入用地需求。電網(wǎng)規(guī)劃嚴(yán)肅性必需引起各方關(guān)注，應(yīng)基于既有規(guī)劃方案嚴(yán)格控制輸電線路走廊與變電站建設(shè)用地（已列入總體規(guī)劃），基于規(guī)劃選定的線路路徑、站址均不可以隨意變更或調(diào)節(jié)；確需調(diào)整的，要征求能源主管部門(mén)及電網(wǎng)企業(yè)意見(jiàn)，由各方協(xié)商解決。

4.2 提升管理人員的素質(zhì)

在研究我國(guó)的電力系統(tǒng)以及穩(wěn)定電壓的改進(jìn)措施時(shí)除了發(fā)現(xiàn)要加強(qiáng)城市電力系統(tǒng)的建設(shè)、推廣智能化規(guī)劃管理外，還發(fā)現(xiàn)提升管理人員的素質(zhì)也是改進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的重要措施，高質(zhì)量的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)人才是城市電力系統(tǒng)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，各級(jí)政府都應(yīng)重視電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)人才的培養(yǎng)。提升管理人員的素質(zhì)主要包括培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)的人才、對(duì)已有的工作人員進(jìn)行定期培訓(xùn)以及吸收外來(lái)人才等。

4.3 電網(wǎng)系統(tǒng)的完善清晰目標(biāo)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，電力系統(tǒng)建設(shè)工程的造價(jià)預(yù)算與工程的質(zhì)量直接掛鉤。高標(biāo)準(zhǔn)的工程造價(jià)可以建設(shè)一個(gè)安全、高質(zhì)量的電力系統(tǒng)。而安全、高質(zhì)量的電力系統(tǒng)則給國(guó)民提供了穩(wěn)定的電壓輸出，減少了電壓不穩(wěn)定或者電壓崩潰的情況發(fā)生，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展到了一定的保障。但是安全、高質(zhì)量的電力系統(tǒng)建設(shè)直接影響了工程造價(jià)以及經(jīng)濟(jì)的投入。城市電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，在建設(shè)過(guò)程中要有完善清晰的導(dǎo)向目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)其自身價(jià)值。雖然很多城市已經(jīng)建立了完善的電網(wǎng)系統(tǒng)，但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中仍然存在管理不足的情況，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)、問(wèn)題糾正不徹底、同一問(wèn)題反復(fù)發(fā)生，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定甚至電壓崩潰的情況。政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)建設(shè)不足的管理力度，使在電力建設(shè)過(guò)程中真正意識(shí)到不消除事故隱患及其他不利帶來(lái)的嚴(yán)重后果，迫使和引導(dǎo)在電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中對(duì)事故隱患自查自糾，發(fā)揮監(jiān)管的威懾作用，以提高我國(guó)電力系統(tǒng)的良好建設(shè)以及電壓的穩(wěn)定性，為國(guó)民提供一個(gè)良好的用電環(huán)境[7]。

4.4 充分認(rèn)識(shí)到電網(wǎng)建設(shè)的重要性

我國(guó)城市的現(xiàn)代化發(fā)展在很大程度上依賴于電力系統(tǒng)的建設(shè)，穩(wěn)定的電壓在一定程度上極大地促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前總體來(lái)看，我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)正在逐步走向良性發(fā)展道路，相應(yīng)的居民在日常生活中得到了極大的便利，此時(shí)穩(wěn)定的電壓、完善的電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響意義。所以，在城市電力系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中企業(yè)及相關(guān)部門(mén)應(yīng)加大監(jiān)督和引導(dǎo)電力系統(tǒng)的建設(shè)，增強(qiáng)工作的積極性、主動(dòng)性以及創(chuàng)造性。在城市電力系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程中企業(yè)及相關(guān)部門(mén)要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，符合科學(xué)發(fā)展觀，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃利用，在最大限度地充分利用電力的情況下穩(wěn)定電壓，應(yīng)以三位一體思路為基礎(chǔ)傾力打造合力，構(gòu)建有序理想的電網(wǎng)發(fā)展氛圍，以此提高我國(guó)電力系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量。

當(dāng)前我國(guó)很多城市人口眾多、電力負(fù)荷較大。完善的電力系統(tǒng)的建設(shè)可以良好地穩(wěn)定電壓、顯著的緩解電力需求的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)資源的合理化利用，同時(shí)減少電壓不穩(wěn)定或者電壓崩潰的情況發(fā)生，使人、電力、經(jīng)濟(jì)三者關(guān)系更加的和諧。順暢的電力系統(tǒng)可以減少居民的生活成本，改變居民的生活方式，給居民的日常生活帶來(lái)極大的便利，還可以在一定程度上減少不可再生能源的利用，減少各種污染的排放，例如汽車(chē)尾氣、秸稈的燃燒等，從而在一定程度上提高國(guó)民的生活質(zhì)量和工作效率，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，國(guó)民的生活方式也在不斷地進(jìn)步，數(shù)字城市的建設(shè)越來(lái)越先進(jìn)，電力系統(tǒng)的建設(shè)也越來(lái)越重要，并且良好的電力系統(tǒng)、穩(wěn)定的電壓對(duì)一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的影響意義，是推動(dòng)城市現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵。良好的電力系統(tǒng)還可以緩解我國(guó)能源緊張的壓力，滿足國(guó)民日常生活的需要。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的推進(jìn)，圍繞建立和現(xiàn)代城市化生活需要相適應(yīng)的電力系統(tǒng)就顯得格外重要。我國(guó)正在努力建設(shè)高負(fù)荷的電力系統(tǒng)，以期望能給予國(guó)民穩(wěn)定的電壓。在建設(shè)的過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況努力制定合理的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，大力推進(jìn)和城市布局、城市發(fā)展協(xié)同推進(jìn)的城市電力系統(tǒng)體系，努力引導(dǎo)我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范化，從而充分發(fā)揮其帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。