电力系统电压稳定性的分析方法综述 朱惠娟

电力系统电压稳定性的分析方法综述朱惠娟

发表时间：2017-12-28T21:25:01.983Z 来源：《基层建设》2017年第28期作者：朱惠娟[导读] 摘要：超高压、大电网、远距离和重负荷输电等现代电力系统的发展趋势和特点，使得系统稳定问题愈益突出，电网运行电压的调控变得愈益困难。

广东卓维网络有限公司广东省佛山市 528200 摘要：超高压、大电网、远距离和重负荷输电等现代电力系统的发展趋势和特点，使得系统稳定问题愈益突出，电网运行电压的调控变得愈益困难。与此同时，新近大量增加的空调负荷、现代电力电子整流设备以及配电网上广泛使用的无功电压综合自动控制装置在改善用户供电质量的同时，也给系统稳定带来了极为不利的影响。保持系统的电压稳定性与功角静态稳定性是发展和运行现代电力系统时应予

特别重视的技术课题。

关键词：电力系统；电压稳定；分析 1引言

电力系统是一个复杂的大规模非线性动态系统，其稳定性分析是电力系统规划和运行的最重要也是最复杂的任务之一。随着科学技术的发展，为满足日益增长的电能需求，电力系统发生了许多新变化，例如，电网电压等级的升高，电力系统的互联，大容量发电机组的普遍应用等。这些变化对于合理利用能源，提高经济效益和保护环境都有重要意义。 2电网稳定的定义和分类

2.1电压稳定的定义

电力系统稳定是一个整体性问题，可能发生的失稳形式有：功角失稳、频率失稳以及电压失稳。在年提出的新的电力系统稳定性定义和分类报告中，联合工作组指出：电压稳定性是指系统在给定的初始运行点受到扰动之后，所有母线能够维持稳定电压的能力，它依赖于负荷需求和系统向负荷供电之间保持或恢复平衡的能力[1]。

2.2电压稳定分类

根据扰动的大小，电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。小扰动电压稳定是指电力系统受到注入负荷增加等小扰动后系统维持稳定电压的能力[2]。可以在给定的运行点对系统方程进行线性化，用静态方法研究。大扰动电压稳定是指电力系统受到大扰动后系统维持稳定电压的能力，如失去发电机、输电线路开断等。这种能力是由系统和负荷特性、连续和离散控制与保护的共同作用所决定的。大扰动电压稳定的研究时段可以从几秒一直到几十分钟，一般可用时域仿真来研究。

根据负荷恢复速度，电压稳定分为短期电压稳定和长期电压稳定。短期电压稳定涉及快速动作的负荷设备的动态过程，如感应电动机、电力电子控制负荷等。研究时间框架在数秒之间，需要求解适当的微分方程进行分析。这与功角稳定的分析相似，通常需要负荷的动态模型。长期电压稳定涉及慢动作的设备，如OLTC、温控负荷、发电机励磁电流限制器等。研究时间框架为几分钟或更长时间。系统电压稳定与否通常是由连锁的设备停运而不是初始扰动的严重性所决定的。在许多情况下，可采用静态分析方法估计稳定裕度和确定影响稳定性的因素。若要选择控制动作的时间，可采用准稳态时域仿真[3]。电压稳定和功角稳定的区别并不是基于无功功率电压幅值和有功功率功角变化之间的弱耦合关系。对于重负荷状态下的电力系统，这种耦合关系很强，电压稳定和功角稳定都受到扰动前有功和无功潮流的影响。两种稳定的区别应该基于历经持续不平衡的特定的一组独立作用因素，以及随后发生不稳定时主要的系统变量。

2.3电压失稳分类

根据引起电力系统电压失稳主要原因的不同，把系统中可能发生的电压失稳分为两种类型：（1）电压调控能力丧失型失稳：这种类型的电压失稳是由于系统中的无功储备（包括发电机、同步调相机和SVC等动态无功补偿装置）已经被耗尽引起，此刻在系统中发生故障或受到其他扰动时，由于系统已经丧失了对电压的控制能力，因而会导致电压失稳的出现。（2）阻塞型电压失稳：发生这种类型电压失稳的起因包括在传输线路中的无功损耗I2X过大、有载调压变压器分接头到达调节极限以及由于节点电压不断降低导致并联补偿电容器无功出力下降等，这些原因使需要无功支撑的区域得不到无功供应，从而造成的电压稳定问题，称为阻塞型电压失稳。发生这种电压失稳时，系统中的无功储备可能还没有耗尽。 3电网稳定性分析方法

3.1 静态分析方法

静态分析方法大致可以分为两大类：线性化方法和裕度方法。线性化方法包括灵敏度法、特征值奇异值分析法、模态分析法和潮流多解法等，它们是将潮流方程或扩展潮流方程在当前运行点处线性化以后计算得到的。裕度方法的基本原则是把网络输送功率的极限作为静态电压稳定临界点，将该点和系统当前运行点的功率差值作为电压稳定的裕度。

3.2 动态分析方法

电压稳定问题本质上是一个动态问题。系统中的诸多动态因素对电压稳定均起着重要的作用，如发电机及其励磁控制系统、负荷动态特性、动态、无功补偿设备特性等。电压稳定动态分析对于深入了解电压崩溃的机理，了解分析系统的一些固有特性和某些控制器的作用，以及检验静态分析的结果都具有十分重要的意义。

3.3 电压稳定分析新方法（1）非线性动力学方法

电力系统是一个非线性动力学系统。电压稳定性态的改变，实质上是从稳态走向分岔的过程。属于静分岔，对应于单调失稳模式，可用从现有运行状态直接搜索出静分岔点的直接法和追踪平衡解流形的延拓法进行分析。分岔属于动分岔，对应于周期性的振荡发散失稳模式。在负荷增长的情况下，电力系统无功需求也在逐渐增长，当发电机或者其他电压调节装置达到无功极限时，将导致极限诱导分岔。系统将会突然减少稳定的负荷裕度，甚至有可能失去稳定而引起电压崩溃。分岔理论沟通了静态分析和动态分析方法，为静态分析奠定了理论基础，保证了静态电压稳定安全指标的合理性，确立了静态方法求出的预防校正控制策略的有效性。（2）电力稳定的概率评估方法

为了弥补确定性方法不能体现系统状态、参数随机性的不足，国内外学者已开始进行电压稳定性的概率评估研究。概率电压稳定可以分为概率静态电压稳定和概率动态电压稳定。概率静态电压稳定主要研究在系统元件故障和负荷增长时，系统在较长时间能否保持静态电压稳定，以及采取维持静态电压稳定的有效控制措施；考虑在元件随机故障和可调范围内，系统能否保持无功平衡，母线电压偏差能否维持在允许范围内，研究安全控制措施。概率动态电压稳定主要研究在系统元件随机停运时，系统在短时间内能否保持动态电压稳定，是否可能发生电压崩溃或振荡。

（3）复杂系统暂态电压稳定分析方法

对于规模庞大的复杂电力系统而言，当同时考虑系统各个元件的动态特性时，会使系统求解方程的阶次过高，导致用解析法分析时的严重困难。因而对于复杂系统，时域仿真是主要的研究手段。时域仿真法不仅适用于暂态电压稳定分析，同时也适用于小扰动下的动态稳定分析以及功角稳定分析。由于时域仿真法存在求解时间过长的缺点，同时其计算结果难以揭示物理现象的本质。因而如何在复杂系统中进行暂态电压稳定性的实时、快速判断仍是一个值得关注的研究方向。

4电压稳定分析指标

一个好的指标应能度量出系统现在的运行点离电压崩溃点还有多远，并且能找出最容易发生电压崩溃的区域或节点，以帮助调度运行人员采取正确的控制措施，防止电压崩溃事故的发生。己提出的比较重要的电压稳定性指标有：基于常规潮流解的电压稳定性指标；基于潮流解对的邻近电压崩溃指标；基于灵敏度分析的电压稳定性指标；以及基于潮流雅可比矩阵最小奇异值的电压稳定性指标。

5 结论

电力系统电压稳定的研究是一项系统工程，需要通过分析电力系统中众多参数后综合分析得出结论。电力系统电压崩溃的后果严重，电压稳定的研究具有重大的意义。

参考文献：

[1] 赵畹君．高压直流输电工程技术[M]．北京：中国电力出版社，2004．

[2] 李兴源．高压直流输电系统的运行和控制[M]．北京：科学出版社，1998．

[3] 周双喜，朱凌志，郭锡玖，王小海．电力系统电压稳定性及其控制[M]．北京：中国电力出版社，2003．