電壓穩(wěn)定性分析

1、電壓穩(wěn)定性分析課件第1頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四目 錄 一概述二復(fù)雜電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析 四電力系統(tǒng)低頻振蕩分析及解決方法 三復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析五電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 六電力系統(tǒng)中、長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究 第2頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 一概述二簡(jiǎn)單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析三改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù) 第3頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四第一節(jié) 概述一、電壓穩(wěn)定性的基本概念 近30年來，電力系統(tǒng)向大機(jī)組，大電網(wǎng)，高電壓和遠(yuǎn)距離輸電發(fā)展。這對(duì)合理利用能源，提高經(jīng)

2、濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。但也給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來了一些新問題。其中之一就是電壓崩潰惡性事故。70年代以來，國(guó)內(nèi)外的電網(wǎng)發(fā)生了多起以電壓失穩(wěn)為特征的電網(wǎng)瓦解事故。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第4頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 1972年7月27日我國(guó)湖北電網(wǎng)的武漢和黃石地區(qū)的電壓崩潰事故，使受端系統(tǒng)全部瓦解； 1973年7月12日東北電網(wǎng)的大連地區(qū)電壓崩潰，造成大連地區(qū)全部停電。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第5頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 1978年12月19日法國(guó)電網(wǎng)大停電； 1983年12月27日

3、瑞典電網(wǎng)事故； 1987年7月23日日本東京大停電； 美國(guó)西部1996年7月2日和8月10日連續(xù)兩次大停電事故； 因?yàn)殡妷菏Х€(wěn)導(dǎo)致大面積，長(zhǎng)時(shí)間的停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)混亂。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第6頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 多次大停電事故給人們震動(dòng)很大，再次向電力界敲響了警鐘。 我國(guó)電力工業(yè)部也專門組織有關(guān)人員進(jìn)行研究，討論我國(guó)電網(wǎng)的現(xiàn)狀及存在的問題，使電壓穩(wěn)定問題成為關(guān)注的焦點(diǎn)。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第7頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 電壓穩(wěn)定的研究可以追溯到40年代，H.M.馬爾柯

4、維奇提出了第一個(gè)電壓穩(wěn)定判據(jù)。 但是直到70年代，對(duì)電壓穩(wěn)定性的研究一直處于初級(jí)階段，沒有多大進(jìn)展。人們一直認(rèn)為電壓穩(wěn)定問題是局部的，系統(tǒng)末端的小問題。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第8頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 1978年法國(guó)電網(wǎng)的災(zāi)難性電壓崩潰事故使電壓穩(wěn)定問題受到關(guān)注。這次典型的電壓崩潰事故使法國(guó)電網(wǎng)70%以上的用戶停電。 電壓穩(wěn)定問題已經(jīng)是影響整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的大問題。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第9頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 70年代末期開始，人們對(duì)電壓穩(wěn)定問題進(jìn)行了大量的研究工作。 由于有記

5、錄的電壓崩潰事故離初始故障的時(shí)間都比較長(zhǎng)，早期普遍認(rèn)為電壓穩(wěn)定是一個(gè)靜態(tài)問題，研究的重點(diǎn)集中在靜態(tài)機(jī)理探討和基于潮流方程的極限運(yùn)行狀態(tài)的求取。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第10頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 隨后遇到的困難使人們認(rèn)識(shí)到電壓穩(wěn)定問題的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)研究的必要性，研究人員反過來重視了對(duì)電壓崩潰現(xiàn)象的物理本質(zhì)的探討，動(dòng)態(tài)機(jī)理分析和建模等方面的研究。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第11頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 到目前為止，電壓穩(wěn)定性研究已取得了很大的進(jìn)展，但離實(shí)際要求還差得很遠(yuǎn)。 電壓穩(wěn)定性的理論體系還未

6、建立，甚至對(duì)于電壓穩(wěn)定破壞的機(jī)理尚有許多不同的觀點(diǎn)。 這一方面的工作還有待進(jìn)一步地開展。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第12頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 關(guān)于電壓穩(wěn)定性的定義至今仍存在分歧。1990年IEEE將電壓穩(wěn)定性定義為“系統(tǒng)維持電壓的能力。當(dāng)負(fù)荷導(dǎo)納增大時(shí)，負(fù)荷功率也隨之增大，并且功率和電壓都是能控的。” 電壓崩潰是指由于電壓不穩(wěn)定所導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)大面積，大幅度的電壓下降的過程。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第13頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 CIGRE于1993年把電壓穩(wěn)定研究分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定

7、，又進(jìn)一步將動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分為小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定，暫態(tài)電壓穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定。 電壓穩(wěn)定性和功角穩(wěn)定性的研究側(cè)重點(diǎn)不同，如何認(rèn)識(shí)二者的聯(lián)系迄今仍無定論。兩種極端的情況是：第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第14頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)經(jīng)一個(gè)電抗接于無窮大母線（純“功角穩(wěn)定性”）； 一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)經(jīng)一個(gè)電抗接于“靜態(tài)”負(fù)荷（純“電壓穩(wěn)定性”）。 伴隨功角不穩(wěn)定出現(xiàn)的電壓下降，具有伴隨電壓不穩(wěn)定出現(xiàn)的電壓崩潰的某些現(xiàn)象。但電壓失控不一定包含大的或越來越大的功角偏離。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第15頁，共82頁，2022年，5月20日，

8、19點(diǎn)16分，星期四 現(xiàn)在普遍接受的觀點(diǎn)是電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓水平主要由無功功率平衡條件決定。 許多文獻(xiàn)把電壓崩潰歸結(jié)為系統(tǒng)不能滿足無功需求的增加，在某些不良運(yùn)行點(diǎn)或當(dāng)系統(tǒng)受到較大擾動(dòng)后，首先因?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)和負(fù)荷端電壓下降，負(fù)荷需求減少，系統(tǒng)能保持電壓相對(duì)穩(wěn)定。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第16頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 隨后，由于帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器的連續(xù)調(diào)節(jié)使負(fù)荷端電壓升高，供電得以恢復(fù)，同時(shí)帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器一次側(cè)電壓下降，電流上升，發(fā)電機(jī)無功越限，其連鎖反應(yīng)使負(fù)荷電壓下降，電壓穩(wěn)定破壞。 電力系統(tǒng)有功功率和無功功率不能截然分開進(jìn)行分析，電壓崩

9、潰既于無功功率相關(guān)，也于有功功率相關(guān)。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第17頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四二、電壓穩(wěn)定性的研究?jī)?nèi)容 電壓穩(wěn)定的研究按照其目的不同目前分為三大類：電壓崩潰的機(jī)理探討，電壓穩(wěn)定安全計(jì)算和預(yù)防措施研究。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第18頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 電壓崩潰機(jī)理探討的目的是弄清楚主導(dǎo)電壓崩潰發(fā)生發(fā)展的本質(zhì)因素，電壓穩(wěn)定問題和電力系統(tǒng)其它問題的相互關(guān)系，電力系統(tǒng)中各種元件對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響，并建立分析電壓穩(wěn)定問題的適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)模型。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第19頁

10、，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 早期的靜態(tài)研究中的機(jī)理認(rèn)識(shí)集中在 曲線和 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)因素受到重視后，負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，有載調(diào)壓變壓器（OLTC）的負(fù)調(diào)壓作用受到了普遍關(guān)注。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第20頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 目前普遍認(rèn)為無功功率的平衡，發(fā)電機(jī)無功出力的限制，OLTC的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性與電壓崩潰關(guān)系密切。 但目前對(duì)電壓崩潰機(jī)理認(rèn)識(shí)還不一致，不同研究人員所采用的系統(tǒng)模型也有很大差別，因此迫切需要全面深入地開展電壓失穩(wěn)機(jī)理的探討。第五章電力

11、系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第21頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性是探討電壓失穩(wěn)機(jī)理的關(guān)鍵，建立適合于電壓穩(wěn)定研究的負(fù)荷模型已受到重視。 電壓穩(wěn)定與同步穩(wěn)定研究一樣，求解穩(wěn)定裕度是十分關(guān)鍵的工作。據(jù)此我們可以分析系統(tǒng)的狀況，采取控制措施，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第22頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 電壓穩(wěn)定安全指標(biāo)計(jì)算包括兩個(gè)方面：尋找恰當(dāng)?shù)陌踩笜?biāo)和快速又有足夠靈敏度的計(jì)算方法。 已提出的安全指標(biāo)主要有：各類靈敏度指標(biāo)，潮流雅可比矩陣奇異值指標(biāo)，臨界電壓指標(biāo)和裕度指標(biāo) 。裕度指標(biāo)的線性很好

12、，但涉及臨界點(diǎn)的求取，潮流雅可比矩陣奇異給計(jì)算帶來困難。目前已經(jīng)在這方面做了許多工作。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第23頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 其它指標(biāo)只用到系統(tǒng)當(dāng)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的信息，計(jì)算簡(jiǎn)單，但線性較差，稱之為狀態(tài)指標(biāo)比較貼切。目前需要解決以下三個(gè)問題： 快速準(zhǔn)確的裕度指標(biāo)計(jì)算方法； 根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)理對(duì)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)；第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第24頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四在快速算法中計(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

13、。 預(yù)防措施的研究，以日本和法國(guó)采取的事故對(duì)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，后者基于對(duì)電壓崩潰過程階段的劃分，側(cè)重于事故發(fā)生前的緊急狀態(tài)下的預(yù)防措施。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第25頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 目前普遍認(rèn)為：加強(qiáng)無功備用，提高緊急狀態(tài)下的無功應(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。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第26頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四三、電壓穩(wěn)定性的研究方法 由于對(duì)電壓穩(wěn)定性機(jī)理的認(rèn)識(shí)有一個(gè)過程，對(duì)電壓穩(wěn)定性的研

14、究可分為三個(gè)階段： 第一階段，從馬爾柯維奇提出第一個(gè)電壓穩(wěn)定判據(jù)到20世紀(jì)70年代中期，這是電壓穩(wěn)定問題未引起足夠重視的階段；第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第27頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 第二階段，從20世紀(jì)70年代末期到80年代中期，是注重電壓靜態(tài)機(jī)理研究的階段； 第三階段，從20世紀(jì)80年代中期起，是以電壓動(dòng)態(tài)機(jī)理探討為基礎(chǔ)的研究階段。目前的一些研究方法和結(jié)論，是第一階段和第二階段的結(jié)果，在考慮電壓動(dòng)態(tài)機(jī)理時(shí)，有些方法和結(jié)論需要修正。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第28頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 按研究采

15、用的模型劃分，對(duì)電壓穩(wěn)定性的研究可以分為四大類： 基于物理概念的定性分析， 基于潮流方程的靜態(tài)方法， 基于線性化動(dòng)態(tài)方程的小干擾分析方法, 基于非線性動(dòng)態(tài)方程的時(shí)域仿真計(jì)算。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第29頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四1.基于物理概念的定性分析 定性分析對(duì)于指導(dǎo)研究方向非常重要?；凇鞍l(fā)電機(jī)-輸電線-負(fù)荷” 模型導(dǎo)出 曲線， 曲線和 曲線，依此展開分析是最直觀的一種研究方法。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第30頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 在第二階段因?yàn)閷㈦妷悍€(wěn)定劃為靜態(tài)問題，使研究走了一段彎路

16、。某些靈敏度判據(jù)， 曲線機(jī)理解釋都是在簡(jiǎn)化條件下得出的，在應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)往往不成立。因此，目前迫切需要全面檢驗(yàn)現(xiàn)有的有關(guān)電壓穩(wěn)定問題的定性認(rèn)識(shí)的正確性。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第31頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四2.基于潮流方程的靜態(tài)研究 基于潮流方程的靜態(tài)研究方法主要有: 最大功率法， 靈敏度分析方法， 潮流多解方法和 雅可比矩陣奇異方法。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第32頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四最大功率法 當(dāng)負(fù)荷需求超出電力網(wǎng)絡(luò)傳輸功率極限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其中包括電壓失穩(wěn)。這是一種樸素的物理

17、觀點(diǎn)。把電力網(wǎng)絡(luò)輸送功率的極限作為靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)正是最大功率法的基本原則。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第33頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 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), 所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的復(fù)功率之和最大判據(jù)。 許多作者采用最大功率判據(jù)作為臨界點(diǎn)判據(jù)。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第34頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四靈敏度分析方法 靈敏度分析方法利用系統(tǒng)中某些量的變化關(guān)系來分析穩(wěn)定問題。常見的靈敏度判據(jù)有 ，其中 分別為 節(jié)點(diǎn)和 節(jié)點(diǎn)的電壓和無功功率注入量， 為電網(wǎng)輸送給負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的

18、無功功率的總和與負(fù)荷需求的無功功率之差。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第35頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 把靈敏度判據(jù)推廣到復(fù)雜系統(tǒng)中，則轉(zhuǎn)化為對(duì)某種形式的雅可比矩陣的數(shù)學(xué)性質(zhì)的判斷。 在簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，各類靈敏度判據(jù)是相互等價(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)后，則彼此不再總是一致，也不一定能反映系統(tǒng)的極限輸送能力。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第36頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四第二節(jié)簡(jiǎn)單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析 在電力需求不斷增加，負(fù)荷容量不斷集中，電源遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況下，當(dāng)輸電系統(tǒng)帶

19、重負(fù)荷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖5-1所示電壓不可控制且連續(xù)下降的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖5-1 負(fù)荷點(diǎn)的電壓崩潰過程第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第37頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 圖中示出110kv和6kv母線電壓的崩潰過程。開始時(shí)母線電壓自發(fā)下降，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。電壓崩潰的基本特征是電壓和有功功率數(shù)值減小，無功功率增大。圖中電壓崩潰后的振蕩是由于同步電機(jī)的非同步運(yùn)行引起的。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第38頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持負(fù)荷電壓水平的能力。它與電力系統(tǒng)的電源配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，負(fù)荷特性

20、等因素有關(guān)。往往由于系統(tǒng)電壓的擾動(dòng)，線路阻抗突然增大，功率減小或負(fù)荷的增大而誘發(fā)電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓崩潰，造成大面積停電。所以，電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一部分。確定電壓穩(wěn)定性條件是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的重要內(nèi)容之一。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第39頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四一、電壓穩(wěn)定性分析 下面以“發(fā)電機(jī)-輸電線-負(fù)荷” 簡(jiǎn)單模型來說明靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。 如圖5-2，設(shè)電源點(diǎn)的電壓為 ，經(jīng)過阻抗 的線路，對(duì)一功率為 的負(fù)荷供電，這時(shí)負(fù)荷端的電壓為 。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第40頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)1

21、6分，星期四 寫出供電功率方程式： （5-1） （5-2）第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第41頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 在 給定的情況下，從二式中消去角，得 （5-3）由式（5-3）可得 （5-4） 圖5-2 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第42頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 如果給定送、受端的電壓，則上式表示一個(gè)在 坐標(biāo)系（ -垂直軸， -水平軸，以負(fù)荷吸收的功率為正值）上以 為圓心，以 為半徑的一個(gè)圓。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第43頁，共82頁，2022年，5月20日，1

22、9點(diǎn)16分，星期四 以 為參變量，則可按上式得圖5-3所示的一簇圓。每一個(gè)圓表示在給定 受端電壓為 的條件下 和 的關(guān)系。 圖5-3 電力系統(tǒng)圓圖 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第44頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 從圖可知，在給定 的情況下，負(fù)荷吸收的無功功率越小，受端的電壓越高。 增大時(shí)，為維持輸電容量和受端電壓，必須增加受端系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償容量。要維持較高電壓，甚至要向系統(tǒng)輸入無功功率。這一簇圓的共同切線代表允許存在的運(yùn)行方式的極限邊界，在該切線的上側(cè)是不可能存在的運(yùn)行方式，切線的下側(cè)是可以運(yùn)行的區(qū)域。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第4

23、5頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 進(jìn)一步分析這個(gè)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的輸電特性時(shí)，可從式（5-3）解出 與 和 的關(guān)系 （5-5）式中： 因?yàn)殡妷?的幅值必須是 的實(shí)數(shù)， ,所以 ，即 。在給定 ， 或功率因數(shù)的情況下，可得如圖5-4所示的三組受端負(fù)荷功率與電壓 的關(guān)系曲線。作圖時(shí)設(shè)定 。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第46頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四圖5-4 負(fù)荷與受端電壓的關(guān)系a P給定；b Q給定；c Cos給定 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第47頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 與分析發(fā)電

24、機(jī)同步運(yùn)行的功角穩(wěn)定性相似，在同一負(fù)荷情況下，可得到兩個(gè)不同的負(fù)荷端電壓值。其中較大的電壓值 是屬于靜態(tài)穩(wěn)定的運(yùn)行方式，另一個(gè)較小的電壓值 則是靜態(tài)不穩(wěn)定的。隨著負(fù)荷的增加， 相應(yīng)減小，而 相應(yīng)增大。這兩個(gè)電壓值逐漸趨近。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第48頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 當(dāng)負(fù)荷功率達(dá)到極限值 （或 ）時(shí)， 。這時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷端功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù) 或 ，這就是電 壓靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。 第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第49頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 這個(gè)極限情況相應(yīng)于式（5-5）中 ，即 （5-6） 在給定

25、 （或 ）的情況下，可從（5-6）式求出極限情況的 （或 ），然后可得出極限情況時(shí)的負(fù)荷端電壓 （5-7）第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第50頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 假定負(fù)荷的有功功率為給定值 ，則由（5-6）式可求得： （5-8） 將式（5-8）代入（5-7）即可求出相應(yīng)的極限電壓 。 一般用 表示節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第51頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 從圖5-4(a)可看出，隨著 的增大，受端必須有足夠的無功功率補(bǔ)償才能維持受端電壓 。同時(shí)， 越大， 越大。這表示正常運(yùn)行電壓

26、距極限電壓越近，電壓穩(wěn)定裕度減小。 假定負(fù)荷的無功功率為給定值 ，則由（5-6）式可求得： （5-9）第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第52頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 將式（5-9）代入（5-7）即可求出相應(yīng)的極限電壓 。從圖5-4(b)可看出，增大受端系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償就是使受端吸收的無功功率減少， 的極大值和極限電壓值將增大，這有利于節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第53頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 假定負(fù)荷的功率因數(shù) 為給定值，則由（5-6）式可求得： （5-10） 相應(yīng)的極限電壓 （5-11

27、）第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第54頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 圖5-4(c)中的虛線表示不同 情況下的極限曲線，虛線右側(cè)的區(qū)域是電壓穩(wěn)定區(qū)域，而左側(cè)是不穩(wěn)定區(qū)域。從上述分析可知，在給定電源配置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的條件下，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，為了維持負(fù)荷端電壓，必須減少負(fù)荷的無功功率或增大無功功率的補(bǔ)償，不然節(jié)點(diǎn)電壓將下降，當(dāng)電壓下降低于極限電壓值時(shí)就不能維持穩(wěn)定運(yùn)行。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第55頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四二、電源對(duì)負(fù)荷點(diǎn)電壓的影響 下面討論電源側(cè)電壓 對(duì)負(fù)荷點(diǎn)電壓穩(wěn)定性的影響。在給定 和 的條件

28、下，從式（5-4）可得出如圖5-5所示的 和 的關(guān)系曲線。對(duì)應(yīng)于一個(gè) 可得到兩個(gè)不同的負(fù)荷端電壓值，其中較大的 是靜態(tài)穩(wěn)定的運(yùn)行方式，另一個(gè)較小的電壓值 是靜態(tài)不穩(wěn)定的運(yùn)行方式。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第56頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 隨著 的減小， 相應(yīng)減小， 相應(yīng)增大。當(dāng) 達(dá)到極限值 時(shí)， 。 （5-12） （5-13）第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第57頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 圖5-5 電源端和負(fù)荷端電壓關(guān)系 圖5-6 節(jié)點(diǎn)綜合負(fù)荷的穩(wěn)定性第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第58頁，共82

29、頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 相應(yīng)的電壓靜態(tài)穩(wěn)定極限條件可由式（5-3）得出： （5-14） 前面討論節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性時(shí)，沒有考慮負(fù)荷的電壓特性。根據(jù)負(fù)荷特性，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的功率隨電壓的變化有很大的增減，特別是無功功率的變化更為顯著。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第59頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 如圖5-6所示的綜合負(fù)荷無功功率與電壓的關(guān)系曲線1，當(dāng)電壓偏離額定值 時(shí)，電壓的增大將使電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的勵(lì)磁無功功率增加；而電壓的下降使鐵芯吸收的勵(lì)磁功率減少，因而負(fù)荷的無功功率相應(yīng)減少。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第60頁，共

30、82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 但當(dāng)電壓進(jìn)一步下降時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差增大直至電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)的過程中，電動(dòng)機(jī)將吸收大量的無功功率。圖5-6同時(shí)示出電源經(jīng)輸電線路向受端節(jié)點(diǎn)提供的無功功率與受端電壓的特性曲線2。正常運(yùn)行時(shí)，曲線1和曲線2相交于點(diǎn) 和點(diǎn) ，其中點(diǎn) 是穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn)。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第61頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 當(dāng)系統(tǒng)電壓變化時(shí)（如電壓降低），系統(tǒng)提供的無功功率增加而負(fù)荷吸收的無功功率減少，結(jié)果使節(jié)點(diǎn)的無功功率供大于求，所以節(jié)點(diǎn)電壓上升，趨向點(diǎn) 。相應(yīng)的穩(wěn)定條件為： （5-15） 其中： 為節(jié)點(diǎn)1輸送到節(jié)點(diǎn)2的

31、無功功率； 為節(jié)點(diǎn)2負(fù)荷吸收的無功功率。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第62頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 當(dāng)改變節(jié)點(diǎn)無功功率的供需特性，如圖5-6曲線 ，使曲線相切，即 ，此時(shí)為極限狀態(tài)。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第63頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四三、并聯(lián)電容器對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響 在系統(tǒng)運(yùn)行中，為了減少無功功率的不合理流動(dòng)，提高局部地區(qū)的電壓，在負(fù)荷側(cè)的變電所或負(fù)荷端并接并聯(lián)電容器，改善功率因數(shù)，減少線損，提高負(fù)荷端的電壓。并聯(lián)電容器產(chǎn)生的無功功率為： （5-16） 它與電壓的平方成正比（如圖5-8(a)中曲線

32、 ）。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第64頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四圖5-7 并聯(lián)電容器與調(diào)壓變壓器 圖5-8 并聯(lián)電容器對(duì)負(fù)荷穩(wěn)定性的影響第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第65頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 并聯(lián)電容器對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響要根據(jù)具體情況來確定。下面分兩種情況來討論。 在接入電容器前電壓偏低，接入后不進(jìn)行任何電壓調(diào)整。并聯(lián)電容器的接入使負(fù)荷點(diǎn)的無功功率特性從 變成 。負(fù)荷無功功率特性與供電無功功率特性 的交點(diǎn)由1變到2。這表明接入電容器后，負(fù)荷端電壓由 升到 。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第

33、66頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 并聯(lián)電容器用來提高功率因數(shù)，接入電容器后在正常情況下要改變變壓器分接頭來調(diào)整電壓。此時(shí)，由于改變變壓器分接頭，相應(yīng)改變了 的特性，使負(fù)荷端電壓回復(fù)到原始電壓 。由圖5-8(b)可看出，接入電容器后，正常電壓與極限電壓之間的差距減小，對(duì)電壓穩(wěn)定性不利。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第67頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四四、帶負(fù)荷自動(dòng)調(diào)分接頭對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響 上述討論是考慮負(fù)荷緩慢變化的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題。在大干擾后，系統(tǒng)運(yùn)行方式在進(jìn)行一次調(diào)整后，將在一較低電壓水平下運(yùn)行。這種情況下影響電壓穩(wěn)定性的

34、主要因素有： 負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性； 變壓器的自動(dòng)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭；第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第68頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流保護(hù)引起的發(fā)電機(jī)斷開。 由于這些因素的影響都有一定的延時(shí)，所以大干擾后的電壓崩潰往往要在幾分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間以后。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第69頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 圖5-9 變壓器分接頭變化對(duì)運(yùn)行特性的影響第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第70頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 電壓下降時(shí)，由于負(fù)荷特性，負(fù)荷從系統(tǒng)吸取的無

35、功功率要相應(yīng)減少，這在一定程度上起著自動(dòng)維持電壓的作用，使系統(tǒng)在一個(gè)接近初始狀態(tài)的運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第71頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 但是，帶負(fù)荷調(diào)節(jié)變壓器將根據(jù)負(fù)荷側(cè)電壓的下降程度自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，力圖使負(fù)荷側(cè)電壓恢復(fù)到整定值。這使負(fù)荷從系統(tǒng)吸取的無功功率也相應(yīng)增加，惡化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而使負(fù)荷側(cè)電壓進(jìn)一步降低。如此反復(fù)循環(huán)，直到變壓器的分接頭達(dá)到極限位置。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第72頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 所以，在接近電壓穩(wěn)定極限時(shí)，變壓器分接頭的調(diào)整將使系統(tǒng)提前進(jìn)入電壓不穩(wěn)定區(qū)域（見圖5-9），使原來可以在較低電壓水平下維持穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。這就是帶負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器分接頭在電壓崩潰過程中起的副作用。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第73頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四 在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流達(dá)到其最大極限值，保護(hù)裝置會(huì)使發(fā)電機(jī)斷開，這將使系統(tǒng)的無功功率缺額擴(kuò)大，在嚴(yán)重情況下加快電壓崩潰的過程。第五章電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析及處理措施 第74頁，共82頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)16分，星期四第三節(jié) 改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù) 為