第一篇：電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定的研究

摘要：對國內(nèi)外電壓穩(wěn)定問題研究的現(xiàn)狀進行了概述，特別介紹了對電壓失穩(wěn)機理的認識以及當前廣泛采用的幾種電壓穩(wěn)定性的分析方法，而且還介紹了電壓穩(wěn)定研究進一步發(fā)展的方向。1.引言

自從20世紀70年代以來世界上一些大電網(wǎng)(1977年美國紐約電網(wǎng)、1978年法國電網(wǎng)、1982年比利時電網(wǎng)和加拿大魁北克電網(wǎng)、1983年瑞典電網(wǎng)、1987年日本東京電網(wǎng))因電壓不穩(wěn)定發(fā)生事故，造成了巨大經(jīng)濟損失和大面積長時間停電，此后電壓穩(wěn)定問題開始逐漸受到了關(guān)注。目前，電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定問題趨于嚴重的原因主要有以下4點：①由于環(huán)境保護以及經(jīng)濟上的考慮，發(fā)、輸電設(shè)施使用的強度日益接近其極限值；②并聯(lián)電容無功補償增加了，這種補償在電壓降低時，向系統(tǒng)供出的無功按電壓平方下降；③長期以來人們只注意了功角穩(wěn)定性的研究，并圍繞功角穩(wěn)定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩(wěn)定性的問題；④隨著電力市場化的進程，各個有獨立的經(jīng)濟利益的發(fā)電商以及電網(wǎng)運營商很難象以前垂直管理模式下那樣統(tǒng)一的為維護系統(tǒng)安全穩(wěn)定性做出努力[1]。

在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在，首先我國電網(wǎng)更薄弱，并聯(lián)電容器的使用更甚，再加之城市中家用電器設(shè)備的巨增，我國更有可能出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定問題。目前國內(nèi)電壓穩(wěn)定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數(shù)有裁調(diào)壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施，而后一措施應(yīng)該是防止電壓不穩(wěn)定問題的最后一道防線，不應(yīng)過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負荷的使用將受到更大的限制。因此在我國應(yīng)加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。2.現(xiàn)今對于電壓崩潰機理的認識

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提是必須存在一個平衡點，最重要的一類電壓不穩(wěn)定性場景就是對應(yīng)于系統(tǒng)參數(shù)變化導致平衡點不再存在的情況。由于負荷需求平滑緩慢地增加而使負荷特性改變直至不再存在與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)曲線的交點，固然是其中的一種場景，但事實上，更為重要的場景對應(yīng)于大擾動，如發(fā)電和／或輸電設(shè)備的停運，這種大擾動使網(wǎng)絡(luò)特性急劇變動，擾動后網(wǎng)絡(luò)的特性(如PV曲線)不再同未改變的負荷的相應(yīng)特性相交，失去了平衡點，而導致電壓崩潰。所以也需要研究由于大的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的突然變化所引起的不穩(wěn)定機制。2.1 短期電壓失穩(wěn)

研究認為，引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因：①短期動態(tài)擾動后失去平衡點；②缺乏把系統(tǒng)拉回到事故后短期動態(tài)的穩(wěn)定平衡點的能力；③擾動后平衡點發(fā)生振蕩(實際系統(tǒng)中未觀察到)；④長期動態(tài)引起的短期失穩(wěn)(如平穩(wěn)點丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時段內(nèi)可能同時出現(xiàn)功角失穩(wěn)和電壓失穩(wěn)，由于它們包含相同的元件，區(qū)分它們往往很困難。一種典型的純電壓穩(wěn)定問題場景是單機單負荷系統(tǒng)，負荷主要由感應(yīng)電動機組成。這里的暫態(tài)失穩(wěn)主要是指系統(tǒng)受擾動之后，感應(yīng)電動機等快速響應(yīng)元件失去了平衡點，或者由于故障不能盡快切除，使系統(tǒng)離開了干擾后的吸引域。

文獻[2]應(yīng)用PV曲線和感應(yīng)電動機的機械特性研究了擾動后感應(yīng)電動機引起的暫態(tài)失穩(wěn)機理，提出了足夠的電容補償能使處于低電壓解的負荷節(jié)點電壓恢復(fù)正常的觀點。文[3]研究了不同短路故障切除時間下單機單負荷系統(tǒng)的動態(tài)過程，指出暫態(tài)電壓穩(wěn)定也存在故障臨界切除時間的概念，并把電壓失穩(wěn)與負荷失穩(wěn)聯(lián)系起來。文[4][5]用仿真手段研究了快速響應(yīng)的靜止電容補償器對防止感應(yīng)電動機負荷引起的電壓崩潰的作用，并指出斷路器投切的并聯(lián)電容補償不能達到同樣的目的。文獻[6]采用時域仿真重演了感應(yīng)電動機負荷引起的暫態(tài)電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，改進了感應(yīng)電動機暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)，提出了感應(yīng)電動機引起的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的概念，并求取了與給定故障切除時間相應(yīng)的極限動態(tài)負荷。文[7]把電力系統(tǒng)同時可接受保持暫態(tài)電壓穩(wěn)定和暫態(tài)電壓跌落的狀態(tài)稱之為暫態(tài)電壓安全，并強調(diào)暫態(tài)安全應(yīng)包括暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓安全兩方面。2.2 長期電壓失穩(wěn)

系統(tǒng)擾動之后，系統(tǒng)已獲短期恢復(fù)，可用長期動態(tài)的QSS近似．此后造成動態(tài)失穩(wěn)的原因有：①失去長期動態(tài)平衡點；②缺乏把系統(tǒng)拉回到長期穩(wěn)定平衡點的能力；③電壓增幅振蕩(實際系統(tǒng)中未觀察到)。文獻[8]通過一簡單系統(tǒng)顯示和討論了有載調(diào)壓變壓器(OLTC)和發(fā)電機過勵限制器動態(tài)特性對系統(tǒng)電壓失穩(wěn)過程的作用。文獻[9][10]就有載調(diào)壓變壓器對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響進行了動態(tài)分析，其結(jié)果還不能令人滿意，主要原因是所采用的元件模型存在差異，考慮的影響因素也不相同等。文獻[11]綜合考慮了對電壓失穩(wěn)產(chǎn)生重要影響的負荷動態(tài)特性、有載調(diào)壓變壓器動態(tài)特性及發(fā)電機無功功率限制的作用，但難以得出清晰的概念。針對中長期仿真計算量大的問題，文獻[12]采用了自動變步長技術(shù)把快速響應(yīng)和慢速響應(yīng)動態(tài)元件綜合在一起進行仿真來研究系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。在研究長期現(xiàn)象時，對于快速系統(tǒng)可用準靜態(tài)(QSS)近似。QSS方法結(jié)合了靜態(tài)方法計算的高效性和時域方法的有效性。文獻[13]采用QSS法考慮了發(fā)電機模型中的非線性環(huán)節(jié)和仿真步長控制問題，并取得了很有意義的結(jié)果。

2.3 由長期動態(tài)造成的短期不穩(wěn)定性

此種失穩(wěn)機制也可以劃分為3種情況：①由長期動態(tài)造成的短期平衡點丟失；②由長期動態(tài)造成的短期動態(tài)的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受到隨機參數(shù)變化或小的離散轉(zhuǎn)移后，缺乏拉回到短期穩(wěn)定的平衡點的能力；③由于長期動態(tài)而造成的短期動態(tài)的振蕩不穩(wěn)定性。3.電壓穩(wěn)定性的分析方法 3.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析在電壓穩(wěn)定研究中應(yīng)用越來越廣泛，其突出的特點是物理概念明確，計算簡單。靈敏度分析方法屬于靜態(tài)電壓穩(wěn)定研究的范疇，它以潮流計算為基礎(chǔ)，以定性物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某個感興趣的標量對于某些參數(shù)的變化關(guān)系，即它們之間的微分關(guān)系來研究系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。例如，人們常常考察負荷增長裕度對于發(fā)電機出力、線路參數(shù)變化的靈敏度以求得較好的控制電壓安全的措施。在潮流計算的基礎(chǔ)上，只需少量的額外計算，便能得到所需的靈敏值。靈敏值計算缺乏統(tǒng)一的靈敏度分析理論作基礎(chǔ)，各文獻都按自己的方法進行靈敏度分析，沒有統(tǒng)一的標準；在計算靈敏度指標時，沒有考慮負荷動態(tài)的影響、沒有計及發(fā)電機無功越限、有功經(jīng)濟調(diào)度的影響；靈敏度指標是一個狀態(tài)指標，它只能反映系統(tǒng)某一運行狀態(tài)的特性，而不能計及系統(tǒng)的非線性特性，不能準確反映系統(tǒng)與臨界點的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個樸素的物理觀點，當負荷需求超出電網(wǎng)極限傳輸功率時，系統(tǒng)就會出現(xiàn)象電壓崩潰這樣的異常運行現(xiàn)象。最大功率法的基本原則是將電網(wǎng)極限傳輸功率作為電壓崩潰的臨界點，從物理角度講是系統(tǒng)中各節(jié)點到達最大功率曲線族上的一點。電壓崩潰裕度是系統(tǒng)中總的負荷允許增加的程度。常用的最大功率判據(jù)有：任意負荷節(jié)點的有功功率判據(jù)、無功功率判據(jù)以及所有負荷節(jié)點的復(fù)功率之和最大判據(jù)。當負荷需求超過電力系統(tǒng)傳輸能力的極限時，系統(tǒng)就會出現(xiàn)異常，包括可能出現(xiàn)電壓失穩(wěn)，因此將輸送功率的極限作為靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點。負荷如果從當前的運行點向不同的方向增加，就會有不同的電壓穩(wěn)定臨界點，有不同的電壓穩(wěn)定裕度，但在這些方向中總會有一個方向的電壓穩(wěn)定裕度最小。計算出這個方向和電壓穩(wěn)定臨界點，就能為防止電壓失穩(wěn)提出有效的對策。把這個方向定義為參數(shù)空間中最接近電壓穩(wěn)定極限的方向，這個電壓穩(wěn)定臨界點定義為最接近電壓穩(wěn)定臨界點。3． 3 Q-U法

CIGRE對電壓崩潰十分重視，38.01工作組在1987年提出電網(wǎng)應(yīng)按照防止電壓崩潰的準則進行規(guī)劃設(shè)計，并提出了防止電壓崩潰的Q-U法。Q-U法是將電網(wǎng)中的某節(jié)點或母線作為研究對象，通過一系列潮流計算，確定其Q-U特性曲線，并根據(jù)無功儲備準則或電壓儲備準則，來確定所需的無功功率。

該方法的優(yōu)點是物理概念明確，缺點主要是潮流方程在電壓崩潰點處不易收斂。4.電壓穩(wěn)定研究的進一步發(fā)展

4.1 更精確的電壓穩(wěn)定極限確定所需的模型

對于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限做出更精確的描述是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，為此有必要考慮更實際的負荷模型，采用更有效的方法。感應(yīng)電動機負荷是非常重要的一類負荷，在以往的電壓穩(wěn)定極限計算中，對這一類負荷常常以靜態(tài)負荷替代，或是用具有功率恢復(fù)特性的動態(tài)負荷模型近似，研究表明，基于恒穩(wěn)態(tài)功率恢復(fù)特性的動態(tài)負荷的小擾動分析所得的SNB點與基于靜態(tài)負荷的CPF所得的Fold分岔點是一致的，而考慮具體的感應(yīng)電動機負荷后刻畫電壓穩(wěn)定極限的工作變得更為復(fù)雜：首先很有可能在Fold分岔點之前就出現(xiàn)由于電動機滯轉(zhuǎn)引起的SNB點；其次，這些SNB點不一定會造成系統(tǒng)出現(xiàn)電壓崩潰，其性質(zhì)還要依系統(tǒng)的具體情況進行分析。因此，在更精細的描述系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限的工作中，對于感應(yīng)電動機負荷模型應(yīng)予充分重視。4.2 不斷發(fā)展的計算方法

迅速發(fā)展的計算機技術(shù)以及基于幾何概念的非線性動力學定性理論促進了非線性動力系統(tǒng)數(shù)值計算方法的發(fā)展和應(yīng)用，目前已有AUTO，MAPLE等著名商業(yè)軟件可供選擇。但是目前還沒有用來分析多機電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的好經(jīng)驗。在電力系統(tǒng)的分岔與混沌研究中，圍繞如何求取平衡解流形曲線，如何自動修正步長，如何越過常規(guī)Newton-Raphson算法中的奇異點，如何跟蹤大型電力系統(tǒng)的PV曲線，如何搜索解曲線上的分岔點并判別其類型等一系列問題，進行了廣泛的研究。目前一般采用延拓算法，較典型的有預(yù)估-校正法、弧長法等。例如用解軌線的切線或割線的方法預(yù)測，而用局部參數(shù)化或利用解軌線與垂直于切向量的超平面的交點的方法(準弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述SNB點附近的潮流解，并用可控步長來加速計算。

面對感應(yīng)電動機模型對于電壓穩(wěn)定分析造成的復(fù)雜性，需要有效的精確判定系統(tǒng)的穩(wěn)定極限的方法，CPF或是基于恒穩(wěn)態(tài)功率負荷模型的小擾動分析在這種系統(tǒng)中給出的結(jié)論一般都傾向于樂觀；計及感應(yīng)電動機負荷的分岔方法雖然可以通過SNB點附近的平衡點的情況來判斷出現(xiàn)的SNB點的性質(zhì)，但對大系統(tǒng)而言，“兩步法”更為適用，針對擁有大量感應(yīng)電動機負荷的系統(tǒng)，在“兩步法”之后通過時域仿真確定所發(fā)現(xiàn)的SNB的性質(zhì)也是非常必要的。5.結(jié)語

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題的研究有著十分重大的社會經(jīng)濟意義。盡管電壓穩(wěn)定問題及其相關(guān)現(xiàn)象十分復(fù)雜，在過去二十年間，人們已經(jīng)在電壓失穩(wěn)機理以及負荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展，新型控制設(shè)備的不斷投入運行以及電力市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩(wěn)定性指標以及實用判據(jù)，需要將電壓安全評估與控制不斷推向在線應(yīng)用。參考文獻

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標簽：分析無功補償研究

摘 要：闡述了國內(nèi)外電力系統(tǒng)無功電壓控制的問題和發(fā)展方向、AVC 研究現(xiàn)狀及電網(wǎng)動態(tài)電壓穩(wěn)定的策略;國外二三級電壓調(diào)控的運行現(xiàn)狀、國內(nèi)幾個省網(wǎng)無功平衡和電壓控制的研究，以及對無功補償設(shè)備采取的配置原則、調(diào)節(jié)手段，并提出了幾點無功電壓調(diào)控與管理的相關(guān)措施等。

關(guān)鍵詞：無功補償;電壓控制;電力系統(tǒng)

電網(wǎng)無功平衡是保證電壓穩(wěn)定的基本條件，由于電力系統(tǒng)中無功功率的發(fā)、供、用呈現(xiàn)強烈的分散性，因而無功功率只有在分層、分區(qū)，分散合理平衡的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的合理分布和維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。信息來源:http://004km.cn

——不能反映電網(wǎng)實時網(wǎng)絡(luò)拓撲變化對分區(qū)影響，可能造成誤控;

——采用下達電壓目標指令的方式，難以很好控制無功潮流;

雖然存在以上問題，但由于存在巨大的潛在效益，因而十幾年來法國和意大利電網(wǎng)一直在運行中不斷完善和改進其自動電壓控制技術(shù)。信息來自:004km.cn

南方電網(wǎng)從多饋入交直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定狀況展開研究。在多饋入的交直流輸電系統(tǒng)中，直流輸電元件的電壓穩(wěn)定和無功控制是一個嶄新的課題，通過分析典型運行方式下的靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性問題，分析系統(tǒng)存在的電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)和隱患，研究改進措施并制訂防止電壓失穩(wěn)的預(yù)防和校正控制的策略。信息來自:004km.cn

kV 變電站補償容量研究、變電站主變額定電壓選擇和抽頭比較與配合選擇研究、無功分層和分區(qū)平衡情況分析和支路無功經(jīng)濟分點的數(shù)學驗證。信息來自:004km.cn

廣東電網(wǎng)根據(jù)無功補償配置原則，詳細分析配電網(wǎng)無功補償?shù)墓こ虒嶋H問題，構(gòu)造制約函數(shù)求解并以變遲度法進行尋優(yōu)。研究配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償 信息來源:http://004km.cn

2.5 無功電壓控制的發(fā)展方向 信息來自:004km.cn

因此，分層分區(qū)和分散就地的關(guān)聯(lián)控制兼顧了全局優(yōu)化和局部優(yōu)化的問題。信息來源:http://tede.cn AVC 研究現(xiàn)狀 [2-3] 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

基于最優(yōu)潮流(OPF)的實時電壓自動控制(AVC)集安全性和經(jīng)濟性于一體，可實現(xiàn)安全約束下的經(jīng)濟性閉環(huán)控制。正常運行情況下，AVC 通 信息來源:http://tede.cn

過實時監(jiān)視電網(wǎng)無功電壓情況，進行在線優(yōu)化計算，分層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)無功電源及變壓器分接頭，調(diào)度自動化主站對接入同一電壓等級、電網(wǎng)各節(jié)點的無功補償可控設(shè)備實行實時最優(yōu)閉環(huán)控制，滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流運行，達到電壓優(yōu)質(zhì)和網(wǎng)損最小。省級電網(wǎng)研究的AVC 是集中控制型的，也即在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)SCADA、EMS與現(xiàn)場調(diào)度裝置之間通過閉環(huán)控制實現(xiàn)AVC。信息來源:http://004km.cn

湖南電網(wǎng)提出了采用經(jīng)濟壓差進行全局無功優(yōu)化的思想，以每條線路電壓降落的縱分量最小為目標求解最優(yōu)潮流，計算各發(fā)電廠和變電站注入系統(tǒng)的無功功率，而各發(fā)電廠和變電站通過安裝電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)整裝置，自動調(diào)節(jié)無功出力和變壓器的分接頭，使其實際輸出無功功率為計算出的無功優(yōu)化值。

福建電網(wǎng)無功電壓AVC 控制系統(tǒng)能在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)無功電壓二級協(xié)調(diào)控制，提高無功資源的合理分配和可靠利用。其特點是： 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

——適應(yīng)電網(wǎng)運行方式變化，能實施不同的無功電壓優(yōu)化運行方案;信息來源:http://004km.cn

為此，應(yīng)本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償。在補償方式上宜采用集中補償和分散補償相結(jié)合，以分散為主;高壓補償和低壓補償相結(jié)合，以低壓為主的原則。并安裝自動補償投切裝置。在電網(wǎng)中采用有載調(diào)壓變壓器，安裝無功——電壓優(yōu)化自動控制裝置，可以實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)壓。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

電網(wǎng)的無功、電壓調(diào)節(jié)和管理的必要措施如下： 信息來自:004km.cn

(2)加強電網(wǎng)無功及電壓的調(diào)節(jié)和管理;信息來源:http://004km.cn

(3)電力系統(tǒng)分區(qū)并確定各個區(qū)的電壓中樞點以便對電壓進行分級分布式控制;信息來源:http://004km.cn

(4)合理配置無功補償設(shè)備，做到無功就地補償、分層分區(qū)平衡;信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

(5)加強送、受端電網(wǎng)建設(shè)，能提高運行可靠性、調(diào)度靈活性和通道的輸送能力，并能提供足夠短路容量和足夠大慣性的系統(tǒng);

(6)在長距離、大容量送電線路中大量采用串聯(lián)補償，以提高電網(wǎng)輸送能力、改善運行電壓水平;信息來源:http://004km.cn

(7)在落點集中的負荷中心、受端電源少、受端大規(guī)模接受西電東送的落點采用動態(tài)無功設(shè)備;信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

(8)研究廣東電網(wǎng)受端系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和動態(tài)無功補償問題，根據(jù)研究成果合理配置無功電源，使之滿足電網(wǎng)動態(tài)無功備用;

(9)對省網(wǎng)進行無功優(yōu)化調(diào)節(jié)控制，實施分級分布式的控制策略，實現(xiàn)整個省網(wǎng)的閉環(huán)實時控制，實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化配置;信息來源:http://004km.cn

(10)運用“無功電壓優(yōu)化集中控制系統(tǒng)”，完善電壓自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、自動傳輸和自動統(tǒng)計分析，實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化實時控制。

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第二篇：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析與研究

武漢大學本科畢業(yè)論文

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析與研究

院（系）名 稱： 武漢大學

專 業(yè) 名 稱

： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 學 生 姓 名

： 楊

帆

指 導 教 師

： 江

波

教授

摘 要

電力系統(tǒng)是一個具有高度非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，隨著電力工業(yè)發(fā)展和商業(yè)化運營，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求也越來越高。在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)中，電壓不穩(wěn)定/電壓崩潰事故已成為電力系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性的一個重要方面。因此，對電壓穩(wěn)定性問題進行深入研究，仍然是電力系統(tǒng)工作者面臨的一項重要任務(wù)。

關(guān)鍵詞:

電力系統(tǒng)

電壓穩(wěn)定

電壓崩潰 2

目 錄

1.前 言

1.1 電壓穩(wěn)定性及其類型 1.2 電壓穩(wěn)定的研究內(nèi)容 1.3 電壓穩(wěn)定的研究展望 2.現(xiàn)今對于電壓崩潰機理的認識 2.1 短期電壓失穩(wěn) 2.2 長期電壓失穩(wěn)

2.3 由長期動態(tài)造成的短期不穩(wěn)定性 3.電壓穩(wěn)定性的分析方法 3.1 靈敏度分析方法 3.2 最大功率法 3.3 Q-U 法 電壓穩(wěn)定的研究方法 4.1 靜態(tài)分析方法 4.1.1靈敏度分析法

4.1.2特征值分析法、模態(tài)分析法和奇異值分解法 4.1.3連續(xù)潮流法 4.1.4非線性規(guī)劃法 4.1.5零特征根法

4.2 動態(tài)分析方法 4.2.1小干擾分析法 4.2.2大干擾分析法 4.2.3非線性動力學方法 4.2.4電壓穩(wěn)定的概率分析 4.電壓穩(wěn)定研究的進一步發(fā)展

5.結(jié)語

上個世紀七十年代后期以來，世界范圍內(nèi)先后發(fā)生了多起由電壓崩潰引起的前 言

大面積停電事故，造成了巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。我國雖然還沒有發(fā)生過大范圍的惡性電壓崩潰事故，但電壓失穩(wěn)引起的局部停電事故卻時有發(fā)生，例如1972年7月27日湖北電網(wǎng)、1973年7月12日大連電網(wǎng)等。這些事故的發(fā)生使人們對長期被忽視的電壓穩(wěn)定問題投以極大的關(guān)注，認識到了電壓穩(wěn)定性的研究對確保電力系統(tǒng)安全可靠的運行具有重要意義。由此，電壓穩(wěn)定的研究開始逐漸進入電力工業(yè)界和學術(shù)界的視野，研究成果不斷涌現(xiàn)。

近年來，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，逐步進入高電壓、大機組、大電網(wǎng)時代，同時伴隨電力改革和電力市場的實踐，長線路、重負荷及無功儲備不足的特征逐漸突出，系統(tǒng)的電壓安全裕度傾向于越來越小，使電力系統(tǒng)常常運行在穩(wěn)定的邊界；而目前系統(tǒng)運行操作人員并不能準確掌握系統(tǒng)的電壓安全狀態(tài)。所以事故發(fā)生時，缺乏足夠的安全信息來采取相應(yīng)的措施，導致了事故的擴大。

目前，電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定問題趨于嚴重的原因主要有以下 4 點：①由于環(huán)境保護以 及經(jīng)濟上的考慮，輸電設(shè)施使用的強度日益接近其極限值； 發(fā)、②并聯(lián)電容無功補償增加了，這種補償在電壓降低時，向系統(tǒng)供出的無功按電壓平方下降； ③長期以來人們只注意了功角 穩(wěn)定性的研究，并圍繞功角穩(wěn)定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩(wěn)定性的 問題； ④隨著電力市場化的進程，各個有獨立的經(jīng)濟利益的發(fā)電商以及電網(wǎng)運營商很難象以 前垂直管理模式下那樣統(tǒng)一的為維護系統(tǒng)安全穩(wěn)定性做出努力。在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在，首先我國電網(wǎng)更薄弱，并聯(lián)電容器的使 用更甚，再加之城市中家用電器設(shè)備的巨增，我國更有可能出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定問題。目

前國內(nèi) 電壓穩(wěn)定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數(shù)有裁調(diào)壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施，而后一措施應(yīng)該是防止電壓不穩(wěn)定問題的最后 一道防線，不應(yīng)過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負荷的使用將受到更大的限 制。因此在我國應(yīng)加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。

1.1電壓穩(wěn)定性及其類型

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是在遠距離輸送大功率負荷情況下突出的問題。在初期的電力系統(tǒng)中，輸電線路距離較短，負荷較小，顯然穩(wěn)定問題不是很重要的問題。而目前，在我國的電力網(wǎng)越來越大，輸送距離越來越長，輸送容量越來越大，電壓等級越來越高。在這樣的電力系統(tǒng)中，主要靠廣大工程技術(shù)人員（用戶）提供可靠而不間斷的電力，保證電力系統(tǒng)運行的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)，穩(wěn)定性問題顯得十分重要。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，是危害很嚴重的事故，會造成大面積停電，給國民經(jīng)濟帶來不可估量的損失，這種后果促使人民嚴重關(guān)注電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題?？梢哉f現(xiàn)代電力 系統(tǒng)的很多方面都與穩(wěn)定性問題密切相關(guān)的。

所謂電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當系統(tǒng)在某種正常運行狀態(tài)下突然受到某種干擾時，能否經(jīng)過一定的時間后又恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)或者過渡到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。如果能夠，則認為系統(tǒng)在該正常運行方式下是穩(wěn)定的。反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運行狀態(tài)，也不能建立一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量（電流、電壓、功率）沒有一個穩(wěn)定值，而是隨著時間不斷增大或者振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。知道電網(wǎng)甩去相當大的一部分負荷，甚至是系統(tǒng)瓦解成幾個部分為止，這種穩(wěn)定性的喪失帶來的后果極為嚴重。

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，按系統(tǒng)遭受到大小不同的干擾情況，可分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。

電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在某種正常運行狀態(tài)下，突然受到某種小干擾后，能夠自動恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)的能力。實際上電力系統(tǒng)中任意小的干 6

擾是隨時都存在的，例如，某個用戶需要增減一點負荷，風雨造成的搖擺，系統(tǒng)末端的小操作，調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器工作點變化等。在小干擾作用下，系統(tǒng)中各狀態(tài)變量變化很小。

電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在某種正常運行狀態(tài)下，突然受到某種較大的干擾后，能夠自動過渡到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力?？梢姡娏ο到y(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性即是大干擾下的穩(wěn)定性。系統(tǒng)運行中的大干擾包括正常操作和故障情況引起的。正常操作如大負荷的投入或切除，大容量發(fā)電機、變壓器及高壓輸電線路的投入或切除，都可能對系統(tǒng)產(chǎn)生一個較大的擾動。故障情況如系統(tǒng)中發(fā)生各種形式的短路、斷路，這對系統(tǒng)的擾動極為嚴重。電力系統(tǒng)受到較大擾動時，系統(tǒng)中的運行參數(shù)（電壓、電流和功率）都將發(fā)生急劇的、不同程度的變化。由于電源測原動機調(diào)速系統(tǒng)具有相當大的慣性，致使原動機的機械功率與發(fā)電機的電磁功率失去了平衡，于是在機組大軸上相應(yīng)將產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩，在這個不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化。而系統(tǒng)中各發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置的變化，反過來又將影響系統(tǒng)中電流、電壓和功率的變化，且各狀態(tài)變量的變化較大。

綜上所述，不論是靜態(tài)穩(wěn)定性還是暫態(tài)穩(wěn)定性問題，都是研究電力系統(tǒng)受到某種干擾后的運行過程。由于兩種穩(wěn)定性問題中受到的干擾不同，因而分析的方法也不同，除此之外，還有一種動態(tài)穩(wěn)定。

動態(tài)穩(wěn)定是指當系統(tǒng)受到某種大干擾將使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定，當采用自動調(diào)節(jié)裝置后，可將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到不致喪失穩(wěn)定，把這種靠自動調(diào)節(jié)裝置作用得到的穩(wěn)定叫做動態(tài)穩(wěn)定。所謂動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)都到大干擾后，在計及自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力。

當系統(tǒng)遭受到某種擾動，而打破系統(tǒng)功率平衡時，各發(fā)電機組將因功率的不平衡而發(fā)生轉(zhuǎn)速的變化。由于各發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量不等，因此它們的轉(zhuǎn)速變化也各不相同有的變化較大，有的變化較小，從而在各發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對運動。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，主要是研究電力系統(tǒng)中發(fā)電機之間的相對運動問題。由于牽涉到機械運動，所以分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也稱電力系統(tǒng)的幾點暫態(tài)過程的分析。

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，還可以分為電源的穩(wěn)定性和負荷大穩(wěn)定性兩類，電源的穩(wěn)定性就是要分析同步發(fā)電機是否失步；負荷的穩(wěn)定性就是要分析異步電動機是否失速、停頓。但往往是電源和負荷同時失去穩(wěn)定。

1.2 電壓穩(wěn)定的研究內(nèi)容

目前的研究工作按照其目的的不同可以分為三大類：電壓失穩(wěn)現(xiàn)象機理探討、電壓穩(wěn)定安全計算和預(yù)防/控制措施研究。

(1)電壓失穩(wěn)機理探討：其目的是要弄清楚主導電壓失穩(wěn)發(fā)生的本質(zhì)因素，以及電壓穩(wěn)定問題和電力系統(tǒng)中其它問題的相互關(guān)系，電力系統(tǒng)中眾多元件對電壓穩(wěn)定性的影響，在電壓崩潰中所起的作用，從而建立起分析電壓穩(wěn)定問題的恰當系統(tǒng)模型。在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現(xiàn)象的剖析、小干擾分析方法和時域仿真計算。早期的靜態(tài)研究中機理認識集中體現(xiàn)在P-V曲線和Q-V曲線分析、潮流多解的穩(wěn)定性分析和基于靈敏度系數(shù)的物理概念討論。動態(tài)因素受到重視以后，負荷的動態(tài)特性，OLTC的負調(diào)壓作用受到了普遍關(guān)注。目前普遍認為無功功率的平衡、發(fā)動機的無功出力限制、OLTC的動態(tài)和負荷的動態(tài)特性與電壓崩潰關(guān)系密切。但是對電壓崩潰的機理認識還很不一致，不同研究人員所采用的系統(tǒng)模型也有很大差別，這種現(xiàn)狀表明迫切需要全面深入地分析電壓穩(wěn)定問題，分析它與電力系統(tǒng)中其它問題的相互關(guān)系，弄清各種因素的作用，抓住問題的本質(zhì)，為不同情況下的電壓穩(wěn)定研究建模提供必要的指導原則。

(2)電壓穩(wěn)定安全計算：主要包括兩個方面，即尋找恰當?shù)姆€(wěn)定指標和快速且有足夠精度的計算方法。電壓穩(wěn)定指標（多為靜態(tài)指標）總體上分成兩類：裕度指標和狀態(tài)指標。目前已提出的主要有：各類靈敏度指標、最小模特征值指標、電壓穩(wěn)定性接近指標、局部指標、負荷裕度指標等?，F(xiàn)在又提出了很多新的指標，如的快速電壓穩(wěn)定指標FVSI，通過常規(guī)潮流程序計算每條線路的靜態(tài)穩(wěn)定指標，并按指標排列。從而確定特定運行點到崩潰點的距離，來判斷系統(tǒng)的安全性。這個指標實現(xiàn)容易、計算簡單、概念清晰，且預(yù)測結(jié)果較精確，可作為警告指標來

預(yù)防電壓崩潰；在線電壓穩(wěn)定指標Lvsi, 反映的是系統(tǒng)在當前運行狀態(tài)下，某一支路電壓穩(wěn)定的程度；基于網(wǎng)損靈敏度理論的二階指標ILSI，可以很好指示電壓穩(wěn)定水平，并具有良好的線性度，也可用于在線評估；提出將整個系統(tǒng)等值為一個簡單的兩節(jié)點系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上計及感應(yīng)電動機負荷，得到負荷母線在線小干擾電壓穩(wěn)定指標。

兩類指標都能給出系統(tǒng)當前運行點離電壓崩潰點距離的某種量度。狀態(tài)指標只取用當前運行狀態(tài)的信息，計算比較簡單，但存在非線性；而裕度指標能較好地反映電壓穩(wěn)定水平，但其計算涉及過渡過程的模擬和臨界點的求取問題，計算量較大。從目前研究看，盡管許多電壓穩(wěn)定指標已被提出，但由于各種指標都采用了不同程度的簡化，其準確性與合理性需要進一步驗證和改進。

這方面目前需要解決的主要有以下三個問題：①快速、準確的指標計算方法；②根據(jù)動態(tài)機理對各類指標的合理性、準確性進行檢驗，為運行部門選擇指標提供依據(jù)；③在快速算法中計及影響電壓穩(wěn)定的主要動態(tài)元件的作用，比如發(fā)電機無功越限和負荷特性的影響等。

(3)預(yù)防/控制措施的研究：以日本和法國采取的事故對策最為出色。前者強調(diào)增強事故狀態(tài)下的電壓控制能力，后者以其對電壓崩潰過程的時段的劃分，側(cè)重于事故發(fā)生前的緊急狀態(tài)下的預(yù)防措施。目前普遍認為，加強無功備用、提高無功應(yīng)變能力、防止無功功率的遠距離傳輸、緊急切負荷、閉鎖甚至反調(diào)OLTC是預(yù)防嚴重事故的有效措施。

1.3 電壓穩(wěn)定的研究展望

電壓穩(wěn)定研究作為電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一個重要的實際課題，在近三十年來取得了許多重要的成果，一些電網(wǎng)工程人員研制了電壓穩(wěn)定分析和監(jiān)測應(yīng)用軟件。但目前理論研究和應(yīng)用實踐表明，對電壓穩(wěn)定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩(wěn)定問題研究所取得的理論認識深度及應(yīng)用成果相比擬，還不能通過對電壓穩(wěn)定全面的分析、預(yù)防、監(jiān)測、控制確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有：

(1)電壓崩潰的機理研究；

(2)對各種元件的動態(tài)特性還缺乏全面的分析和統(tǒng)一的認識，負荷建模仍然是電壓穩(wěn)定研究的最大難題；

(3)影響電壓穩(wěn)定的主要隨機因素的統(tǒng)計特性的獲取，以及這些隨機因素統(tǒng)計特性比較復(fù)雜時，如何進行電壓穩(wěn)定概率分析；

(4)根據(jù)各種不同的電壓穩(wěn)定裕度指標，開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)測應(yīng)用軟件，使電壓

2.現(xiàn)今對于電壓崩潰機理的認識

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提是必須存在一個平衡點，最重要的一類電壓不穩(wěn)定性場景就是對應(yīng) 于系統(tǒng)參數(shù)變化導致平衡點不再存在的情況。由于負荷需求平滑緩慢地增加而使負荷特性改 變直至不再存在與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)曲線的交點，固然是其中的一種場景，但事實上，更為重要的場 景對應(yīng)于大擾動，如發(fā)電和／或輸電設(shè)備的停運，這種大擾動使網(wǎng)絡(luò)特性急劇變動，擾動后 網(wǎng)絡(luò)的特性(如 PV 曲線)不再同未改變的負荷的相應(yīng)特性相交，失去了平衡點，而導致電壓 崩潰。所以也需要研究由于大的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的突然變化所引起的不穩(wěn)定機制。

2.1 短期電壓失穩(wěn)

研究認為，引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因：①短期動態(tài)擾動后失去平衡點；②缺乏把系統(tǒng)拉 回到事故后短期動態(tài)的穩(wěn)定平衡點的能力；③擾動后平衡點發(fā)生振蕩(實際系統(tǒng)中未觀察 到)；④長期動態(tài)引起的短期失穩(wěn)(如平穩(wěn)點丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時段內(nèi)可能同 時出現(xiàn)功角失穩(wěn)和電壓失穩(wěn)，由于它們包含相同的元件，區(qū)分它們往往很困難。一種典型的 純電壓穩(wěn)定問題場景是單機單負荷系統(tǒng)，負荷主要由感應(yīng)電動機組成。這里的暫態(tài)失穩(wěn)主要 是指系統(tǒng)受擾動之后，感應(yīng)電動機等快速響應(yīng)元件失去了平衡點，或者由于故障不能盡快切 除，使系統(tǒng)離開了干擾后的吸引域。

2.2 長期電壓失穩(wěn)

系統(tǒng)擾動之后，系統(tǒng)已獲短期恢復(fù)，可用長期動態(tài)近似．此后造成動態(tài)失穩(wěn)的原因 有：①失去長期動態(tài)平衡點；②缺乏把系統(tǒng)拉回到長期穩(wěn)定平衡點的能力；③電壓增幅振蕩(實際系統(tǒng)中未觀察到)。

2.3 由長期動態(tài)造成的短期不穩(wěn)定性

此種失穩(wěn)機制也可以劃分為 3 種情況： ①由長期動態(tài)造成的短期平衡點丟失； ②由長期動態(tài) 造成的短期動態(tài)的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受到隨機參數(shù)變化或小的離散轉(zhuǎn)移后，缺乏拉回 到短期穩(wěn)定的平衡點的能力；③由于長期動態(tài)而造成的短期動態(tài)的振蕩不穩(wěn)定性。

3.電壓穩(wěn)定性的分析方法

3.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析在電壓穩(wěn)定研究中應(yīng)用越來越廣泛，其突出的特點是物理概念明確，計算簡單。靈敏度分析方法屬于靜態(tài)電壓穩(wěn)定研究的范疇，它以潮流計算為基礎(chǔ)，以定性物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某個感興趣的標量對于某些參數(shù)的變化關(guān)系，即它們之間的微分關(guān)系來研究系統(tǒng) 的電壓穩(wěn)定性。例如，人們常?？疾熵摵稍鲩L裕度對于發(fā)電機出力、線路參數(shù)變化的靈敏度 以求得較好的控制電壓安全的措施。在潮流計算的基礎(chǔ)上，只需少量的額外計算，便能得到 所需的靈敏值。靈敏值計算缺乏統(tǒng)一的靈敏度分析理論作基礎(chǔ)，各文獻都按自己的方法進行 靈敏度分析，沒有統(tǒng)一的標準；在計算靈敏度指標時，沒有考慮負荷動態(tài)的影響、沒有計及 發(fā)電機無功越限、有功經(jīng)濟調(diào)度的影響；靈敏度指標是一個狀態(tài)指標，它只能反映系統(tǒng)某一 運行狀態(tài)的特性，而不能計及系統(tǒng)的非線性特性，不能準確反映系統(tǒng)與臨界點的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個樸素的物理觀點，當負荷需求超出電網(wǎng)極限傳輸功率時，系統(tǒng)就會出現(xiàn) 象電壓崩潰這樣的異常運行現(xiàn)象。最大功率法的基本原則是將電網(wǎng)極限傳輸功率作為電壓崩 潰的臨界點，從物理角度講是系統(tǒng)中各節(jié)點到達最大功率曲線族上的一點。電壓崩潰裕度是 系統(tǒng)中總的負荷允許增加的程度。常用的最大功率判據(jù)有：任意負荷節(jié)點的有功功率判據(jù)、無功功率判據(jù)以及所有負荷節(jié)點的復(fù)功率之和最大判據(jù)。當負荷需求超過電力系統(tǒng)傳輸能力 的極限時，系統(tǒng)就會出現(xiàn)異常，包括可能出現(xiàn)電壓失穩(wěn)，因此將輸送功率的極限作為靜態(tài)電 壓穩(wěn)定臨界點。負荷如果從當前的運行點向不同的方向增加，就會有不同的電壓穩(wěn)定臨界點，有不同的電壓穩(wěn)定裕度，但在這些方向中總會有一個方向的電壓穩(wěn)定裕度最小。計算出這個 方向和電壓穩(wěn)定臨界點，就能為防止電壓失穩(wěn)提出有效的對策。把這個方向定義為參數(shù)空間 中最接近電壓穩(wěn)定極限的方向，這個電壓穩(wěn)定臨界點定義為最接近電壓穩(wěn)定臨界點。3.3 Q-U 法

CIGRE 對電壓崩潰十分重視，在 1987 年提出電網(wǎng)應(yīng)按照防止電壓崩潰的準則 進行規(guī)劃設(shè)計，并提出了防止電壓崩潰的 Q-U 法。Q-U 法是將電網(wǎng)中的某節(jié)點或母線作為 研究對象，通過一系列潮流計算，確定其 Q-U 特性曲線，并根據(jù)無功儲備準則或電壓儲備 準則，來確定所需的無功功率。該方法的優(yōu)點是物理概念明確，缺點主要是潮流方程在電壓崩潰點處不易收斂。電壓穩(wěn)定的研究方法

根據(jù)所采用的數(shù)學模型一般可以分為以下兩大類：基于穩(wěn)態(tài)潮流方程的靜態(tài)分析方法，基于非線性微分方程的動態(tài)分析方法。4.1 靜態(tài)分析方法

靜態(tài)分析方法大多都基于電壓穩(wěn)定機理的某種認識，主要研究平衡點的穩(wěn)定性問題，即把網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時的系統(tǒng)運行狀態(tài)當作靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限狀態(tài)，以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流方程進行分析。其研究內(nèi)容主要包括計算當前運行狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定指標、確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、尋找提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度的控制策略等。靜態(tài)分析方法眾多，以下扼要地綜述一些廣泛使用的、具有代表性的方法。4.1.1靈敏度分析法

靈敏度法是通過計算在某種擾動下系統(tǒng)變量對擾動的靈敏度來判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。靈敏度分析的物理概念明確，求解方便，計一算量小，因此在電壓穩(wěn)定分析的初期受到了很大的重視，對簡單系統(tǒng)的分析也較為理想。目前最常見的靈敏度判據(jù)有：dVL/dEG、dVL/dQL、dQG/dQL、d?Q/dVL等，其中VL、QL和EG、QG分別為負荷節(jié)點、無功源節(jié)點的電壓和無功功率注入量，?Q為電網(wǎng)輸送給負荷節(jié)點的無功功率與負荷無功需求之差。在簡單系統(tǒng)中，各類靈敏度判據(jù)是等價的，且能準確反映系統(tǒng)輸送功率的極限能力，但在推廣到復(fù)雜系統(tǒng)以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準確反映系統(tǒng)的極限輸送能力。目前，靈敏度方法在確定系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應(yīng)用價值。4.1.2特征值分析法、模態(tài)分析法和奇異值分解法

它們都是通過分析潮流雅可比矩陣來揭示系統(tǒng)的某些特性。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統(tǒng)的穩(wěn)定指標；模態(tài)分析法在假設(shè)某種功率增長方向的基礎(chǔ)上，利用最小特征值對應(yīng)的特征向量，計算出各節(jié)點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應(yīng)的奇異向量與特征值分析法對應(yīng)的特征向量有相同的功能，在數(shù)值計算中前者只涉及實數(shù)運算，后者可能出現(xiàn)最小特征值為復(fù)數(shù)的情況，故前者更受研究人員的歡迎?？紤]到電壓和無功的強相關(guān)性，這三種方法在分析時往往采用降階的雅可比矩陣。

電力系統(tǒng)是一個高度非線性系統(tǒng)，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度作出全面、準確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應(yīng)用價值。4.1.3連續(xù)潮流法

連續(xù)潮流法是求取非線性方程組隨某一參數(shù)變化而生成的解曲線的方法，其關(guān)鍵在于引入合適的連續(xù)化參數(shù)以保證臨界點附近解的收斂性，此外，為加快計算速度，它還引入了預(yù)測、校正和步長控制等策略。目前，參數(shù)連續(xù)化方法主要有局部參數(shù)連續(xù)法、弧長連續(xù)法及同倫連續(xù)法。在電壓穩(wěn)定研究中，連續(xù)潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線和QV曲線。由于能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件，計算得到的功率裕度能較好地反映系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平，連續(xù)潮流法已經(jīng)成為靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的經(jīng)典方法。4.1.4非線性規(guī)劃法

非線性規(guī)劃法是將電壓崩潰點的求取轉(zhuǎn)化為非線性目標函數(shù)的優(yōu)化問題，它以總負荷視在功率最大或任意負荷節(jié)點的有功功率最大為目標函數(shù)，采用非線性優(yōu)化的方法來求解。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規(guī)劃問題要復(fù)雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具有更大的實用價值。目前，非線性規(guī)劃法已用于電壓穩(wěn)定裕度計算、電壓穩(wěn)定預(yù)防校正控制策略、最優(yōu)潮流、電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度等各種問題。4.1.5零特征根法

零特征根法是一種直接計算系統(tǒng)臨界點的方法。它把臨界點特性用非線性方程組描述出來，并從數(shù)學上保證該方程組在臨界點處可解。在電壓穩(wěn)定研究中，一般將靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程組：

?f(x,?)?0?f(x,?)?0??w'f?0 或 ??fxv?0 x?l(w)?0?l(v)?0??兩式中的第一個方程描述了潮流關(guān)系，第二、三個方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，根據(jù)需要第三個方程可采用模2范數(shù)等

多種形式。

零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。同時，零特征根法難以考慮不等式約束條件，而現(xiàn)有的幾種試圖考慮不等式約束的策略在實際系統(tǒng)下的效果都不佳，有待進一步研究。

總之，基于潮流方程的靜態(tài)分析方法經(jīng)歷了較長時間的研究，并取得了廣泛的經(jīng)驗。但本質(zhì)上都是把電力網(wǎng)絡(luò)的潮流極限作為靜態(tài)穩(wěn)定極限點，不同之處在于抓住極限運行狀態(tài)的不同特征作為臨界點的判據(jù)。4.2 動態(tài)分析方法

電壓穩(wěn)定本質(zhì)上是一個動態(tài)問題，只有在動態(tài)分析下，動態(tài)因素對電壓穩(wěn)定的影響才能體現(xiàn)，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態(tài)分析的結(jié)果。目前，動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法主要分為小擾動分析法和大擾動分析法，其中大擾動方面主要有時域仿真法及能量函數(shù)法。除此以外，還有非線性動力學方法。4.2.1小干擾分析法

小擾動分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統(tǒng)受到小擾動時的情形。它的主要思路是將描述電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組在當前運行點線性化，消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動態(tài)的模型。目前，小擾動分析已用于有載調(diào)壓變壓器(OLTC)、發(fā)電機及其勵磁控制系統(tǒng)和負荷模型等對電壓穩(wěn)定影響的研究。4.2.2大干擾分析法

潮流解的存在和小干擾電壓穩(wěn)定分析的重點在于把電力系統(tǒng)置于一個具有一定安全裕度的運行方式。電力系統(tǒng)遭受線路故障和其它類型的大沖擊，或在小干擾穩(wěn)定裕度的邊緣負荷的增加，都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。這是系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)學描述必須保留其非線性特性的原因。這方面的研究主要有時域仿真法和能量函數(shù)法。

（1）時域仿真法是研究電力系統(tǒng)動態(tài)電壓特性的最有效方法,目前主要用來認識電壓崩潰現(xiàn)象的特征，檢驗電壓失穩(wěn)機理，給出預(yù)防和校正電壓穩(wěn)定的措施 17

等，適合于任何電力系統(tǒng)動態(tài)模型。但是，電壓穩(wěn)定的時域仿真研究還存在一些難點，主要包括時間框架的處理、負荷模型的適用性以及結(jié)論的一般化問題。

（2）能量函數(shù)法是直接估算動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數(shù)得到狀態(tài)空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統(tǒng)的穩(wěn)定吸引域，并據(jù)此判斷系統(tǒng)在特定擾動下的穩(wěn)定性。能量函數(shù)法在判斷暫態(tài)功角穩(wěn)定方面已取得了相當多的成果，為系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的識別和不同規(guī)模系統(tǒng)間電壓穩(wěn)定性的比較提出了良好的依據(jù)，但它對于具有復(fù)雜的動態(tài)特性和有損耗的輸電系統(tǒng)而言，并不能保證能量函數(shù)存在，目前在研究電壓穩(wěn)定方面仍處于起步階段。4.2.3非線性動力學方法

電壓穩(wěn)定裕度指標算法的研究都是針對線性化了的系統(tǒng)方程，即假設(shè)初始條件的微小變化只能導致輸出的微小變化，但由于電力系統(tǒng)是一個非線性的動力學系統(tǒng)，臨界點附近系統(tǒng)狀態(tài)的劇烈變化，使得臨界點附近這一假設(shè)往往不成立。有時，它也不能回答如果系統(tǒng)越過穩(wěn)定極限點時，其狀態(tài)將如何變化的問題。為了確保電力系統(tǒng)的安全性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，基于非線性動力學的研究日益增多，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中研究最多的是分岔理論。

分岔是非線性科學研究的一種現(xiàn)象，主要研究當一組微分方程所描述的解的動態(tài)特性與方程所含參數(shù)的取值相關(guān)，并隨著參數(shù)取值的改變而發(fā)生的變化，包括系統(tǒng)一些重要特性，例如穩(wěn)定性、穩(wěn)定域和平衡點的變化。運用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩(wěn)的機理，且能夠在一定程度上將功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定問題聯(lián)系起來提供統(tǒng)一的數(shù)學分析基礎(chǔ)。目前存在的主要問題是要進行復(fù)雜的化簡運算以便減少大量的計算量，因此尚需進行廣泛深入的探索。4.2.4電壓穩(wěn)定的概率分析

電力系統(tǒng)具有非線性和不確定性特點，使得電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測量、估計或計算上的誤差具有一定的隨機性，擾動及其相應(yīng)的保護動作均是隨即過程，計及系統(tǒng)參數(shù)和擾動的隨機性進行電壓穩(wěn)定分析具有一定意義。根據(jù)負荷潮流雅可比矩陣奇異的可能性來定義電壓穩(wěn)定概率指標，在30節(jié)點電力系統(tǒng)上 18

校驗了該指標的有效性。提出了一種進行電力系統(tǒng)電壓崩潰風險評估的方法。該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果，量化了風險指標，通過兼顧風險指標和經(jīng)濟效益為確定系統(tǒng)的最佳運行方式提供了依據(jù)。6節(jié)點系統(tǒng)和IEEE 300節(jié)點系統(tǒng)的評估結(jié)果證明了該方法的可行性和有效性。

盡管電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法從原理上講并不嚴密，所得結(jié)果也難以令人信服，但卻計算簡單，且不需要難以準確獲得的負荷動態(tài)特性。與此相對應(yīng)的電壓穩(wěn)定動態(tài)分析方法，不僅面臨著負荷動態(tài)建模的困難，而且在研究實際大規(guī)模系統(tǒng)時還存在著數(shù)值計算上的困難。因此人們對電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法仍持積極的態(tài)度，并努力尋求潮流雅可比矩陣的性質(zhì)與系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間的關(guān)系。并在積極的探索將電力系統(tǒng)動態(tài)分析方法和靜態(tài)分析方法結(jié)合起來的電壓穩(wěn)定的分析方法。

4.電壓穩(wěn)定研究的進一步發(fā)展

更精確的電壓穩(wěn)定極限確定所需的模型 對于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限做出更精確的描述是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，為此有必要考慮更實 際的負荷模型，采用更有效的方法。感應(yīng)電動機負荷是非常重要的一類負荷，在以往的電壓 穩(wěn)定極限計算中，對這一類負荷常常以靜態(tài)負荷替代，或是用具有功率恢復(fù)特性的動態(tài)負荷 模型近似，研究表明，基于恒穩(wěn)態(tài)功率恢復(fù)特性的動態(tài)負荷的小擾動分析所得的 SNB 點與 基于靜態(tài)負荷的 CPF 所得的 Fold 分岔點是一致的，而考慮具體的感應(yīng)電動機負荷后刻畫電 壓穩(wěn)定極限的工作變得更為復(fù)雜：首先很有可能在 Fold 分岔點之前就出現(xiàn)由于電動機滯轉(zhuǎn) 引起的 SNB 點；其次，這些 SNB 點不一定會造成系統(tǒng)出現(xiàn)電壓崩潰，其性質(zhì)還要依系統(tǒng)的 具體情況進行分析。因此，在更精細的描述系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限的工作中，對于感應(yīng)電動機負 荷模型應(yīng)予充分重視。

不斷發(fā)展的計算方法 迅速發(fā)展的計算機技術(shù)以及基于幾何概念的非線性動力學定性理論促進了非線性動力系統(tǒng) 數(shù)值計算方法的發(fā)展和應(yīng)用，目前已有 AUTO，MAPLE 等著名商業(yè)軟件可供選擇。但是目前 還沒有用來分析多機電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的好經(jīng)驗。在電力系統(tǒng)的分岔與混沌研究中，圍繞如 何求取平衡解流形曲線，如何自動修正步長，如何越過常規(guī) Newton-Raphson 算法中的奇異 點，如何跟蹤大型電力系統(tǒng)的 PV 曲線，如何搜索解曲線上的分岔點并判別其類型等一系列 問題，進行了廣泛的研究。目前一般采用延拓算法，較典型的有預(yù)估-校正法、弧長法等。例如用解軌線的切線或割線的方法預(yù)測，而用局部參數(shù)化或利用解軌線與垂直于切向量的超平面的交點的方法(準弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述 SNB 點附近的潮流解，并用可控步長來加速計算。面對感應(yīng)電動機模型對于電壓穩(wěn)定分析造成的復(fù)雜性，需要有效的精確判定系統(tǒng)的穩(wěn)定極限 的方法，CPF 或是基于恒穩(wěn)態(tài)功率負荷模型的小擾動分析在這種系統(tǒng)中給出的結(jié)論一般都傾 向于樂觀；計及感應(yīng)電動機負荷的分岔方法雖然可以通過 SNB 點附近的平衡點的情況來判 斷出現(xiàn)的 SNB 點的性質(zhì)，但對大系統(tǒng)而言，“兩步法”更為適用，針對擁有大量感應(yīng)電動機 負荷的系統(tǒng)，在“兩步法”之后通過時域仿真確定所發(fā)現(xiàn)的 SNB 的性質(zhì)也是非常必要的。

5.結(jié)語

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題的研究有著十分重大的社會經(jīng)濟意義。盡管電壓穩(wěn)定問題及其相關(guān)現(xiàn) 象十分復(fù)雜，在過去二十年間，人們已經(jīng)在電壓失穩(wěn)機理以及負荷模型建立、分析手段上取 得了很多重要研究成果。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展，新型控制設(shè)備的不斷投入運行以及電力 市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩(wěn)定性指標以及實用判據(jù)，需要將電壓安全評 估與控制不斷推向在線應(yīng)用。

參考文獻

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第三篇：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定機理研究論文

摘要：在學到理解電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定概念的前提下，牢固掌握電壓穩(wěn)定機理是研究電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。從失穩(wěn)機理的角度來看，導致電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的原因包括：負荷的動態(tài)恢復(fù)特性，電力系統(tǒng)受端電壓支撐不足，電力系統(tǒng)送端的供電限制，以及綜合負荷因素。從以上四種角度定義的電壓穩(wěn)定機理進行了綜合分析和評價，并歸納總結(jié)了各類定義方式的特點及優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定；機理；負荷動態(tài)特性

在電力系統(tǒng)的研究領(lǐng)域當中，電壓穩(wěn)定問題是一項十分重要的課題，因為它直接決定著電力系統(tǒng)能否正常運行⑴。研究電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定主要有三個步驟：第一，明確理解電壓穩(wěn)定機理；第二，根據(jù)電壓穩(wěn)定機理來建立可以從本質(zhì)上反映系統(tǒng)電壓崩潰的模型；第三，找到分析和控制電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的手段與方法Ｗ。其中掌握電壓穩(wěn)定機理是其余兩個步驟的關(guān)鍵性基礎(chǔ)，因此本文就目前國內(nèi)外對于電壓穩(wěn)定機理的研究成果進行系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，并指出其相應(yīng)的優(yōu)缺點。

１電壓穩(wěn)定的定義

目前對于電壓穩(wěn)定的定義，不同文獻資料中的研究成果不盡相同。但從總體上可以歸為兩類，大干擾電壓穩(wěn)定和靜態(tài)電壓穩(wěn)定［３］。其中大干擾電壓穩(wěn)定還包括暫態(tài)電壓穩(wěn)定，動態(tài)電壓穩(wěn)定和中長期電壓穩(wěn)定。這類問題主要反映在系統(tǒng)運行過程當中有大擾動介人時，系統(tǒng)不會發(fā)生電壓崩潰的能力。而靜態(tài)電壓穩(wěn)定則指在電力系統(tǒng)運行過程中，小干擾事件發(fā)生并介人電力系統(tǒng)時，系統(tǒng)電壓水平能夠保持或者恢復(fù)到系統(tǒng)可接受的范圍極限內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力⑷。然而，以上定義電壓穩(wěn)定的方法十分宏觀，對于具體定量的研究電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定不利。因此本文引入電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的最新定義，電壓穩(wěn)定是指：當負荷試圖通過增加電流來從系統(tǒng)中獲得更大的功率時，系統(tǒng)電壓的降低不足以抵消功率增大的趨勢，此時稱為電壓穩(wěn)定狀態(tài)［５］。由此電壓穩(wěn)定的概念得到了進一步的具體化，能更好的為反映電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定本質(zhì)而服務(wù)。

２電壓穩(wěn)定機理的研究現(xiàn)狀

關(guān)于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定機理的學術(shù)研究成果中，影響電壓穩(wěn)定的因素大體上可以分為四類：第一類，負荷的動態(tài)特性；第二類，電力系統(tǒng)受端的電壓支撐情況；第三類，電力系統(tǒng)送端的供電極限；第四類，綜合因素影響。本文將分別就以上四類影響電壓穩(wěn)定的因素進行歸納總結(jié)并加以拓展。

２．１負荷的恢復(fù)特性對電壓穩(wěn)定性的影響

負荷動態(tài)特性對于電壓穩(wěn)定的影響，目前的學術(shù)成果可分為兩類：一類觀點認為，系統(tǒng)在發(fā)生故障時，負荷為了維持它自身的有功功率平衡，會試圖改變其自身對外的等效電納以此來進行功率調(diào)節(jié)，從而影響了電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性［６］，然而這種調(diào)節(jié)自身導納的方式會因為具體元件的特性而有一定差異。例如，異步電動機常常利用電磁功率的輸入與機械功率的輸出來進行導納調(diào)節(jié)，配電系統(tǒng)中的ＯＬＴＣ（ＯｎＬｏａｄＴａｐＣｈａｎｇｅｒ有載分接開關(guān)）則會在維持其副邊電壓恒定的前提下，通過自動調(diào)節(jié)變比來實現(xiàn)導納的調(diào)節(jié)。含電力電子元件的負荷，調(diào)節(jié)自身導納的情況則更為復(fù)雜［６’７］?？傮w上來看，當元件的有功功率平衡被打破以后，若負荷輸出的其他形式功率多于輸人的電磁功率，那么負荷就會根據(jù)自身特點自動選擇恰當手段來減小其等效阻抗，從而獲得自身所需要的功率［８］。但是隨著元件恢復(fù)功率過程中電流的增加，負荷元件的漏抗上會消耗更多的無功功率，這一部分的無功消耗，可以加劇整個系統(tǒng)的無功欠缺［９］。無功功率不足，使得系統(tǒng)電壓持續(xù)下降，進而產(chǎn)生電壓失穩(wěn)的現(xiàn)象［１°］。這種觀點在用于定量研究負荷特性對電壓穩(wěn)定的影響時意義重大，但理論不夠成熟，有待進一步完善。另一類觀點認為，電壓失穩(wěn)與系統(tǒng)所帶負荷的性質(zhì)密切相關(guān)［１１］。例如，系統(tǒng)所帶負荷為恒阻抗靜態(tài)負荷時，假定其功率因數(shù)為ｃｏｓｐ，阻抗為＆＝札＋）＆，那么負荷消耗的有功功率如式（１）所示：由ＰＬ的單調(diào)性可知，當滿足｜Ｚ，｜＝丨＆｜時，在恒定功率因數(shù)的負荷模型下，負荷有功功率最大，由于電壓降低時恒阻抗負荷功率會下降，有利于電壓穩(wěn)定［１２］，那么當系統(tǒng)的功率和電壓水平均低于期望值時，系統(tǒng)電壓會保持穩(wěn)定［１３］。當系統(tǒng)所帶的負荷為恒功率負荷模型時，一旦負荷端電壓降低，負荷為了保持恒定功率，必然會導致負荷電流的增加，由于輸電線路上阻抗的存在，使得輸電線路的壓降進一步增大，從而造成了更低的負荷端電壓［１４］。這也形成了一個電壓下降的正反饋機制，最終必然會導致電壓崩潰［１５］。這種觀點在計算和理論發(fā)展上，都比較成熟。但是，在實際電力系統(tǒng)當中，特別是系統(tǒng)受到擾動的過程當中，實際的負荷很難以恒定功率或恒定功率因數(shù)運行［１６］，因此將該理論算法應(yīng)用于計算實際電力系統(tǒng)運行狀態(tài)時會存在一定誤差。

２．２電力系統(tǒng)受端電壓支撐情況對電壓穩(wěn)定的影響

重負荷的電力系統(tǒng)本身就具備很多薄弱環(huán)節(jié)，一方面，受端的發(fā)電機一直處于過載狀態(tài)，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)過載，如果這時出現(xiàn)了大干擾事件，負荷為了恢復(fù)其有功功率的平衡，試圖調(diào)節(jié)自身電流獲得更大的功率［１７］。但是發(fā)電機勵磁繞組本身的熱容量存在一定限值。過勵磁限制器會將勵磁電流強制減少到額定值，使得負荷的有功功率無法平衡［１８］，同時網(wǎng)絡(luò)中的無功功率大量缺失。這種情況下受端發(fā)電機無法提供足夠的無功功率來支持系統(tǒng)的正常運行，最終導致電壓失穩(wěn)甚至電壓崩潰…］。另一方面由于電力系統(tǒng)的無功功率的大小隨著電壓的平方而發(fā)生變化，如果系統(tǒng)電壓下降，則無功功率會以更快的速度減少，因此ＨＶＤＣ、ＳＶＣ以及大量安裝并聯(lián)電容器也是造成暫態(tài)電壓失穩(wěn)的重要原因。

２．３電力系統(tǒng)送端供電極限對電壓穩(wěn)定的影響

由于受到線路阻抗、輸電距離、電壓等級的制定以及送端發(fā)電機勵磁繞組的熱容量限制等一系列因素的影響，送端并不能毫無限制的向受端供電，并且送端對全網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)能力有限，因此在研究電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定特性時，常常將電壓崩潰的臨界點作為衡量電網(wǎng)輸送能力的指標［２°］。動態(tài)負荷有功功率的恢復(fù)特性，即在電壓下降以后，各類負荷的有功功率和無功功率都會以或快或慢的速度恢復(fù)到一定水平，其中發(fā)電機、調(diào)相機側(cè)勵磁系統(tǒng)、負荷側(cè)同步電動機、電動機靜止無功補償器都屬于反應(yīng)快速的元件，他們在暫態(tài)電壓失穩(wěn)中，起到的作用十分巨大。因此為了提高在工程實踐中對于電壓穩(wěn)定性評估的精確程度，常常使用瞬時有功功率隨暫態(tài)電壓變化的關(guān)系曲線來研究電壓穩(wěn)定性問題［Ｍ］。系統(tǒng)向負荷提供的功率隨著電流的增加而增加時，系統(tǒng)負荷元件可以保持自身功率平衡，系統(tǒng)電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，反之系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定。

２．４綜合因素對電壓穩(wěn)定的影響

從單一類因素去考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究大多數(shù)意義明確，但是由于考慮因素不夠全面，因此這種理論成果與工程實際情況差距比較大，所以從以上三類因素的綜合作用來解釋電壓穩(wěn)定的機理會更加完善。當有干擾事件介人電力系統(tǒng)后，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)會啟動強勵磁作用，系統(tǒng)無功缺失，電壓下降，負荷對于功率的需求也相應(yīng)的減少［２１］。此時系統(tǒng)能在短時間內(nèi)保持電壓穩(wěn)定，但是在系統(tǒng)負荷的中心電壓會維持在較高的水平，若負荷中心電壓降低，則該現(xiàn)象會迅速反映到配電系統(tǒng)中，那么在２－４分鐘內(nèi)ＯＬＴＣ會起到連續(xù)調(diào)節(jié)的作用，使負荷的功率和電壓恢復(fù)到故障前水平，同時使ＯＬＴＣ原方電壓下降，并且ＯＬＴＣ每次的分接頭調(diào)整都會導致超高壓線路負荷的增加［２２］。由此可得，發(fā)電機需要強制增大無功功率的輸出來滿足系統(tǒng)電流的上升趨勢。但這種無功功率的輸出不會是沒有限制的，一旦造成發(fā)電機無功功率越限的連鎖反應(yīng)，就會使得系統(tǒng)的電壓急劇下降，這個過程最終必然會導致發(fā)電機組失步，最后對受電系統(tǒng)停電［Ｍ］。雖然從綜合因素角度來分析電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定機理比較全面，但是影響電壓穩(wěn)定的因素實質(zhì)上是多種因素的有機疊加，該方法只停留在理性階段，在工程實踐的應(yīng)用中，很難形成準確的判據(jù)。

３結(jié)論

研究人員從不同的角度來研究了電壓穩(wěn)定機理，這些理論研究取得了很多成果，但是也確實存在著亟待解決的問題，本文對迄今的研究成果進行了系統(tǒng)的總結(jié)。隨著新的電壓穩(wěn)定理論模型以及研究方法的引人，人們對電壓穩(wěn)定機理的認識將走向成熟。電壓穩(wěn)定問題在電力系統(tǒng)的研究領(lǐng)域當中雖然是一個基礎(chǔ)性的課題，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也千差萬別，進而一系列綜合因素的有機疊加必將造成電力系統(tǒng)電壓的失穩(wěn)。在做到考慮全面的前提下，還應(yīng)當注重數(shù)學工具的恰當引入，使得完善的理論可以有效的與實際結(jié)合。

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第四篇：電力系統(tǒng)電壓和無功管理條理

電力系統(tǒng)電壓和無功管理條理

1.電壓是電能的主要質(zhì)量指標之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量和一個重要因素。各級電力部門和各用電單位都要加強對電壓和無功電力的管理，切實改善電網(wǎng)電壓和用戶端受電電壓。

2.為使各級電壓質(zhì)量符合國家標準，各級電力部門做好好電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和管理，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、布局、供電半徑、潮流分布經(jīng)濟合理。各級電壓的電力網(wǎng)和電力用戶都要提高自然功率因數(shù)，并按無功分層分區(qū)和就地平衡以及便于調(diào)整電壓的原則，安裝無功補償設(shè)備和必要的調(diào)壓裝置。

3.電壓和無功電力實行分級管理。各網(wǎng)、省局、地（市）縣供電（電業(yè)）局都要切實做好所屬供電區(qū)的無功電力和電壓質(zhì)量管理工作。制訂職責范圍和協(xié)作制度，并指定一個職能部門設(shè)專（兼）職負責歸口管理。

各級電力部門要對所管轄電網(wǎng)（包括輸櫝電線路、變電站和用戶）的電壓質(zhì)量和無功電力、功率因數(shù)和補償設(shè)備的運行監(jiān)察、考核。各電力用戶都要向當?shù)毓╇姴块T按期報送電壓質(zhì)量和無功補償設(shè)備的安裝容量和投入情況，以及無功電力和功率因數(shù)等有關(guān)資料。電網(wǎng)和用戶都要提高高壓裝置和無功補償設(shè)備的運行水平。

1.電力調(diào)度部門要根據(jù)電網(wǎng)負荷變化的和調(diào)整電壓的需要，編制和下達發(fā)電廠、變電站的無功出力曲線或電壓曲線。

2.發(fā)電廠的發(fā)電機的變電站的調(diào)相機要嚴格按照調(diào)度下達的無功出力曲線或電壓曲線按逆調(diào)壓的原則運行，沒有特殊情況或未經(jīng)調(diào)度同意，不得任意改變無功出力，并要按調(diào)度部門的規(guī)定，定期報送發(fā)電機的有功一無功負荷曲線（――曲線）。水、火電廠在系統(tǒng)需要時，按調(diào)度指令，發(fā)電機可改為調(diào)相運行。

3.變電站裝設(shè)的并聯(lián)電容器、電抗器組，除事故和危及設(shè)備安全情況外，都要按照調(diào)度命令或電壓曲線按逆調(diào)壓的原則運行。

4.當電網(wǎng)電壓偏移和波動幅度較大時，按設(shè)計規(guī)程，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器，對220V千伏（直接帶10千伏地區(qū)負荷）和110千伏及以下電壓的變電站至少采用一級有載調(diào)壓；已建成的上述變電站和分接頭不合適的變壓器應(yīng)根據(jù)需要逐步改造和更換為有載調(diào)壓變壓器。對220千伏（不帶10千伏地區(qū)負荷）及以上電壓的變電站根據(jù)系統(tǒng)調(diào)壓是否需要，對變壓器可靠性的影響及投資進行綜合研究后確定。用電單位若需裝置調(diào)壓設(shè)備，應(yīng)報請電力部門批準。

變壓器的分接頭要按照電壓管理范圍分級管理，有載調(diào)壓變壓器的分接頭要按照電壓曲線或調(diào)度命令及時調(diào)整。

1.用戶在當?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，應(yīng)達到下列規(guī)定：

高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶功率因數(shù)為0．90及以上；其他100千伏安（千瓦）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站功率因數(shù)為0．80及以個；躉售和農(nóng)業(yè)用電功率因數(shù)為0．80及以上。

凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的新用戶，供電局可拒絕接電。

2.電力用戶裝設(shè)的各種無功補償設(shè)備（包括調(diào)相機、電容器、靜補和同步電動機）要按照負荷和電壓變動及時調(diào)整無功出力，防止無功電力倒送。

自備電廠、地方電廠、小水電、余熱電廠的機級都應(yīng)按照雙方協(xié)議或調(diào)度規(guī)定方式運行。

3.為調(diào)動用戶改善電壓，管好無功設(shè)備的積極性，凡受電容量在一百千伏安（千瓦）及以上的用戶均應(yīng)按國家批準的《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》的有關(guān)規(guī)定，實行功率因數(shù)考核和電費調(diào)整。

1.各級電力部門和電力用戶都要按無功電力分層分區(qū)和就地平衡的原則，做好無功補償設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、合理安排無功電源。電力部門在建設(shè)有功電源同時，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、潮流分布等情況建設(shè)相應(yīng)的無功補償設(shè)備，不留缺口，并應(yīng)納入建設(shè)計劃與有功配套建設(shè)，同時投產(chǎn)。

2.新建或擴建的電電機，不僅應(yīng)能送出無功，而且應(yīng)能吸收無功；調(diào)相機應(yīng)合理擴大遲相容器，以適應(yīng)高電壓、大電網(wǎng)無功補償?shù)男枰?/p>

1.各網(wǎng)、省局可結(jié)合本地區(qū)實際情況，制定本條例的實施細則。

本條例自發(fā)布之日起施行。2.

第五篇：大學本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

大學本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

（附試題答案）

一、單項選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在相應(yīng)的括號內(nèi)，錯選、多選或未選均無分。

1、分析簡單電力系統(tǒng)并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性采用的是（）。

A、小干擾法；

B、分段計算法；

C、對稱分量法。

2、不計短路回路電阻時，短路沖擊電流取得最大值的條件是（）。

短路前空載，短路發(fā)生在電壓瞬時值過零時；

B、短路前帶有負載，短路發(fā)生在電壓瞬時值過零時；

C、短路前空載，短路發(fā)生在電壓瞬時值最大時。

3、電力系統(tǒng)并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性是指（）。

A、正常運行的電力系統(tǒng)受到小干擾作用后，恢復(fù)原運行狀態(tài)的能力；

B、正常運行的電力系統(tǒng)受到大干擾作用后，保持同步運行的能力；

C、正常運行的電力系統(tǒng)受到大干擾作用后，恢復(fù)原運行狀態(tài)的能力。

4、對于旋轉(zhuǎn)電力元件（如發(fā)電機、電動機等），其正序參數(shù)、負序參數(shù)和零序參數(shù)的特點是（）

A、正序參數(shù)、負序參數(shù)和零序參數(shù)均相同；

B、正序參數(shù)與負序參數(shù)相同，與零序參數(shù)不同；

C、正序參數(shù)、負序參數(shù)、零序參數(shù)各不相同。

5、繪制電力系統(tǒng)的三序單相等值電路時，對普通變壓器中性點所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點阻抗僅以出現(xiàn)在零序等值電路中；

B、中性點阻抗以3出現(xiàn)在零序等值電路中；

C、中性點阻抗以出現(xiàn)三序等值電路中。

6、單相接地短路時，故障處故障相短路電流與正序分量電流的關(guān)系是（A）。

A、故障相短路電流為正序分量電流的3倍；

B、故障相短路電流為正序分量電流的倍；

C、故障相電流等于正序分量電流。

7、對于接線變壓器，兩側(cè)正序分量電壓和負序分量電壓的相位關(guān)系為（C）

A、正序分量三角形側(cè)電壓與星形側(cè)相位相同，負序分量三角形側(cè)電壓與星形側(cè)相位也相同；

B、正序分量三角形側(cè)電壓較星形側(cè)落后，負序分量三角形側(cè)電壓較星形側(cè)超前

C、正序分量三角形側(cè)電壓較星形側(cè)超前，負序分量三角形側(cè)電壓較星形側(cè)落后。二、判斷題（下述說法是否正確，在你認為正確的題號后打“√”，錯誤的打“×”，每小題3分，共12分）

1、快速切除故障有利于改善簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（）

2、中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路接地時流過故障相的電流與同一地點發(fā)生兩相短路時流過故障相的電流大小相等。（）

3、電力系統(tǒng)橫向故障指各種類型的短路故障（）

4、運算曲線的編制過程中已近似考慮了負荷對短路電流的影響，所以在應(yīng)用運算曲線法計算短路電流時，可以不再考慮負荷的影響。（）

三、簡答題

（每題15分，共60分）

1、二次電壓控制的目的是什么？

2、為什么說感應(yīng)電動機負荷是在電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性評估中的一個重要設(shè)備？

3、采取抑制長期不穩(wěn)定性校正措施的目的是什么？

4、在穩(wěn)定性研究中所采用的建模方法通常依賴的假設(shè)是什么？

大學本科電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題答案

選擇題

1.B

2.A

3.B4、C5、B6、A7、C

判斷題

1.√

2、×

3、√

4、√

簡答題

答：（1）確保主導點電壓在一個特定整定值上；（2）使每臺發(fā)電機的無功輸出正比于它的無功容量。

答：（1）它是在1s的時間框架內(nèi)的一個快速恢復(fù)復(fù)合；（2）它是一個低功率因數(shù)負荷，具有很高的無功功率需求；（3）當電壓較低或機械負荷增加時，它趨于停轉(zhuǎn)。

3、答：（1）恢復(fù)長期平衡（足夠快，以至于這個平衡是吸引的；（2）避免短期動態(tài)的短期-長期不穩(wěn)定性；（3）阻止系統(tǒng)惡化；

4答：（1）忽略變壓器電壓；（2）通常的速度變化相對于w。很??；（3）電樞電阻非常小；（4）忽略電磁飽和。