论文部分内容阅读
【摘 要】在电网研究的领域中，电压稳定问题变得越来越重要。我们只有深入的了解电压稳定问题的本质和机理，正确建立电网电压稳定的研究模型，并且掌握电压稳定问题的有效分析方法，才能真正的预测和控制电网电压的稳定性。
【关键词】电压；稳定性；分析；电网；应用；
电压稳定性，是指当系统受到扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，从而避免发生电压崩溃的能力。目前，学术界对于电网电压稳定性的定义多种多样。但是在电压稳定的机理解释、理论研究体系的建立等方面仍不完善，相比较成熟的功角稳定性仍然有较大的差距，多方面的问题需要进行更为深入的研究。下文从电压稳定分类、电压稳定分析方法和防止电压失隐的措施三方面进行了分析。
一、电压稳定分类
由于电压失稳的情况复杂多变，在研究电压稳定性时，需对电压稳定问题进行分类，其主要从两个角度进行划分：
1.1 从外界扰动的性质出发，可分为：
（1）大扰动电压稳定。指电网遭受大的扰动后，如短路故障、切机等，保持电压稳定的能力。它由系统和负荷特性以及两者间连续和不连续控制及保护的相互作用所决定。
（2）小扰动电压稳定。指电网在遭受小的扰动后，如负荷的增加等，仍能保持电压稳定的能力。它受负荷特性以及给定时间内的连续和不连续控制作用的影响。
1.2 按时间框架的角度出发，电压稳定性可分为：
（1）短期电压稳定。通常与快速动作元件如HVDC变流器、感应电动机等的动态相应特性有关。当电网发生大扰动时，随着故障过程中发电机之间的相对摇摆，可能造成某些母线电压不可逆转的急剧下降，而发电机之间的相对摇摆可能并未超过其功角失稳的范围[1]。
（2）中长期电压稳定。可能由于缓慢的负荷增长所引起，也有可能是发生在扰动后的系统恢复过程，与动态元件的调节过程有关。如调压变压器（OLTC）、发电机励磁限制器等动态恢复特性，会在系统无功补偿不足时，使系统过渡到不稳定的状态点，从而最终导致电压失稳。
二、电压稳定的几种分析方法
2.1 灵敏度分析法
灵敏度分析法主要反映的是系统极限传输能力，其物理本质是：把系统向负荷高压母线输送功率的极限能力作为电压稳定的临界状态。同时还可以根据需要构造出各种形式的灵敏度指标。如动态负荷功率对电压的灵敏度指标。网损对支路参数的灵敏度指标等。这种分析方法的优点是用法灵活，针对性强，且精度较好。但是灵敏度指标属于状态指标，对于电网整个过程中发生的一些不连续因素队电压稳定造成的影响束手无策，这一点还有待改进。
2.2 时域仿真法
时域仿真法，就是重点研究对电压失稳起决定性作用的元件的动态特性，并采用恰当的模型来加以描述，例如在中长期电压失稳的研究中，主要的研究对象为发电机过励磁限制，OLTC，和恒温控制负荷的动态特性。而在短期电压失稳中，主要研究的对象则为感应电动机负荷的动态特性模型。这种方法的优点是准确性较高，但是计算时间长，且不能反映出系统具体的稳定程度[2]。
2.3 软件分析法
目前，由东南大学研发的一款“线性系统特征值分析法电压动态稳定计算软件”在用来分析系统由于小扰动而产生的电压不稳的现象时，其实用性很强。它的主要思想是：首先分析出对系统电压失稳起决定性作用的动态元件。其次，系统软件自动列出能表征系统特性的全微分方程。再次，对负荷节点的特性进行线性化处理。最后，求出线性系统系数矩阵的特征值。并且根据特征值的特点来对系统电压稳定性进行分析。
2.4 小扰动分析方法
小扰动分析是电网稳定分析的一般性方法，也适用于电压稳定性分析，是将描述系统动态方程的一组非线性微分代数方程在给定运行平衡点线性化，其数学基础是李雅普诺夫线性化方法，通过对状态方程的特征矩阵来判断系统的动态稳定性。由于不同分析对象的不同电气距离以及动态元件时间常数的不同，因此对电压稳定的影响也不同。可见，建立快速、准确的模型是有效分析小扰动电压稳定的关键[3]。
2.5 大扰动分析方法
当电网遭受短路故障、切机等大扰动冲击时，或在小干扰稳定裕度边缘时负荷的增加，都有可能导致系统电压失稳。此时，为了揭示出失稳的发展机制和大干扰下电压稳定的特征，必须保留对动态行为数学描述的非线性特征。其研究方法主要有时域仿真法和能量函数法。
（1）时域分析法是在保留非线性特征并考虑元件的动态作用下，采用对DDAE方程组进行数值积分得到电压和其他量随时间变化曲线的一种方法，从而进行对电压稳定性的判断。该方法较为精确但是数值积分速度慢，对稳定极限的计算量非常大。
（2）能量函数法是通过计算故障后系统能量与临界能量之差值来判断是否稳定。该方法比较快速，为系统中电压稳定的薄弱区域识别和不同规模系统间电压稳定性的比较提出了良好依据，但是，对于具有复杂动态特性和有损耗的输电系统，并不能保证能量函数的存在，目前仅作为基础探讨电压稳定判据和临界点的性质。
三、电网建设初期防止电压失稳的措施
3.1 预防控制
预防控制是指在當前运行方式下负荷连续增长，或通过故障分析得知系统故障后可能发生故障问题时，采取的控制措施，以保证系统在当前运行方式下或故障后状态下保持一定的稳定裕度，防止电压崩溃的发生，是一种慢速、调节性控制。电网预防电压失稳的措施有：1）电压无功的再调度；2）发电机处力调整；3）无功补偿措施；4）有功和无功储备的调整；5）某些界面潮流的调整；6）HVDC、FACTS的调整等；7）切负荷等。
3.2 校正控制
校正控制是指在系统发生严重事故或系统处于连续负荷增长情况下，处于电压不稳定的过程中进行的控制使系统能够恢复稳定或保持一定和稳定裕度的控制手段，它是一种快速、紧急性的控制。电网电压失稳的校正措施有：1）发电机出力调整；2）尽可能的投入无功补偿装置；3）切负荷。
3.3 合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值
电网必须考虑可能发生的最严重事故情况，并配合解列点的安排，合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值。当整个系统或解列后的局部出现功率缺额时，能够有计划地按频率下降情况自动减去足够的负荷，以保证重要用户的不间断供电。发电厂应有可靠的倮证厂用电供电措施，防止因失去厂用电导致的全厂停电[4]。
3.4 电网结构上应体现合理的分层分区原则
电网必须在适当的地点设置解列点，并装设自动解列装置，当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需平衡各自保持同步运行的两个或几个部分，防止系统长时间不能拉入同步造成系统频率合电压的崩溃。
四、结束语
电网的电压稳定性一直是近些年来研究的热点问题之一。影响电压稳定的因素众多，而且变得越来越复杂。经过研究人员长时间的努力，已经取得了大量的理论研究成果。然而，目前对电压稳定问题的机理解释等还不够完善和全面，仍需进一步的深入研究。电网电能质量指示包括电压、频率、波形。但本文的工作只是从电压方面对电网稳定进行了分析，仍有很多研究工作有待充实和完善，在未来的研究中可以从频率和波形两方面对电力统系稳定进行研究和探讨。
参考文献
[1]胡绪强. 电力系统静态电压稳定性分析[D].江苏科技大学，2012.
[2]张海鹏. 电力系统电压稳定性及其控制分析[J]. 科技创新导报，2011，01：108.
[3]黄问贵，丰伟. 煤矿电力系统静态电压稳定性分析[J]. 煤炭技术，2011，10：33-35.
[4]李泉，任建文，胡文平. 电力系统电压稳定性分析方法研究[J]. 广东电力，2010，10：18-23+65.
【关键词】电压；稳定性；分析；电网；应用；
电压稳定性，是指当系统受到扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，从而避免发生电压崩溃的能力。目前，学术界对于电网电压稳定性的定义多种多样。但是在电压稳定的机理解释、理论研究体系的建立等方面仍不完善，相比较成熟的功角稳定性仍然有较大的差距，多方面的问题需要进行更为深入的研究。下文从电压稳定分类、电压稳定分析方法和防止电压失隐的措施三方面进行了分析。
一、电压稳定分类
由于电压失稳的情况复杂多变，在研究电压稳定性时，需对电压稳定问题进行分类，其主要从两个角度进行划分：
1.1 从外界扰动的性质出发，可分为：
（1）大扰动电压稳定。指电网遭受大的扰动后，如短路故障、切机等，保持电压稳定的能力。它由系统和负荷特性以及两者间连续和不连续控制及保护的相互作用所决定。
（2）小扰动电压稳定。指电网在遭受小的扰动后，如负荷的增加等，仍能保持电压稳定的能力。它受负荷特性以及给定时间内的连续和不连续控制作用的影响。
1.2 按时间框架的角度出发，电压稳定性可分为：
（1）短期电压稳定。通常与快速动作元件如HVDC变流器、感应电动机等的动态相应特性有关。当电网发生大扰动时，随着故障过程中发电机之间的相对摇摆，可能造成某些母线电压不可逆转的急剧下降，而发电机之间的相对摇摆可能并未超过其功角失稳的范围[1]。
（2）中长期电压稳定。可能由于缓慢的负荷增长所引起，也有可能是发生在扰动后的系统恢复过程，与动态元件的调节过程有关。如调压变压器（OLTC）、发电机励磁限制器等动态恢复特性，会在系统无功补偿不足时，使系统过渡到不稳定的状态点，从而最终导致电压失稳。
二、电压稳定的几种分析方法
2.1 灵敏度分析法
灵敏度分析法主要反映的是系统极限传输能力，其物理本质是：把系统向负荷高压母线输送功率的极限能力作为电压稳定的临界状态。同时还可以根据需要构造出各种形式的灵敏度指标。如动态负荷功率对电压的灵敏度指标。网损对支路参数的灵敏度指标等。这种分析方法的优点是用法灵活，针对性强，且精度较好。但是灵敏度指标属于状态指标，对于电网整个过程中发生的一些不连续因素队电压稳定造成的影响束手无策，这一点还有待改进。
2.2 时域仿真法
时域仿真法，就是重点研究对电压失稳起决定性作用的元件的动态特性，并采用恰当的模型来加以描述，例如在中长期电压失稳的研究中，主要的研究对象为发电机过励磁限制，OLTC，和恒温控制负荷的动态特性。而在短期电压失稳中，主要研究的对象则为感应电动机负荷的动态特性模型。这种方法的优点是准确性较高，但是计算时间长，且不能反映出系统具体的稳定程度[2]。
2.3 软件分析法
目前，由东南大学研发的一款“线性系统特征值分析法电压动态稳定计算软件”在用来分析系统由于小扰动而产生的电压不稳的现象时，其实用性很强。它的主要思想是：首先分析出对系统电压失稳起决定性作用的动态元件。其次，系统软件自动列出能表征系统特性的全微分方程。再次，对负荷节点的特性进行线性化处理。最后，求出线性系统系数矩阵的特征值。并且根据特征值的特点来对系统电压稳定性进行分析。
2.4 小扰动分析方法
小扰动分析是电网稳定分析的一般性方法，也适用于电压稳定性分析，是将描述系统动态方程的一组非线性微分代数方程在给定运行平衡点线性化，其数学基础是李雅普诺夫线性化方法，通过对状态方程的特征矩阵来判断系统的动态稳定性。由于不同分析对象的不同电气距离以及动态元件时间常数的不同，因此对电压稳定的影响也不同。可见，建立快速、准确的模型是有效分析小扰动电压稳定的关键[3]。
2.5 大扰动分析方法
当电网遭受短路故障、切机等大扰动冲击时，或在小干扰稳定裕度边缘时负荷的增加，都有可能导致系统电压失稳。此时，为了揭示出失稳的发展机制和大干扰下电压稳定的特征，必须保留对动态行为数学描述的非线性特征。其研究方法主要有时域仿真法和能量函数法。
（1）时域分析法是在保留非线性特征并考虑元件的动态作用下，采用对DDAE方程组进行数值积分得到电压和其他量随时间变化曲线的一种方法，从而进行对电压稳定性的判断。该方法较为精确但是数值积分速度慢，对稳定极限的计算量非常大。
（2）能量函数法是通过计算故障后系统能量与临界能量之差值来判断是否稳定。该方法比较快速，为系统中电压稳定的薄弱区域识别和不同规模系统间电压稳定性的比较提出了良好依据，但是，对于具有复杂动态特性和有损耗的输电系统，并不能保证能量函数的存在，目前仅作为基础探讨电压稳定判据和临界点的性质。
三、电网建设初期防止电压失稳的措施
3.1 预防控制
预防控制是指在當前运行方式下负荷连续增长，或通过故障分析得知系统故障后可能发生故障问题时，采取的控制措施，以保证系统在当前运行方式下或故障后状态下保持一定的稳定裕度，防止电压崩溃的发生，是一种慢速、调节性控制。电网预防电压失稳的措施有：1）电压无功的再调度；2）发电机处力调整；3）无功补偿措施；4）有功和无功储备的调整；5）某些界面潮流的调整；6）HVDC、FACTS的调整等；7）切负荷等。
3.2 校正控制
校正控制是指在系统发生严重事故或系统处于连续负荷增长情况下，处于电压不稳定的过程中进行的控制使系统能够恢复稳定或保持一定和稳定裕度的控制手段，它是一种快速、紧急性的控制。电网电压失稳的校正措施有：1）发电机出力调整；2）尽可能的投入无功补偿装置；3）切负荷。
3.3 合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值
电网必须考虑可能发生的最严重事故情况，并配合解列点的安排，合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值。当整个系统或解列后的局部出现功率缺额时，能够有计划地按频率下降情况自动减去足够的负荷，以保证重要用户的不间断供电。发电厂应有可靠的倮证厂用电供电措施，防止因失去厂用电导致的全厂停电[4]。
3.4 电网结构上应体现合理的分层分区原则
电网必须在适当的地点设置解列点，并装设自动解列装置，当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需平衡各自保持同步运行的两个或几个部分，防止系统长时间不能拉入同步造成系统频率合电压的崩溃。
四、结束语
电网的电压稳定性一直是近些年来研究的热点问题之一。影响电压稳定的因素众多，而且变得越来越复杂。经过研究人员长时间的努力，已经取得了大量的理论研究成果。然而，目前对电压稳定问题的机理解释等还不够完善和全面，仍需进一步的深入研究。电网电能质量指示包括电压、频率、波形。但本文的工作只是从电压方面对电网稳定进行了分析，仍有很多研究工作有待充实和完善，在未来的研究中可以从频率和波形两方面对电力统系稳定进行研究和探讨。
参考文献
[1]胡绪强. 电力系统静态电压稳定性分析[D].江苏科技大学，2012.
[2]张海鹏. 电力系统电压稳定性及其控制分析[J]. 科技创新导报，2011，01：108.
[3]黄问贵，丰伟. 煤矿电力系统静态电压稳定性分析[J]. 煤炭技术，2011，10：33-35.
[4]李泉，任建文，胡文平. 电力系统电压稳定性分析方法研究[J]. 广东电力，2010，10：18-23+65.