第一篇：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析與研究

武漢大學(xué)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(xué)

專 業(yè) 名 稱

： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 學(xué) 生 姓 名

： 楊

帆

指 導(dǎo) 教 師

： 江

波

教授

摘 要

電力系統(tǒng)是一個(gè)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(yùn)營，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)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(gè)重要方面。因此，對電壓穩(wěn)定性問題進(jìn)行深入研究，仍然是電力系統(tǒng)工作者面臨的一項(xiàng)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(jī)理的認(rèn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)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(jìn)一步發(fā)展

5.結(jié)語

上個(gè)世紀(jì)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(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)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(shí)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(rèn)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(yùn)行具有重要意義。由此，電壓穩(wěn)定的研究開始逐漸進(jìn)入電力工業(yè)界和學(xué)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(kuò)大，逐步進(jìn)入高電壓、大機(jī)組、大電網(wǎng)時(shí)代，同時(shí)伴隨電力改革和電力市場的實(shí)踐，長線路、重負(fù)荷及無功儲(chǔ)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(yùn)行在穩(wěn)定的邊界；而目前系統(tǒng)運(yùn)行操作人員并不能準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)的電壓安全狀態(tài)。所以事故發(fā)生時(shí)，缺乏足夠的安全信息來采取相應(yīng)的措施，導(dǎo)致了事故的擴(kuò)大。

目前，電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定問題趨于嚴(yán)重的原因主要有以下 4 點(diǎn)：①由于環(huán)境保護(hù)以 及經(jīng)濟(jì)上的考慮，輸電設(shè)施使用的強(qiáng)度日益接近其極限值； 發(fā)、②并聯(lián)電容無功補(bǔ)償增加了，這種補(bǔ)償在電壓降低時(shí)，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(jìn)程，各個(gè)有獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)利益的發(fā)電商以及電網(wǎng)運(yùn)營商很難象以 前垂直管理模式下那樣統(tǒng)一的為維護(hù)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(dòng)以及電力部門采用甩負(fù)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(fù)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(yuǎn)距離輸送大功率負(fù)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(fù)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(yùn)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(yán)重的事故，會(huì)造成大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來不可估量的損失，這種后果促使人民嚴(yán)重關(guān)注電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題。可以說現(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(dāng)系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下突然受到某種干擾時(shí)，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后又恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行方式下是穩(wěn)定的。反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)行狀態(tài)，也不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)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(gè)穩(wěn)定值，而是隨著時(shí)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(dāng)大的一部分負(fù)荷，甚至是系統(tǒng)瓦解成幾個(gè)部分為止，這種穩(wěn)定性的喪失帶來的后果極為嚴(yán)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(yùn)行狀態(tài)下，突然受到某種小干擾后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)的能力。實(shí)際上電力系統(tǒng)中任意小的干 6

擾是隨時(shí)都存在的，例如，某個(gè)用戶需要增減一點(diǎn)負(fù)荷，風(fēng)雨造成的搖擺，系統(tǒng)末端的小操作，調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作點(diǎn)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(yùn)行狀態(tài)下，突然受到某種較大的干擾后，能夠自動(dòng)過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力?？梢?，電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性即是大干擾下的穩(wěn)定性。系統(tǒng)運(yùn)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(fù)荷的投入或切除，大容量發(fā)電機(jī)、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(gè)較大的擾動(dòng)。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(dòng)極為嚴(yán)重。電力系統(tǒng)受到較大擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中的運(yùn)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有相當(dāng)大的慣性，致使原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)的電磁功率失去了平衡，于是在機(jī)組大軸上相應(yīng)將產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩，在這個(gè)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(jī)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(yùn)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指當(dāng)系統(tǒng)受到某種大干擾將使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定，當(dāng)采用自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)裝置作用得到的穩(wěn)定叫做動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。所謂動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)都到大干擾后，在計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

當(dāng)系統(tǒng)遭受到某種擾動(dòng)，而打破系統(tǒng)功率平衡時(shí)，各發(fā)電機(jī)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(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)組的轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。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(jī)之間的相對運(yùn)動(dòng)問題。由于牽涉到機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也稱電力系統(tǒng)的幾點(diǎn)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(fù)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(jī)是否失步；負(fù)荷的穩(wěn)定性就是要分析異步電動(dòng)機(jī)是否失速、停頓。但往往是電源和負(fù)荷同時(shí)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(jī)理探討、電壓穩(wěn)定安全計(jì)算和預(yù)防/控制措施研究。

(1)電壓失穩(wěn)機(jī)理探討：其目的是要弄清楚主導(dǎo)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(dāng)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(shí)域仿真計(jì)算。早期的靜態(tài)研究中機(jī)理認(rèn)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(dòng)態(tài)因素受到重視以后，負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，OLTC的負(fù)調(diào)壓作用受到了普遍關(guān)注。目前普遍認(rèn)為無功功率的平衡、發(fā)動(dòng)機(jī)的無功出力限制、OLTC的動(dòng)態(tài)和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性與電壓崩潰關(guān)系密切。但是對電壓崩潰的機(jī)理認(rèn)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(dǎo)原則。

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

預(yù)防電壓崩潰；在線電壓穩(wěn)定指標(biāo)Lvsi, 反映的是系統(tǒng)在當(dāng)前運(yùn)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(biāo)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(gè)系統(tǒng)等值為一個(gè)簡單的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，得到負(fù)荷母線在線小干擾電壓穩(wěn)定指標(biāo)。

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

這方面目前需要解決的主要有以下三個(gè)問題：①快速、準(zhǔn)確的指標(biāo)計(jì)算方法；②根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)理對各類指標(biāo)的合理性、準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，為運(yùn)行部門選擇指標(biāo)提供依據(jù)；③在快速算法中計(jì)及影響電壓穩(wěn)定的主要?jiǎng)討B(tài)元件的作用，比如發(fā)電機(jī)無功越限和負(fù)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(qiáng)調(diào)增強(qiáng)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(shí)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(rèn)為，加強(qiáng)無功備用、提高無功應(yīng)變能力、防止無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸、緊急切負(fù)荷、閉鎖甚至反調(diào)OLTC是預(yù)防嚴(yán)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(gè)重要的實(shí)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(shí)踐表明，對電壓穩(wěn)定問題的認(rèn)識深度和已取得的成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與功角穩(wěn)定問題研究所取得的理論認(rèn)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(yùn)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(jī)理研究；

(2)對各種元件的動(dòng)態(tài)特性還缺乏全面的分析和統(tǒng)一的認(rèn)識，負(fù)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(jī)因素的統(tǒng)計(jì)特性的獲取，以及這些隨機(jī)因素統(tǒng)計(jì)特性比較復(fù)雜時(shí)，如何進(jìn)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(biāo)，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(jī)理的認(rèn)識

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是必須存在一個(gè)平衡點(diǎn)，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(dǎo)致平衡點(diǎn)不再存在的情況。由于負(fù)荷需求平滑緩慢地增加而使負(fù)荷特性改 變直至不再存在與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，固然是其中的一種場景，但事實(shí)上，更為重要的場 景對應(yīng)于大擾動(dòng)，如發(fā)電和／或輸電設(shè)備的停運(yùn)，這種大擾動(dòng)使網(wǎng)絡(luò)特性急劇變動(dòng)，擾動(dòng)后 網(wǎng)絡(luò)的特性(如 PV 曲線)不再同未改變的負(fù)荷的相應(yīng)特性相交，失去了平衡點(diǎn)，而導(dǎo)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(jī)制。

2.1 短期電壓失穩(wěn)

研究認(rèn)為，引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因：①短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)后失去平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉 回到事故后短期動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③擾動(dòng)后平衡點(diǎn)發(fā)生振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察 到)；④長期動(dòng)態(tài)引起的短期失穩(wěn)(如平穩(wěn)點(diǎn)丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時(shí)段內(nèi)可能同 時(shí)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(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)，負(fù)荷主要由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成。這里的暫態(tài)失穩(wěn)主要 是指系統(tǒng)受擾動(dòng)之后，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等快速響應(yīng)元件失去了平衡點(diǎn)，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(dòng)之后，系統(tǒng)已獲短期恢復(fù)，可用長期動(dòng)態(tài)近似．此后造成動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的原因 有：①失去長期動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉回到長期穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③電壓增幅振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察到)。

2.3 由長期動(dòng)態(tài)造成的短期不穩(wěn)定性

此種失穩(wěn)機(jī)制也可以劃分為 3 種情況： ①由長期動(dòng)態(tài)造成的短期平衡點(diǎn)丟失； ②由長期動(dòng)態(tài) 造成的短期動(dòng)態(tài)的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受到隨機(jī)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(diǎn)的能力；③由于長期動(dòng)態(tài)而造成的短期動(dòng)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(diǎn)是物理概念明確，計(jì)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(jì)算為基礎(chǔ)，以定性物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某個(gè)感興趣的標(biāo)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?fù)荷增長裕度對于發(fā)電機(jī)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(jì)算的基礎(chǔ)上，只需少量的額外計(jì)算，便能得到 所需的靈敏值。靈敏值計(jì)算缺乏統(tǒng)一的靈敏度分析理論作基礎(chǔ)，各文獻(xiàn)都按自己的方法進(jìn)行 靈敏度分析，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；在計(jì)算靈敏度指標(biāo)時(shí)，沒有考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)的影響、沒有計(jì)及 發(fā)電機(jī)無功越限、有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響；靈敏度指標(biāo)是一個(gè)狀態(tài)指標(biāo)，它只能反映系統(tǒng)某一 運(yùn)行狀態(tài)的特性，而不能計(jì)及系統(tǒng)的非線性特性，不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)與臨界點(diǎn)的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個(gè)樸素的物理觀點(diǎn)，當(dāng)負(fù)荷需求超出電網(wǎng)極限傳輸功率時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn) 象電壓崩潰這樣的異常運(yùn)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(diǎn)，從物理角度講是系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)到達(dá)最大功率曲線族上的一點(diǎn)。電壓崩潰裕度是 系統(tǒng)中總的負(fù)荷允許增加的程度。常用的最大功率判據(jù)有：任意負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率判據(jù)、無功功率判據(jù)以及所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的復(fù)功率之和最大判據(jù)。當(dāng)負(fù)荷需求超過電力系統(tǒng)傳輸能力 的極限時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)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(diǎn)。負(fù)荷如果從當(dāng)前的運(yùn)行點(diǎn)向不同的方向增加，就會(huì)有不同的電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，有不同的電壓穩(wěn)定裕度，但在這些方向中總會(huì)有一個(gè)方向的電壓穩(wěn)定裕度最小。計(jì)算出這個(gè) 方向和電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，就能為防止電壓失穩(wěn)提出有效的對策。把這個(gè)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(gè)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)定義為最接近電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)。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(zhǔn)則 進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，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(diǎn)或母線作為 研究對象，通過一系列潮流計(jì)算，確定其 Q-U 特性曲線，并根據(jù)無功儲(chǔ)備準(zhǔn)則或電壓儲(chǔ)備 準(zhǔn)則，來確定所需的無功功率。該方法的優(yōu)點(diǎn)是物理概念明確，缺點(diǎn)主要是潮流方程在電壓崩潰點(diǎn)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(xué)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(dòng)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(jī)理的某種認(rèn)識，主要研究平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性問題，即把網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)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(jìn)行分析。其研究內(nèi)容主要包括計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定指標(biāo)、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(jì)算在某種擾動(dòng)下系統(tǒng)變量對擾動(dòng)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(jì)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(fù)荷節(jié)點(diǎn)、無功源節(jié)點(diǎn)的電壓和無功功率注入量，?Q為電網(wǎng)輸送給負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無功功率與負(fù)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(jià)的，且能準(zhǔn)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(zhǔn)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(jià)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(biāo)；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(jì)算出各節(jié)點(diǎn)參與最危險(xiǎn)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(jì)算中前者只涉及實(shí)數(shù)運(yùn)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(qiáng)相關(guān)性，這三種方法在分析時(shí)往往采用降階的雅可比矩陣。

電力系統(tǒng)是一個(gè)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(zhǔn)確的評價(jià)，但在功率裕度的近似計(jì)算、故障選擇等方面仍有較好的應(yīng)用價(jià)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(diǎn)附近解的收斂性，此外，為加快計(jì)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(jì)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(diǎn)的求取轉(zhuǎn)化為非線性目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題，它以總負(fù)荷視在功率最大或任意負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率最大為目標(biāo)函數(shù)，采用非線性優(yōu)化的方法來求解。相對于求解一個(gè)非線性方程組，求解一個(gè)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(shí)際問題的時(shí)候具有更大的實(shí)用價(jià)值。目前，非線性規(guī)劃法已用于電壓穩(wěn)定裕度計(jì)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(jì)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(jì)算系統(tǒng)臨界點(diǎn)的方法。它把臨界點(diǎn)特性用非線性方程組描述出來，并從數(shù)學(xué)上保證該方程組在臨界點(diǎn)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(diǎn)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(gè)方程描述了潮流關(guān)系，第二、三個(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)際系統(tǒng)下的效果都不佳，有待進(jìn)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(shí)間的研究，并取得了廣泛的經(jīng)驗(yàn)。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(diǎn)，不同之處在于抓住極限運(yùn)行狀態(tài)的不同特征作為臨界點(diǎn)的判據(jù)。4.2 動(dòng)態(tài)分析方法

電壓穩(wěn)定本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)問題，只有在動(dòng)態(tài)分析下，動(dòng)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(jī)理以及檢驗(yàn)靜態(tài)分析的結(jié)果。目前，動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法主要分為小擾動(dòng)分析法和大擾動(dòng)分析法，其中大擾動(dòng)方面主要有時(shí)域仿真法及能量函數(shù)法。除此以外，還有非線性動(dòng)力學(xué)方法。4.2.1小干擾分析法

小擾動(dòng)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(dòng)時(shí)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(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)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(diǎn)在于建立簡單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動(dòng)態(tài)的模型。目前，小擾動(dòng)分析已用于有載調(diào)壓變壓器(OLTC)、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁控制系統(tǒng)和負(fù)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(diǎn)在于把電力系統(tǒng)置于一個(gè)具有一定安全裕度的運(yùn)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(fù)荷的增加，都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。這是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)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(shí)域仿真法和能量函數(shù)法。

（1）時(shí)域仿真法是研究電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓特性的最有效方法,目前主要用來認(rèn)識電壓崩潰現(xiàn)象的特征，檢驗(yàn)電壓失穩(wěn)機(jī)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(dòng)態(tài)模型。但是，電壓穩(wěn)定的時(shí)域仿真研究還存在一些難點(diǎn)，主要包括時(shí)間框架的處理、負(fù)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，可避免耗時(shí)的時(shí)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(gè)能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計(jì)擾動(dòng)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(dòng)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(dāng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)方法

電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)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(dǎo)致輸出的微小變化，但由于電力系統(tǒng)是一個(gè)非線性的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，臨界點(diǎn)附近系統(tǒng)狀態(tài)的劇烈變化，使得臨界點(diǎn)附近這一假設(shè)往往不成立。有時(shí)，它也不能回答如果系統(tǒng)越過穩(wěn)定極限點(diǎn)時(shí)，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(dòng)力學(xué)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(xué)研究的一種現(xiàn)象，主要研究當(dāng)一組微分方程所描述的解的動(dòng)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(diǎn)的變化。運(yùn)用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩(wěn)的機(jī)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(xué)分析基礎(chǔ)。目前存在的主要問題是要進(jìn)行復(fù)雜的化簡運(yùn)算以便減少大量的計(jì)算量，因此尚需進(jìn)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(diǎn)，使得電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測量、估計(jì)或計(jì)算上的誤差具有一定的隨機(jī)性，擾動(dòng)及其相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作均是隨即過程，計(jì)及系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)的隨機(jī)性進(jìn)行電壓穩(wěn)定分析具有一定意義。根據(jù)負(fù)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(biāo)，在30節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)上 18

校驗(yàn)了該指標(biāo)的有效性。提出了一種進(jìn)行電力系統(tǒng)電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，通過兼顧風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益為確定系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式提供了依據(jù)。6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和IEEE 300節(jié)點(diǎn)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(yán)密，所得結(jié)果也難以令人信服，但卻計(jì)算簡單，且不需要難以準(zhǔn)確獲得的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性。與此相對應(yīng)的電壓穩(wěn)定動(dòng)態(tài)分析方法，不僅面臨著負(fù)荷動(dòng)態(tài)建模的困難，而且在研究實(shí)際大規(guī)模系統(tǒng)時(shí)還存在著數(shù)值計(jì)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(dòng)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(jìn)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(shí) 際的負(fù)荷模型，采用更有效的方法。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷是非常重要的一類負(fù)荷，在以往的電壓 穩(wěn)定極限計(jì)算中，對這一類負(fù)荷常常以靜態(tài)負(fù)荷替代，或是用具有功率恢復(fù)特性的動(dòng)態(tài)負(fù)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(dòng)態(tài)負(fù)荷的小擾動(dòng)分析所得的 SNB 點(diǎn)與 基于靜態(tài)負(fù)荷的 CPF 所得的 Fold 分岔點(diǎn)是一致的，而考慮具體的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)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(diǎn)之前就出現(xiàn)由于電動(dòng)機(jī)滯轉(zhuǎn) 引起的 SNB 點(diǎn)；其次，這些 SNB 點(diǎn)不一定會(huì)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(jìn)行分析。因此，在更精細(xì)的描述系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限的工作中，對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù) 荷模型應(yīng)予充分重視。

不斷發(fā)展的計(jì)算方法 迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及基于幾何概念的非線性動(dòng)力學(xué)定性理論促進(jìn)了非線性動(dòng)力系統(tǒng) 數(shù)值計(jì)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(jī)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的好經(jīng)驗(yàn)。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(dòng)修正步長，如何越過常規(guī) Newton-Raphson 算法中的奇異 點(diǎn)，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(diǎn)并判別其類型等一系列 問題，進(jìn)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(diǎn)的方法(準(zhǔn)弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述 SNB 點(diǎn)附近的潮流解，并用可控步長來加速計(jì)算。面對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(fù)荷模型的小擾動(dòng)分析在這種系統(tǒng)中給出的結(jié)論一般都傾 向于樂觀；計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的分岔方法雖然可以通過 SNB 點(diǎn)附近的平衡點(diǎn)的情況來判 斷出現(xiàn)的 SNB 點(diǎn)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(dòng)機(jī) 負(fù)荷的系統(tǒng)，在“兩步法”之后通過時(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(jī)理以及負(fù)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(yùn)行以及電力 市場化的不斷深入，人們需要更為準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)以及實(shí)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。

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第二篇：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(jìn)行了概述，特別介紹了對電壓失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識以及當(dāng)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(jìn)一步發(fā)展的方向。1.引言

自從20世紀(jì)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(shí)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(jì)損失和大面積長時(shí)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(yán)重的原因主要有以下4點(diǎn)：①由于環(huán)境保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，發(fā)、輸電設(shè)施使用的強(qiáng)度日益接近其極限值；②并聯(lián)電容無功補(bǔ)償增加了，這種補(bǔ)償在電壓降低時(shí)，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(jìn)程，各個(gè)有獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)利益的發(fā)電商以及電網(wǎng)運(yùn)營商很難象以前垂直管理模式下那樣統(tǒng)一的為維護(hù)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(dòng)以及電力部門采用甩負(fù)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(fù)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(jī)理的認(rèn)識

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是必須存在一個(gè)平衡點(diǎn)，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(dǎo)致平衡點(diǎn)不再存在的情況。由于負(fù)荷需求平滑緩慢地增加而使負(fù)荷特性改變直至不再存在與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，固然是其中的一種場景，但事實(shí)上，更為重要的場景對應(yīng)于大擾動(dòng)，如發(fā)電和／或輸電設(shè)備的停運(yùn)，這種大擾動(dòng)使網(wǎng)絡(luò)特性急劇變動(dòng)，擾動(dòng)后網(wǎng)絡(luò)的特性(如PV曲線)不再同未改變的負(fù)荷的相應(yīng)特性相交，失去了平衡點(diǎn)，而導(dǎo)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(jī)制。2.1 短期電壓失穩(wěn)

研究認(rèn)為，引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因：①短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)后失去平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉回到事故后短期動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③擾動(dòng)后平衡點(diǎn)發(fā)生振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察到)；④長期動(dòng)態(tài)引起的短期失穩(wěn)(如平穩(wěn)點(diǎn)丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時(shí)段內(nèi)可能同時(shí)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(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)，負(fù)荷主要由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成。這里的暫態(tài)失穩(wěn)主要是指系統(tǒng)受擾動(dòng)之后，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等快速響應(yīng)元件失去了平衡點(diǎn)，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(xiàn)[2]應(yīng)用PV曲線和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性研究了擾動(dòng)后感應(yīng)電動(dòng)機(jī)引起的暫態(tài)失穩(wěn)機(jī)理，提出了足夠的電容補(bǔ)償能使處于低電壓解的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)正常的觀點(diǎn)。文[3]研究了不同短路故障切除時(shí)間下單機(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，指出暫態(tài)電壓穩(wěn)定也存在故障臨界切除時(shí)間的概念，并把電壓失穩(wěn)與負(fù)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(bǔ)償器對防止感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)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(bǔ)償不能達(dá)到同樣的目的。文獻(xiàn)[6]采用時(shí)域仿真重演了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷引起的暫態(tài)電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，改進(jìn)了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)，提出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(shí)間相應(yīng)的極限動(dòng)態(tài)負(fù)荷。文[7]把電力系統(tǒng)同時(shí)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(qiáng)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(dòng)之后，系統(tǒng)已獲短期恢復(fù)，可用長期動(dòng)態(tài)的QSS近似．此后造成動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的原因有：①失去長期動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)；②缺乏把系統(tǒng)拉回到長期穩(wěn)定平衡點(diǎn)的能力；③電壓增幅振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察到)。文獻(xiàn)[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(jī)過勵(lì)限制器動(dòng)態(tài)特性對系統(tǒng)電壓失穩(wěn)過程的作用。文獻(xiàn)[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(jìn)行了動(dòng)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(xiàn)[11]綜合考慮了對電壓失穩(wěn)產(chǎn)生重要影響的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性、有載調(diào)壓變壓器動(dòng)態(tài)特性及發(fā)電機(jī)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(jì)算量大的問題，文獻(xiàn)[12]采用了自動(dòng)變步長技術(shù)把快速響應(yīng)和慢速響應(yīng)動(dòng)態(tài)元件綜合在一起進(jìn)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(shí)，對于快速系統(tǒng)可用準(zhǔn)靜態(tài)(QSS)近似。QSS方法結(jié)合了靜態(tài)方法計(jì)算的高效性和時(shí)域方法的有效性。文獻(xiàn)[13]采用QSS法考慮了發(fā)電機(jī)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(dòng)態(tài)造成的短期不穩(wěn)定性

此種失穩(wěn)機(jī)制也可以劃分為3種情況：①由長期動(dòng)態(tài)造成的短期平衡點(diǎn)丟失；②由長期動(dòng)態(tài)造成的短期動(dòng)態(tài)的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受到隨機(jī)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(diǎn)的能力；③由于長期動(dòng)態(tài)而造成的短期動(dòng)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(diǎn)是物理概念明確，計(jì)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(jì)算為基礎(chǔ)，以定性物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某個(gè)感興趣的標(biāo)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(fù)荷增長裕度對于發(fā)電機(jī)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(jì)算的基礎(chǔ)上，只需少量的額外計(jì)算，便能得到所需的靈敏值。靈敏值計(jì)算缺乏統(tǒng)一的靈敏度分析理論作基礎(chǔ)，各文獻(xiàn)都按自己的方法進(jìn)行靈敏度分析，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；在計(jì)算靈敏度指標(biāo)時(shí)，沒有考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)的影響、沒有計(jì)及發(fā)電機(jī)無功越限、有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響；靈敏度指標(biāo)是一個(gè)狀態(tài)指標(biāo)，它只能反映系統(tǒng)某一運(yùn)行狀態(tài)的特性，而不能計(jì)及系統(tǒng)的非線性特性，不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)與臨界點(diǎn)的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個(gè)樸素的物理觀點(diǎn)，當(dāng)負(fù)荷需求超出電網(wǎng)極限傳輸功率時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)象電壓崩潰這樣的異常運(yùn)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(diǎn)，從物理角度講是系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)到達(dá)最大功率曲線族上的一點(diǎn)。電壓崩潰裕度是系統(tǒng)中總的負(fù)荷允許增加的程度。常用的最大功率判據(jù)有：任意負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率判據(jù)、無功功率判據(jù)以及所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的復(fù)功率之和最大判據(jù)。當(dāng)負(fù)荷需求超過電力系統(tǒng)傳輸能力的極限時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)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(diǎn)。負(fù)荷如果從當(dāng)前的運(yùn)行點(diǎn)向不同的方向增加，就會(huì)有不同的電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，有不同的電壓穩(wěn)定裕度，但在這些方向中總會(huì)有一個(gè)方向的電壓穩(wěn)定裕度最小。計(jì)算出這個(gè)方向和電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，就能為防止電壓失穩(wěn)提出有效的對策。把這個(gè)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(gè)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)定義為最接近電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)。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(zhǔn)則進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，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(diǎn)或母線作為研究對象，通過一系列潮流計(jì)算，確定其Q-U特性曲線，并根據(jù)無功儲(chǔ)備準(zhǔn)則或電壓儲(chǔ)備準(zhǔn)則，來確定所需的無功功率。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是物理概念明確，缺點(diǎn)主要是潮流方程在電壓崩潰點(diǎn)處不易收斂。4.電壓穩(wěn)定研究的進(jìn)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(shí)際的負(fù)荷模型，采用更有效的方法。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷是非常重要的一類負(fù)荷，在以往的電壓穩(wěn)定極限計(jì)算中，對這一類負(fù)荷常常以靜態(tài)負(fù)荷替代，或是用具有功率恢復(fù)特性的動(dòng)態(tài)負(fù)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(dòng)態(tài)負(fù)荷的小擾動(dòng)分析所得的SNB點(diǎn)與基于靜態(tài)負(fù)荷的CPF所得的Fold分岔點(diǎn)是一致的，而考慮具體的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)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(diǎn)之前就出現(xiàn)由于電動(dòng)機(jī)滯轉(zhuǎn)引起的SNB點(diǎn)；其次，這些SNB點(diǎn)不一定會(huì)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(jìn)行分析。因此，在更精細(xì)的描述系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極限的工作中，對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型應(yīng)予充分重視。4.2 不斷發(fā)展的計(jì)算方法

迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及基于幾何概念的非線性動(dòng)力學(xué)定性理論促進(jìn)了非線性動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)值計(jì)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(jī)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的好經(jīng)驗(yàn)。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(dòng)修正步長，如何越過常規(guī)Newton-Raphson算法中的奇異點(diǎn)，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(diǎn)并判別其類型等一系列問題，進(jìn)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(diǎn)的方法(準(zhǔn)弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述SNB點(diǎn)附近的潮流解，并用可控步長來加速計(jì)算。

面對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(fù)荷模型的小擾動(dòng)分析在這種系統(tǒng)中給出的結(jié)論一般都傾向于樂觀；計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的分岔方法雖然可以通過SNB點(diǎn)附近的平衡點(diǎn)的情況來判斷出現(xiàn)的SNB點(diǎn)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(dòng)機(jī)負(fù)荷的系統(tǒng)，在“兩步法”之后通過時(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(jī)理以及負(fù)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(yùn)行以及電力市場化的不斷深入，人們需要更為準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)以及實(shí)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(xiàn)

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標(biāo)簽：分析無功補(bǔ)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(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定的策略;國外二三級電壓調(diào)控的運(yùn)行現(xiàn)狀、國內(nèi)幾個(gè)省網(wǎng)無功平衡和電壓控制的研究，以及對無功補(bǔ)償設(shè)備采取的配置原則、調(diào)節(jié)手段，并提出了幾點(diǎn)無功電壓調(diào)控與管理的相關(guān)措施等。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的合理分布和維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。信息來源:http://004km.cn

——不能反映電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜Ψ謪^(qū)影響，可能造成誤控;

——采用下達(dá)電壓目標(biāo)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(yùn)行中不斷完善和改進(jìn)其自動(dòng)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(gè)嶄新的課題，通過分析典型運(yùn)行方式下的靜態(tài)、動(dòng)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(jìn)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(bǔ)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(jì)分點(diǎn)的數(shù)學(xué)驗(yàn)證。信息來自:004km.cn

廣東電網(wǎng)根據(jù)無功補(bǔ)償配置原則，詳細(xì)分析配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)墓こ虒?shí)際問題，構(gòu)造制約函數(shù)求解并以變遲度法進(jìn)行尋優(yōu)。研究配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)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(shí)時(shí)電壓自動(dòng)控制(AVC)集安全性和經(jīng)濟(jì)性于一體，可實(shí)現(xiàn)安全約束下的經(jīng)濟(jì)性閉環(huán)控制。正常運(yùn)行情況下，AVC 通 信息來源:http://tede.cn

過實(shí)時(shí)監(jiān)視電網(wǎng)無功電壓情況，進(jìn)行在線優(yōu)化計(jì)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(dòng)化主站對接入同一電壓等級、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的無功補(bǔ)償可控設(shè)備實(shí)行實(shí)時(shí)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(yùn)行，達(dá)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(dòng)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(shí)現(xiàn)AVC。信息來源:http://004km.cn

湖南電網(wǎng)提出了采用經(jīng)濟(jì)壓差進(jìn)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(biāo)求解最優(yōu)潮流，計(jì)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(dòng)調(diào)節(jié)無功出力和變壓器的分接頭，使其實(shí)際輸出無功功率為計(jì)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(shí)間內(nèi)實(shí)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(diǎn)是： 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

——適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化，能實(shí)施不同的無功電壓優(yōu)化運(yùn)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(bǔ)償。在補(bǔ)償方式上宜采用集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主;高壓補(bǔ)償和低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓為主的原則。并安裝自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(gè)區(qū)的電壓中樞點(diǎn)以便對電壓進(jìn)行分級分布式控制;信息來源:http://004km.cn

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

(5)加強(qiáng)送、受端電網(wǎng)建設(shè)，能提高運(yùn)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(bǔ)償，以提高電網(wǎng)輸送能力、改善運(yùn)行電壓水平;信息來源:http://004km.cn

(7)在落點(diǎn)集中的負(fù)荷中心、受端電源少、受端大規(guī)模接受西電東送的落點(diǎn)采用動(dòng)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(dòng)態(tài)無功補(bǔ)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(dòng)態(tài)無功備用;

(9)對省網(wǎng)進(jìn)行無功優(yōu)化調(diào)節(jié)控制，實(shí)施分級分布式的控制策略，實(shí)現(xiàn)整個(gè)省網(wǎng)的閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化配置;信息來源:http://004km.cn

(10)運(yùn)用“無功電壓優(yōu)化集中控制系統(tǒng)”，完善電壓自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)傳輸和自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化實(shí)時(shí)控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周雙喜, 劉明波, 李端超, 等.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定及電壓無功優(yōu)化控制研討會(huì)會(huì)議資料[C].廣東省電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)專委員會(huì),2005.信息來源:http://004km.cn

[2] 許文超, 郭偉, 李海峰, 胡偉.AVC 應(yīng)用于江蘇電網(wǎng)的初步研究[J].繼電器, 2003, 31(5): 23-26.信息來源:http://004km.cn

[3] 曾紀(jì)添, 等.電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償及電壓穩(wěn)定性研究: 科技專集[C].廣州: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 2007.信息來自:004km.cn

[4] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司2005 年電壓無功專業(yè)總結(jié)報(bào)告[R].國家電網(wǎng)公司, 2006.

第三篇：大學(xué)本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

大學(xué)本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

（附試題答案）

一、單項(xiàng)選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個(gè)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(cuò)選、多選或未選均無分。

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

A、小干擾法；

B、分段計(jì)算法；

C、對稱分量法。

2、不計(jì)短路回路電阻時(shí)，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(shí)值過零時(shí)；

B、短路前帶有負(fù)載，短路發(fā)生在電壓瞬時(shí)值過零時(shí)；

C、短路前空載，短路發(fā)生在電壓瞬時(shí)值最大時(shí)。

3、電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性是指（）。

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

B、正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)受到大干擾作用后，保持同步運(yùn)行的能力；

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

4、對于旋轉(zhuǎn)電力元件（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等），其正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)的特點(diǎn)是（）

A、正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)均相同；

B、正序參數(shù)與負(fù)序參數(shù)相同，與零序參數(shù)不同；

C、正序參數(shù)、負(fù)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(shí)，對普通變壓器中性點(diǎn)所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點(diǎn)阻抗僅以出現(xiàn)在零序等值電路中；

B、中性點(diǎn)阻抗以3出現(xiàn)在零序等值電路中；

C、中性點(diǎn)阻抗以出現(xiàn)三序等值電路中。

6、單相接地短路時(shí)，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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(rèn)為正確的題號后打“√”，錯(cuò)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(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路接地時(shí)流過故障相的電流與同一地點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)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(yùn)算曲線的編制過程中已近似考慮了負(fù)荷對短路電流的影響，所以在應(yīng)用運(yùn)算曲線法計(jì)算短路電流時(shí)，可以不再考慮負(fù)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(dòng)機(jī)負(fù)荷是在電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性評估中的一個(gè)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(xué)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(dǎo)點(diǎn)電壓在一個(gè)特定整定值上；（2）使每臺(tái)發(fā)電機(jī)的無功輸出正比于它的無功容量。

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

3、答：（1）恢復(fù)長期平衡（足夠快，以至于這個(gè)平衡是吸引的；（2）避免短期動(dòng)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??；（4）忽略電磁飽和。

第四篇：電力系統(tǒng)電壓和無功管理?xiàng)l理

電力系統(tǒng)電壓和無功管理?xiàng)l理

1.電壓是電能的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)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(gè)重要因素。各級電力部門和各用電單位都要加強(qiáng)對電壓和無功電力的管理，切實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，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(jì)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(bǔ)償設(shè)備和必要的調(diào)壓裝置。

3.電壓和無功電力實(shí)行分級管理。各網(wǎng)、省局、地（市）縣供電（電業(yè)）局都要切實(shí)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(zé)范圍和協(xié)作制度，并指定一個(gè)職能部門設(shè)專（兼）職負(fù)責(zé)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(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)察、考核。各電力用戶都要向當(dāng)?shù)毓╇姴块T按期報(bào)送電壓質(zhì)量和無功補(bǔ)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(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行水平。

1.電力調(diào)度部門要根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷變化的和調(diào)整電壓的需要，編制和下達(dá)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(jī)的變電站的調(diào)相機(jī)要嚴(yán)格按照調(diào)度下達(dá)的無功出力曲線或電壓曲線按逆調(diào)壓的原則運(yùn)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(bào)送發(fā)電機(jī)的有功一無功負(fù)荷曲線（――曲線）。水、火電廠在系統(tǒng)需要時(shí)，按調(diào)度指令，發(fā)電機(jī)可改為調(diào)相運(yùn)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(yùn)行。

4.當(dāng)電網(wǎng)電壓偏移和波動(dòng)幅度較大時(shí)，按設(shè)計(jì)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(fù)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(fù)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(jìn)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(bào)請電力部門批準(zhǔn)。

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(shí)調(diào)整。

1.用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)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(fù)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(gè)；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(dá)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(bǔ)償設(shè)備（包括調(diào)相機(jī)、電容器、靜補(bǔ)和同步電動(dòng)機(jī)）要按照負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)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(jī)級都應(yīng)按照雙方協(xié)議或調(diào)度規(guī)定方式運(yùn)行。

3.為調(diào)動(dòng)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(zhǔn)的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》的有關(guān)規(guī)定，實(shí)行功率因數(shù)考核和電費(fèi)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(bǔ)償設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、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(shí)，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(bǔ)償設(shè)備，不留缺口，并應(yīng)納入建設(shè)計(jì)劃與有功配套建設(shè)，同時(shí)投產(chǎn)。

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

1.各網(wǎng)、省局可結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況，制定本條例的實(shí)施細(xì)則。

本條例自發(fā)布之日起施行。2.

第五篇：大學(xué)本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

大學(xué)本科生電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性試題

（附試題答案）

一、單項(xiàng)選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個(gè)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(cuò)選、多選或未選均無分。

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

A、小干擾法；

B、分段計(jì)算法；

C、對稱分量法。

2、不計(jì)短路回路電阻時(shí)，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(shí)值過零時(shí)；

B、短路前帶有負(fù)載，短路發(fā)生在電壓瞬時(shí)值過零時(shí)；

C、短路前空載，短路發(fā)生在電壓瞬時(shí)值最大時(shí)。

3、電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性是指（）。

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

B、正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)受到大干擾作用后，保持同步運(yùn)行的能力；

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

4、對于旋轉(zhuǎn)電力元件（如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等），其正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)的特點(diǎn)是（）

A、正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)均相同；

B、正序參數(shù)與負(fù)序參數(shù)相同，與零序參數(shù)不同；

C、正序參數(shù)、負(fù)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(shí)，對普通變壓器中性點(diǎn)所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點(diǎn)阻抗僅以出現(xiàn)在零序等值電路中；

B、中性點(diǎn)阻抗以3出現(xiàn)在零序等值電路中；

C、中性點(diǎn)阻抗以出現(xiàn)三序等值電路中。

6、單相接地短路時(shí)，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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(rèn)為正確的題號后打“√”，錯(cuò)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(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路接地時(shí)流過故障相的電流與同一地點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)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(yùn)算曲線的編制過程中已近似考慮了負(fù)荷對短路電流的影響，所以在應(yīng)用運(yùn)算曲線法計(jì)算短路電流時(shí)，可以不再考慮負(fù)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(dòng)機(jī)負(fù)荷是在電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性評估中的一個(gè)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(xué)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(dǎo)點(diǎn)電壓在一個(gè)特定整定值上；（2）使每臺(tái)發(fā)電機(jī)的無功輸出正比于它的無功容量。

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

3、答：（1）恢復(fù)長期平衡（足夠快，以至于這個(gè)平衡是吸引的；（2）避免短期動(dòng)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?。唬?）電樞電阻非常??；（4）忽略電磁飽和。