电压稳定性及其类型研究

电压稳定性及其类型研究
摘要：随着电力工业的不断发展，商业化的电力运转对电力系统的稳定性也越来越高。

电力系统本身就是一个高度非线性的复杂系统，在电力系统中，电压不稳定已成为电力系统丧失稳定性的一个重要内容。

对电压稳定性的研究，是电力系统研究工作的一个重点，也是核心内容。

本文就电压的稳定性及其类型做初步探讨。

关键词：电压稳定性类型研究
电压崩溃引起的停电事故让工业生产停滞，人民生活受到影响。

研究电压的稳定性，对确保电力系统安全可靠的运行具有重要意义。

一、电压稳定性
电压稳定性涉及电力系统中发生的众多现象，它是整个电力系统稳定性的一个子集。

电力系统在给定的稳态运行点遭受任意小的扰动后，如果负荷节点的电压与扰动前的电压值相同或相近，则称系统在给定运行点为小干扰电压稳定（小干扰电压稳定对应于线性化动态方程所有特征值的实部为负。

为便于分析，描述变压器分接头动作特性的离散模型需用连续等值模型代替）。

电力系统在给定的稳态运行点遭受一定的扰动后，如果负荷节点的电压能够达到扰动后平衡点的电压值，则称系统为电压稳定。

此时，系统扰动后的状态位于系统扰动后稳定平衡点的吸引域之内。

电力系统在给定的稳态运行点遭受一定的扰动后，如果故障后平衡点超出系统运行限制范围，系统将发生电压崩溃。

电压崩溃可能是全局性的（停电）也可能是局部范围的。

判断电压稳定的准则是：在正常运行情况下，对于系统中的每个母线，电压的幅值随着该母线注入无功功率的增加而升高。

如果系统中至少有一个母线，其母线电压的幅值随着该母线注入无功功率的增加而降低，则该系统是电压不稳定的。

二、电压稳定性和功角稳定性的关系
电压稳定性和功角（同步）稳定性之间有一定内在联系，暂态电压稳定通常
与暂态功角稳定有联系，而变化过程缓慢的电压稳定则与小干扰功角稳定有关。

在通常情况下，两者很难从机理上完全分开。

但有许多情况是一种不稳定形式起主导作用，IEEE 报告中给出了两种极端情况是：
1、远方的一台同步发电机通过输电线接入无穷大系统（纯功角稳定——单机无穷大母线问题），如图1-1 (a)所示。

2、一台同步发电机或一个无穷大系统通过输电线接有异步负荷（纯电压稳定问题），如图1-1 (b)所示。

(a)(b)
图1-1 表示稳定问题极端情况的简单系统
(a)纯功角稳定(b)纯电压稳定
在实际的系统中两种形式的不稳定问题会互相影响，有一定的联系。

一般而言，如果在远离负荷的输电系统某点电压发生崩溃，这是一个功角失稳问题；而如果在负荷区域某点电压发生崩溃，则可能主要是电压失稳问题。

电压稳定性和负荷区域及负荷特性有关。

功角稳定本质上是发电机稳定问题，而电压稳定本质上则是负荷稳定问题。

在大的互联系统中，有可能产生负荷区域的电压崩溃而没有任何的发电机失去同步。

三、电压稳定性的分类
将电压稳定性问题适当分类，对电压稳定性的分析、造成不稳定基本因素的识别，以及提出改善稳定运行的方法等都是有利的。

1、从扰动大小出发，并考虑把必须利用非线性动态分析来检验的现象和可以用静态分析来检验的现象解藕，可将电压稳定分为大扰动电压稳定和小扰动电压稳定：
大扰动电压稳定性关心的是大扰动（如系统故障、失去负荷、失去发电机等）之后系统控制电压的能力。

它可以用包含合适模型的非线性时域仿真来研究；
小扰动（或小信号）电压稳定性关心的是小扰动（如负荷的缓慢变化）之后系统控制电压的能力。

它可以用静态分析方法进行有效的研究。

2、根据研究的时间范畴，电压稳定问题可以分为暂态电压稳定、中期电压
稳定和长期电压稳定：
暂态电压稳定的时间范围为0-10s，主要研究感应电动机和HVDC的快速负荷恢复特性所引起的电压失稳，特别是短路后电动机由于加速引起的失稳或由于网络弱联系引起的异步机失步的电压失稳问题；
中期电压稳定（又称扰动后或暂态后电压稳定）的时间范围为1-5min，包括OLTC、电压调节器及发电机最大电流限制的作用；
长期电压稳定的时间范围为20-30min，其主要相关的因素为输电线过负荷时间极限、负荷恢复特性的作用、各种控制措施（如甩负荷）等。

四、电压稳定的研究展望
电压稳定研究作为电力系统领域的一个重要的实际课题，在近三十年来取得了许多重要的成果，一些电网工程人员研制了电压稳定分析和监测应用软件。

但目前理论研究和应用实践表明，对电压稳定问题的认识深度和已取得的成果还远远不能与功角稳定问题研究所取得的理论认识深度及应用成果相比拟，还不能通过对电压稳定全面的分析、预防、监测、控制确保电力系统的安全可靠运行。

因此目前仍然存在的问题和今后可能的研究方向主要有：
(1)电压崩溃的机理研究；
(2)对各种元件的动态特性还缺乏全面的分析和统一的认识，负荷建模仍然是电压稳定研究的最大难题；
(3)影响电压稳定的主要随机因素的统计特性的获取，以及这些随机因素统计特性比较复杂时如何进行电压稳定概率分析；
研究电压的稳定性，对保证电力系统的正常运作起到积极作用，对我国工业的发展，人民的生活都能起到很好的促进作用。

电压稳定性的研究，也随着科学进步的发展而将取得更加深入的研究成果，并最终应用于生活。