电力系统的电压稳定性分析.docx

第 8 章 电力系统的电压稳定性分析 概述 20 世纪 70 年月以来，世界上很多国家的电力系统相继发生了电压崩溃事故， 造成了巨大的经济损失和社会影响。例如，1978 年 12 月 19 日法国电力系统发 生的电压崩溃事故，失去负荷 29GW 和 100 GWh，直接经济损失达 2 亿到 3 亿美元；1987 年 7 月 23 日东京电力系统的电压崩溃事故，导致失去 8168MW 的负荷， 涉及 2800 多万用户；1973 年 7 月 12 日我国大连地区的电网因电压崩溃而造成大面积停电事故。因此，电网电压稳定性问题引起了世界各国电力工业界和学术界的极大重视，并进展了大量的争论工作。IEEE 和 CIGRE 等学术组织也相继成立了特地工作小组，从不同侧面对电压稳定性问题进展调查和争论。目前，在越来越多的电力系统中，电压不稳定已成为系统正常运行的最大威逼，人们已将系统的电压稳定性和热过载、功角稳定性等放在同等重要的地位加以争论和考虑。 电压稳定性，是指正常运行状况下或患病干扰后电力系统维持全部母线电压在可以承受的稳态值的力量。 当一些干扰发生时，例如负荷增加或系统状态变化引起电压不行掌握地增高或下降时，系统进入电压不稳定状态。引起电压不稳定的主要缘由是电力系统没有满足无功功率需求的力量。问题的核心常常是由于有功和无功功率流过感应电抗时产生的电压降。 推断电压稳定的准则是，在正常运行状况下，对于系统中的每个母线，母线电压的幅值随着该母线注入无功功率的增加而上升。假设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。这明显和我们通常对于提高母线电压所实行的无功补偿掌握措施是相全都的。 电压崩溃(Voltage Collapse)比电压稳定性要简单得多，它常常是系统发生一系列大事后导致一些母线电压持续性降低，其中心杂着电压不稳定和功角不稳定。这里应当指出的是，网络中的母线电压渐渐降低与功角失步有着肯定的关系， 在功角失步过程中，电压降低只是功角失步的结果而不是其发生的缘由。但是与电压不稳定有关的电压崩溃发生时，功角稳定并不是问题的焦点。 总体来讲，某些运行状况下的电力系统，在患病干扰后的几秒或几分钟内， 系统中一些母线电压可能经受大幅度、持续性降低，从面使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常地传送给用户。这种灾变称为系统电压不稳定，其灾难性后果则是电压崩溃。 通过较长时间的争论，人们正在渐渐生疏电网电压稳定性的动态本质和电压崩溃的机理，并提出了一些有关电压稳定性的分析方法和防止电压崩溃的对策。 起初人们观看到，发生电压不稳定或电压崩溃时的系统负荷较大，因此直观地将电压崩溃的缘由归结为系统过载。但这种解释是模糊不清的，它没有答复一个至关重要的问题，即：“当系统过载时，电压崩溃是如何发生的?”。后来的争论工作主要集中在分析电压崩溃的机理，从而为系统的电压掌握器设计供给理论根底。 现代大型互联电力系统中一般总包含从遥远发电厂到负荷中心的长距离输 电线路，并且各于系统之间的联系薄弱，当有功和无功功率流过具有电感特性的输电线路时，会产生较大的电压降落，这就使得系统的电压掌握面临挑战。电力系统中一般有两种根本的电压掌握方式。一种是借助于励磁掌握器调整发电机的端电压。然而当输电线路很长时，这种掌握方式对于改善负荷电压的效果并不明显。因此，要使负荷电压维持在正常的水平，就需要其他的电压掌握器。通常在负荷点四周加装并联电容器，从而可以补偿沟通电流的感性重量。另一种是通过掌握有载调压(Under-Load Tap Chaging，ULTC)变压器的分接头来调整负荷电压。然而，全部电压掌握器都存在限值。正常运行状况下，在掌握器未达其限值之前，全部母线电压能够维持在指定的电压水平。而在一些严峻状况下，例如重要的输电线路停运、重负荷等，掌握器可能到达其限值。系统的电压掌握明显是一个动态过程，各掌握器自身的时间常数大约在几秒到几分钟之间。在实际系统中，由于包含众多的掌握器且网络构造浩大，负荷也随电压或频率的波动而变化， 因此这个动态过程是相当简单的。当电压低于肯定水寻常，各种保护装置还可能动作，从而切除一些设备和／或断开网络的一些联系。全部这些大事的综合后果可能使得系统电压渐渐降低，即发生电压崩溃。总体来讲，输电网络的强度，系统传送功率的水平，负荷特性，各种无功电压掌握装置的特性和限制及其协调等等，都对系统的电压不稳定甚至电压崩溃起着重要的作用。 电力系统是典型的动态系统，它可以用微分-代数方程加以描述。由于通常意义上的“稳定性”是针对动态系统而言的，因此毫无疑问，和功角稳定性一样， 系统的电压稳定性也属于一类动态系统的稳定性问题。在前面争论系统的功角稳定性时，我们关注的是在患病干扰后发电机的转子运动规律。而在