电力系统稳定概述1

电压稳定基本概念

从80年代以来，电网运行越来越接近于极限状态。主要有几个原因：

⏹环保对电源建设和线路扩建的压力

⏹重负荷区域的用电消费增加

⏹电力市场下的新的系统负荷方式（潮流方式）

⏹。。。

无论发达国家还是发展中国家，都存在负荷、线路和电源间的矛盾

用户负荷在增加<——> 电网扩建却面临着更大的问题

由于网络运行在重载情况下，出现了慢速或快速的电压跌落现象，有时甚至产生电压崩溃，电压稳定已成为电力系统规划和运行的主要问题之一。

（介绍电压稳定的三本国际性的书籍：）

那么什么是电压失稳？（在国际上，有多种公认的定义。）在这里，我们观察文献[TVCUTSEM]的定义：

电压失稳产生于动态的负荷功率的恢复在传输网和发电系统的能力之外。

作者进一步解释道：

⏹电压：许多母线的电压发生明显的、不可控的下跌。

⏹失稳：超越了最大的传输功率极限，负荷功率的恢复变得不稳，反面降

低了功率的消耗，这是电压失稳的关键。

⏹动态：任何稳定问题与动态有关，可以用微分方程（连续变化）或用差

分方程（离散变化）模拟。

⏹负荷：是电压失稳的原动力，因此这一现象也被称为负荷失稳，但负荷

不是仅有的角色。

⏹传输网：有传输极限，从基本电工理论就可是到这个结论，这一极限是

电压失稳的开始。

⏹发电系统：发电机不是理想的电压源，其模型的准确性对正确的电压稳

定十分重要。

与电压稳定相关的另一术语是电压崩溃。电压崩溃可能不是电压失稳的最终结果。

电压稳定基本概念 1

电压稳定基本概念

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无功功率的角色

可以注意到上述定义中没有引入无功功率。众所周知，在交流网中，电抗线路占主导，电压控制和无功功率有密切的关系。这里作者的目的是不想过于强调无功功率在电压稳定中的作用。的确，有功功率和无功功率二者同时对电压稳定有重要的作用。作者引用了一个例子，表明电压失稳与无功功率没有因果关系。

假设电源电压E 恒定，控制R L ，使功率消耗达到予定值P o ：

o

L

L

P R I R

-=2 同时，我们知道最大的传输功率发生在R L = R ：

R

E P 42max =

如果需求的P o 大于P max , 负荷电阻会下降比R 更小，电压失稳就会产生了。

这个范例虽然没有无功功率，没有功角稳定问题，但具有电压失稳的主要特征。在交流电力系统中，无功功率使得问题变得更复杂，但不是问题的唯一根源。传输有功功率仍然是电力系统的主要功能，而无功功率的传输和消耗也是的电力系统的不可缺少的一部分。

电压稳定VS 电力系统稳定

可以把电压稳定归到一般的电力系统稳定问题，下表显示根据时间域和失稳原因方式进行的分类。我们应该知道，可以用不同的方法对稳定问题进行分类。这里的分类可有效地分别电压稳定与功角稳定的差异。

快速稳定问题：

电压稳定基本概念

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✧ 暂态功角稳定：无同步力矩，缺乏阻尼 ✧ 小扰动稳定：缺乏阻尼

✧ 短期电压稳定：感应电动机和受控负荷，包括HVDC 暂态 ✧ 功角稳定和快速电压稳定很难分开，负荷（负荷模型）对功角稳定

有影响，而发电机（发电机模型）对电压稳定也有作用。 长过程稳定问题：

✧ 频率问题：主要原因是发电与负荷的不平衡

✧ 电压问题：主要原因是发电与负荷的距离，取决于网络结构。

传输网

我们先回顾电网传输的基本特性。为了理解的方便，我们利用简单的模型。

假设线路是无损耗的。有功和无功的传输取决于线路两端的电压幅值和相角的。其中可计算受电端有：

X V Cos V V Q Sin P Sin X

V V P 2

2

122

1212max 122

12-===

δδδ 同样送电端有：

X Cos V V V Q P Sin P Sin X

V V P 12

212

1

1212max 122

11δδδ-====

有功功率传输

同时可以观察到最大的传输功率发生在δ=900。请注意稳定和不稳定的平衡点（SEP/UEP: Stable/Unstable Equilibrium Point ，这是电力系统稳定分析的直接法的二个重要的概念）。对于典型的功率传输和功率角，例如当δ=30o ，有Sin δ≈δ，可近似写作δmax P P =。因此，我们常说有功传输主要取决于功率角度。

电压稳定基本概念

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无功功率传输

我们对无功功率传输特别感兴趣。如果V 1=V 2，这时两端发电机同时担任传输有功功率时所需用的无功功率。通常，我们还对二端电压幅值不同感兴趣。当Cos δ≈1时

X

V V V Q X V V V Q )

(,)(21222111-=-=

因此，我们说无功传输主要联决于电压幅值，从较高电压端注下低电压端。但是，这样的假设在重负荷的情况下就不成立了。

无功功率不能通过大功角或过大的电压落差而传输，大功角差是由于长输电线（大X ）和大功率传输，而电压必须保证在100±5%之内就难了，相比于有功功率，无功功率不可能得以长距离传输。

减少无功传输的另一个原因是减少有功损耗和无功损耗。减少有功损耗，提高经济性；减少无功损耗，减少无功设备投资。

在一些情况下，减少功频过电压是考虑的因素之一，当受端开关断开时，送端电压可能急剧上升，导致设备损坏。

因此，应尽可能做到无功功率就地平衡： 在大功率输送时，传输大量的无功功率是需要太大的压降 减少有功损耗和无功损耗

功频过电压