电力系统电压稳定问题的初步研究

绪论

电力系统是由电能生产、传输、使用的能量变换、传输系统和信息采集、加工、传输、使用的信息系统组成的。电力系统稳定性问题可以分为角度稳定、电压稳定和频率稳定三个方面。电压稳定性问题与发电系统，传输系统和负荷系统都有关系。电压稳定性是指电力系统在正常运行或经受扰动后维持所有节点，电压为可接受值的能力

引起电压不稳定的主要因素是电力系统没有能力维持无功功率的动态平衡和系统中缺乏合适的电压支持；电压不稳定性受负荷特性影响很大。电压崩溃通常是由以下几种情况引发的：①负荷的快速持续增长；②局部无功不足；③传输线发生故障或保护误动；

④不利的OLTC的动态调节；⑤电压控制设备限制器（如发电机励磁限制）动作。这些情况往往是互相关联的，持续恶化的相互作用将最终导致电压崩溃的发生。

电压安全是指电力系统的一种能力，即不仅在当前运行条件下电压稳定，而且在可能发生的预想事故或负荷增加情况下仍能保持电压稳定。它意味着相对可信的预想事故集合，电力系统当前运行点距离电压失稳点具有足够的安全裕度。

为了防止电压失稳/崩溃事故，最为关心的问题是，当前电力系统运行状态是不是电压

稳定的，系统离电压崩溃点还有多远或稳定裕度有多大。因此必须制定一个确定电压稳定程度的指标，以便运行人员做出正确的判断和相应的对策

电压稳定性研究的方法：非线性动力学方法、概率分析方法、静态分析方法和动态分析方法。

电力系统是非线性动力系统，稳定本身属于动态范畴，电压失稳或电压崩溃本质是一个动态过程。当我们深入研究电压不稳定发生的原因、机理及其变化过程时，特别是要研究因电压过低而导致系统的动态稳定破坏时，静态分析方法难以完整计及系统动态元件的影响，因此无法深入研究电压失稳的机理及其演变过程。必须在计及元件动态作用的前提下，建立恰当的数学模型，采用合适的动态方法进行研究才能真正揭示电压失稳的发展机制。

负荷特性在电压稳定研究中起着重要作用，它直接影响分析的结果，但由于负荷的随机性、分散性及多样性，严格统一负荷特性尚无法确立，这使得负荷特性成为电压稳定研

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究的一个瓶颈，所以要深入这方面的研究。

第1章电力系统的结构

1.1电力系统的定义

现代电力系统是由电能生产、传输、使用的能量变换、传输系统和信息的采集、加工、传输、使用的信息系统组成的，是一个复杂的非线性动力系统，它的安全、稳定运行是电力系统的基本要求。

1.2电力系统的结构

电力系统的基本特性：

（1）由运行电压基本恒定的三相交流系统组成，发电和输电设施采用三相装置，工业

负荷总是三相；单相家用和商用负荷在各相之间等量分配，以便有效地形成平衡的三相系统。

（2）采用同步发电机发电。原动机将一次能源（化石燃料、核能和水能）转换为机械能，然后由同步发电机将它转换为电能。

（3）将电力远距离输送到广大区域的电力用户，需经由运行于不同电压水平的子系统组成的输电系统。

电力系统的特点是与电能的特点相联系的。电能生产、传输和使用从诞生之日起就具有鲜明的系统性，这是由电能系统的本质决定的。电能以光速传播，迄今为止未能实现工业规模、大容量的电能存储，因此电能的生产与消费几乎是在同一瞬间内完成的，发电、输电、变电、配电、用户组成了始终处于连续工作和动态平衡的不可分割的整体；电能供应系统和用户处于相互影响、相互制约之中，电能供应系统要适应用户对电能需

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求的随机变化，向用户连续不断地提供质量合格、价格便宜的电能。用户（负荷）的特性和随机变化又反过来影响和冲击着电能供应系统；电能和社会的生产、人民的生活、国家的国名经济紧密相关，它既能够创造巨大的物质财富和现代文明，也可能在瞬间造成重大的灾难，使现代社会陷入混乱。因此在各个环节和不同层次一定要具有相应的信息与控制系统，对电能的生产、传输、使用的过程进行测量、调节、控制、保护和协调调度，以保证电力系统的正常运行，使用户获得安全可靠、优质、廉价的电能。作为现代社会的一个关键部门，电力系统在工农业生产、交通运输、商业和人民生活的各个方面起着重要的作用。每个现代国家的发展都与电能的利用水平密切相关。

第2章电力系统稳定性的定义及其分类

电力系统稳定即电力系统能够运行于正常运行条件下的平衡状态，在遭受干扰后能够恢复到可容许的平衡状态。

根据系统结构和运行模式的不同，电力系统不稳定可以通过不同的方式变现出来。传统上，稳定是一个维持同步运行的问题。由于电力系统依靠同步电机发电，因而良好的系统运行的必要条件是所有电机保持同期，即同步。这一稳定的状况受发电机转子角的动态和功角关系的影响。不失去同步也可能产生不稳定。例如，有一台同步发电机向一台感应电动机负荷通过一条输电线供电的系统，可因负荷电压崩溃而变得不稳定。这种情况下保持同步不成为问题，所关心的问题是电压的稳定和控制，这种形式的不稳定也可能在大系统向广大区域负荷供电的情况下发生。

电力系统的稳定性所关心的问题是电力系统遭受暂态扰动后的行为。扰动可小可大。小扰动随负荷的变化而连续发生，系统本身必须不断调整以适应变化的条件。系统必须有能力在这些条件下令人满意地运行，在出现最大负荷时能成功地供电。系统还必须有能力在多种严重的扰动下保持运行，这些扰动包括输电线上短路，失去一台大发电机或负荷，或者失去两个子系统间的联络线。

电力系统频率都有其允许极限值、运行频率在极限值以内是频率稳定的。如果电力系统或被解列出后的局部系统出现较大有功功率缺额时，频率会大幅度下降，如不能采取紧急措施，则可能导致频率崩溃。

电力系统稳定分类通常基于产生不稳定的物理特性，需要考虑的扰动大小，为确定稳定

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性必须考虑的设备、过程和时间跨度，以及计算和预测稳定性的合适方法等。

电力系统稳定性问题可以分为角度稳定、电压稳定和频率稳定三个方面。关注的重点为系统的角度稳定性，尤其是集中在系统受到大的扰动或故障冲击后其暂态行为特征方面。

2.1角度稳定性及其分类

电力系统角度稳定性是指电力系统中同步运行的发电机在受到扰动后，发电机组的机械输入和电功率输出之间产生短时不同程度的不平衡，使并列运行的各发电机组转速发生相应的不同变化，电力系统因而出现发电机转子间角度的相互摆动，以及电压、电流、功率等电气量的周期性变化。

转子角度稳定性是电力系统中互联的同步发电机维持同步的能力。在交流输电系统中，所有连接在系统中的发电机都要保持同步运行。由于交流输电具有电抗、输送的功率有一定的极限。

交流输电的基本功角特性为：

P =12U U X

sin 12θ（2－1） 式中：

1U 、2U 为送端和受端发电机电动势

12θ为两电动势的相角差；

X 为线路、发电机和变压器的电抗。

静态稳定极限功率为: