《電力系統(tǒng)長期動態(tài)電壓故障篩選和控制決策技術規(guī)范》

ICS國際標準分類號

CCS中國標準文獻分類號

團體標準

T/CESXXX-XXXX

電力系統(tǒng)長期動態(tài)電壓故障篩選和控制

決策技術規(guī)范

Technicalspecificationforlong-termvoltagecontingencyscreeningandcontrol

strategyofpowersystems

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電工技術學會發(fā)布

T/CESXXX—XXXX

電力系統(tǒng)長期動態(tài)電壓故障篩選和控制決策技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了電力系統(tǒng)長期動態(tài)電壓故障篩選和控制技術的要求、基礎條件、方法和判據、提高穩(wěn)

定性的控制措施以及系統(tǒng)設計。

本文件適用于110kV及以上電力系統(tǒng)的長期動態(tài)電壓故障篩選和控制決策工作。其他電壓等級可

參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T26399電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術導則

GB/T40581—2021電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算規(guī)范

GB38755-2019電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則

GB/T40615—2021電壓穩(wěn)定評價導則

GB/T19963.1—2021風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定第1部分：陸上風電

GB/T19964—2012光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36995—2018風力發(fā)電機組故障電壓穿越能力測試規(guī)程

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

電壓穩(wěn)定voltagestability

電力系統(tǒng)受到小擾動或大擾動后，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復到允許的范圍內，不發(fā)生電壓崩潰的能

力。

[來源：GB38755—2019，2.2.2]

3.2

靜態(tài)電壓穩(wěn)定steady-statevoltagestability

電力系統(tǒng)受到小擾動后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。

[來源：GB38755—2019，2.2.2.1]

3.3

暫態(tài)電壓穩(wěn)定transientvoltagestability

電力系統(tǒng)受到大擾動后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。

[來源：GB38755—2019，2.2.2.2]

3.4

長期電壓穩(wěn)定long-termvoltagestability

電力系統(tǒng)受到大擾動后，長期過程中系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。

[來源：GB/T40615—2021，3.5]

3.5

機電暫態(tài)過程electromechanicaltransient

由于發(fā)電機和電動機電磁轉矩的變化所引起電機轉子機械運動的變化過程，主要考慮幾個周波到

數十秒的過程。

注：電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程主要關注電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的小擾動

穩(wěn)定性能，包括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。

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3.6

長期動態(tài)過程long-termdynamic

大規(guī)模系統(tǒng)擾動以及由此引發(fā)的有功和無功功率、發(fā)電量和用電量之間不平衡等持續(xù)時間較長、動

作較緩慢的變化過程，主要考慮數十秒至數十分鐘的動態(tài)過程。

注：電力系統(tǒng)長期動態(tài)過程主要關注電力系統(tǒng)遭受到擾動后，系統(tǒng)在長時間過程內維持正常運行的

能力。慢速控制元件如勵磁過勵限制、自動發(fā)電控制、負荷頻率控制等都會對其產生影響。

3.7

電壓崩潰voltagecollapse

當系統(tǒng)處于電壓不穩(wěn)定狀態(tài)，負荷仍持續(xù)地試圖通過增加電流以獲得更大的功率（有功或無功），

導致系統(tǒng)大范圍電壓持續(xù)下降的過程。

3.8

新能源場站newenergystation

集中接入電力系統(tǒng)的風電場或光伏電站并網點以下所有設備。

注：包括變壓器、母線、線路、變流器、儲能、風電機組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、無功調節(jié)設備及輔助

設備等。

[來源：GB38755—2019，2.11，有修改]

3.9

多饋入直流短路比multi-infeedDCshort-circuitratio

直流饋入換流母線的短路容量與考慮其他直流回路影響后的等值直流功率的比值。

[來源：GB38755—2019，2.6]

3.10

新能源多場站短路比multiplenewenergystationshort-circuitratio

新能源場站并網點的短路容量與考慮其他新能源場站影響后的新能源等值功率的比值。

4總體要求

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定故障的篩選包括靜態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選、暫態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選、長期電壓穩(wěn)定故

障篩選，在故障后運行方式下靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度較低或需要考慮機組過勵等長時間元件動態(tài)特性時，應采

用長期電壓穩(wěn)定故障篩選。應針對電壓越限故障應采取控制措施。

應首先建立預想故障集，應用靜態(tài)、暫態(tài)和長期電壓穩(wěn)定分析手段進行電壓穩(wěn)定嚴重故障的篩選；再

利用靜態(tài)和暫態(tài)分析手段從預想故障集中篩選出可能導致長期電壓失穩(wěn)的故障，形成長期電壓穩(wěn)定待篩選

故障集；然后利用長期分析手段針對長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集進行校核。應一方面使中長期分析避免掃

描大量故障集，保證計算效率，另一方面有效篩選出導致長期電壓失穩(wěn)的故障。

針對長期電壓失穩(wěn)故障，應制定控制決策，使系統(tǒng)保持電壓穩(wěn)定。

5預想故障集

應首先建立預想故障集，包括：

a）靜態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選的預想故障集，指無故障斷開線路、變壓器等元件后的電力系統(tǒng)方式；

b）暫態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選和長期電壓穩(wěn)定故障篩選，應遵循GB38755—2019，選定需要研究的故

障集；

c）對于直流輸電系統(tǒng)，應包括單換流器閉鎖、單極閉鎖、雙極閉鎖、功率突降、再啟動、換相失敗

等故障或擾動類型；

d）對于新能源場站，應包括任一新能源場站脫網、新能源大規(guī)模脫網等故障或擾動類型。

6靜態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選

6.1篩選指標

6.1.1區(qū)域負荷有功功率裕度

區(qū)域負荷有功功率裕度的計算按公式（）。

Kvp1

2

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PP?

K=max×100%（1）

vpP

式中：

臨界運行點的有功功率值，單位為兆瓦（）；

Pmax———MW

P———初始有功功率值，單位為兆瓦（MW）。

在區(qū)域最大負荷或最大斷面潮流下，正常運行或檢修方式下的區(qū)域負荷有功功率裕度應大于8%；N

-1故障后運行方式的區(qū)域負荷有功功率裕度應大于5%。受電比例較高的地區(qū)應適當調高負荷有功功率裕

度。

區(qū)域負荷有功功率裕度的計算宜參考GB/T40615—2021。

6.1.2區(qū)域負荷無功功率裕度

區(qū)域負荷無功功率裕度的計算按公式（）。

Kvq2

QQ?

K=max×100%（2）

vqQ

式中：

臨界運行點的無功功率值，單位為兆乏（）；

Qmax———Mvar

Q———初始無功功率值，單位為兆乏（Mvar）。

在區(qū)域最大負荷或最大斷面潮流下，正常運行或檢修方式下的母線負荷無功功率裕度應大于8%；

N-1故障后運行方式的母線負荷無功功率裕度應大于5%。受電比例較高的地區(qū)應適當調高負荷無功功

率裕度。

區(qū)域負荷無功功率裕度的計算宜參考GB/T40615—2021。

6.1.3多饋入直流短路比

送、受端系統(tǒng)的多饋入直流短路比應達到合理的水平。對于多回直流饋入情況，評價交直流系統(tǒng)相

對強弱的多饋入短路比指標為：

a）強———MSCR大于3；

b）中———MSCR在2~3之間；

c）弱———MSCR小于2。

多饋入直流短路比（MSCR）的計算宜參考GB/T40581—2021。

6.1.4新能源多場站短路比

送、受端系統(tǒng)的新能源多場站短路比應達到合理的水平。按照新能源場站并網點的多場站短路比，

對新能源接入交流系統(tǒng)強度水平進行劃分：

a）強系統(tǒng)———MRSCR大于3；

b）弱系統(tǒng)———MRSCR在2~3之間；

c）極弱系統(tǒng)———MRSCR小于2。

新能源多場站短路比（MRSCR）的計算宜參考GB/T40581—2021。

6.2篩選方法

6.2.1靜態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選前應明確仿真模型和計算條件，包括分區(qū)劃分、發(fā)電機及新能源模型、發(fā)

電機可發(fā)的最大無功功率、發(fā)電機出力分配方式、機端電壓、母線電壓、直流模型、直流功率調整方式、

無功補償模型、變壓器模型、負荷模型、負荷增長方式等。

6.2.2仿真計算應采用靜態(tài)模型，其中發(fā)電機一般采用含無功上下限的PV節(jié)點模型；負荷應采用恒功

率模型，也可基于實際情況，采用ZIP模型，并進行比例配置，其中Z、I、P分別表示恒阻抗、恒電流、

恒功率。

6.2.3負荷增長方式對功率裕度影響較大，應根據實際情況確定，或采取典型增長方式，如計算區(qū)域負

荷有功功率裕度，負荷增長方式為恒定功率因數增長；計算區(qū)域負荷無功功率裕度，負荷增長方式為有

功功率不變、無功功率增長。電源出力應根據負荷增長量，按照電網實際出力分配情況確定。

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6.2.4對預想故障集分別進行區(qū)域負荷有功功率裕度、區(qū)域負荷無功功率裕度、多饋入直流短路比、新

能源多場站短路比的計算，按照指標篩選長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集。

6.2.5功率裕度反映了交流系統(tǒng)的無功儲備和電壓支撐能力，短路比用于衡量直流或新能源場站所連接

交流系統(tǒng)的強弱。長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集中的故障應包括：

a）故障后運行方式的潮流不收斂；

b）區(qū)域負荷有功功率裕度或區(qū)域負荷無功功率裕度小于5%；

c）多饋入直流短路比小于3；

d）新能源多場站短路比小于3。

7暫態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選

7.1篩選指標

7.1.1暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據

在電力系統(tǒng)受到大擾動后的機電暫態(tài)過程中，負荷母線電壓應在10s以內恢復到0.80pu以上。

7.1.2風電場低電壓和高電壓穿越要求

圖1為風電場低電壓和高電壓穿越要求曲線。

風電場的低電壓穿越要求：風電場并網點電壓跌落，當風電機組并網點電壓處于圖示曲線1及以

上區(qū)域時，要求風電機組不脫網連續(xù)運行。

風電場的高電壓穿越要求：風電場并網點電壓升高，當風電機組并網點電壓處于圖示曲線2及以

下區(qū)域時，要求風電機組不脫網連續(xù)運行。

1.4曲線2

風電機

1.3組可以

切出

1.2

電壓升高

1.1

要求風電機組不

1.0脫網連續(xù)運行

0.9

pu

/

0.8風電機

組可以

曲線1

電壓幅值電壓跌落切出

0.6

0.4

0.2

00.50.625123……910

時間/s

圖1風電場低電壓和高電壓穿越要求曲線

電力系統(tǒng)發(fā)生不同類型故障時，若風電場并網點考核電壓全部滿足低電壓穿越要求和高電壓穿越

要求，風電機組應保證不脫網連續(xù)運行；否則，允許風電機組切出。

7.1.3光伏發(fā)電站低電壓穿越要求

圖2為光伏發(fā)電站應滿足的低電壓穿越要求：

a）光伏發(fā)電站并網點電壓跌至0時，光伏發(fā)電站能不脫網連續(xù)運行0.15s；

b）光伏發(fā)電站并網點電壓跌至曲線1以下時，光伏發(fā)電站可以從電網切出。

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1.1

1.0曲線1

0.9

0.8

pu

/要求光伏發(fā)電站

0.6不脫網連續(xù)運行

電壓幅值

0.4光伏發(fā)電站可以切出

0.2

00.150.6251234

時間/s

圖2光伏發(fā)電站低電壓穿越要求曲線

電力系統(tǒng)發(fā)生不同類型故障時，若光伏發(fā)電站并網點考核電壓全部滿足光伏發(fā)電站低電壓穿越要

求，光伏發(fā)電站應保證不脫網連續(xù)運行；否則，允許光伏發(fā)電站切出。

7.2篩選方法

7.2.1應采用可詳細模擬電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真計算程序，對于大容量直流落點電網，直流響應特性

對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響較大時，可采用機電-電磁暫態(tài)混合仿真或全電磁暫態(tài)仿真校驗。仿真模型包括

發(fā)電機及其控制系統(tǒng)模型、負荷模型、直流模型、新能源模型、靈活交直流輸電設備模型、保護及安

全自動裝置模型等。

7.2.2同步發(fā)電機應采用計及阻尼繞組的次暫態(tài)電勢變化的詳細模型。隱極發(fā)電機（汽輪發(fā)電機）宜采

用5階次或6階次暫態(tài)電勢變化模型，凸極發(fā)電機（水輪發(fā)電機）宜采用5階次暫態(tài)電勢變化模型，同

步調相機應按無機械功率輸入的發(fā)電機處理。

7.2.3應計及發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)及其附加控制系統(tǒng)的作用。勵磁系統(tǒng)及其附加控制系統(tǒng)的模型應根據

實際裝置的調節(jié)特性，選用適當的標準仿真模型，其參數宜采用實測參數或同類型系統(tǒng)的實測參數。對

于特殊的勵磁系統(tǒng)可根據其情況采用自定義模型。應計及機組的原動機及其調節(jié)系統(tǒng)，參數宜采用實測

參數或制造廠家提供的出廠參數。

7.2.3負荷應采用ZIP與異步電動機的組合模型、考慮配電網阻抗的綜合負荷模型、考慮分布式電源

的負荷模型等可詳細模擬負荷暫態(tài)特性的模型。

7.2.4直流輸電系統(tǒng)應采用包含各種控制環(huán)節(jié)的準穩(wěn)態(tài)模型或更為詳細的電磁暫態(tài)模型；直流輸電的

參數宜采用實測參數或制造廠家提供的出廠參數。

7.2.5應對風電場、光伏電站進行新能源場站級建模。對單個風電場可采用詳細或等值模型，風電場等

值模型應能較好地反映風電場的動態(tài)特性；對光伏發(fā)電系統(tǒng)可采用詳細或等值模型，光伏等值模型應

能較好地反映光伏電站的動態(tài)特性。風電場及光伏電站中若含有靜止無功補償器（SVC）等動態(tài)無功

補償設備，應對其進行詳細建模。新能源場站必要時采用考慮站內拓撲、無功補償及場站級控制電磁

暫態(tài)等值模型。

7.2.6柔性直流輸電系統(tǒng)、靜止無功發(fā)生器（SVG）、可控串聯(lián)補償裝置（TCSC）、統(tǒng)一潮流控制器

（UPFC）等靈活交直流輸電設備應采用機電暫態(tài)模型或更為詳細的電磁暫態(tài)模型。

7.2.7應根據聯(lián)鎖切機、快速壓出力（快關）、聯(lián)鎖切負荷、高頻切機、低頻自動減負荷、低壓自動減

負荷、電廠失步解列、電網事故解列（包括快速解列、低壓解列等）等裝置的實際動作時間，以及電

力電子裝置的控制規(guī)律，進行仿真計算。

7.2.8應對預想故障集分別進行仿真計算，基于暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據，長期電壓穩(wěn)定判據，風電場低電壓

和高電壓穿越要求，光伏發(fā)電站低電壓穿越要求，篩選長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集。

7.2.9長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集中的故障應包括：

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a）在電力系統(tǒng)受到大擾動后的機電暫態(tài)過程中，負荷母線電壓滿足暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據要求，但

是負荷母線電壓不能保持或恢復到0.90pu以上；

b）在電力系統(tǒng)受到大擾動后的機電暫態(tài)過程中，負荷母線電壓滿足暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據要求，但

是發(fā)電機保持過勵；

c）風電場并網點考核電壓不能全部滿足低電壓穿越要求或高電壓穿越要求；

d）光伏發(fā)電站并網點考核電壓不能全部滿足光伏發(fā)電站低電壓穿越要求。

7.2.10暫態(tài)電壓嚴重故障集中的故障應包括：

a）在電力系統(tǒng)受到大擾動后的機電暫態(tài)過程中，負荷母線電壓不滿足暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據要求。

8長期電壓穩(wěn)定故障篩選

8.1篩選指標

8.1.1長期電壓穩(wěn)定判據

在電力系統(tǒng)受到大擾動后的長期過程中，負荷母線電壓應保持或恢復到0.90pu以上。

8.2篩選方法

8.2.1應采用可詳細模擬電力系統(tǒng)長期動態(tài)過程的仿真計算程序，仿真模型除考慮快速動作的元件外，

還應計及過勵限制、定子過流保護等發(fā)電機調節(jié)控制系統(tǒng)的影響，有載調壓變壓器的分接頭、自動發(fā)電

控制裝置、自動電壓控制裝置的動作特性，以及負荷的功率恢復特性及其低電壓失穩(wěn)特性等。同時，還

應考慮故障發(fā)展過程中的人為干預、繼電保護誤動、拒動及負荷的動態(tài)行為等。

8.2.2應對長期電壓穩(wěn)定待篩選故障集分別進行仿真計算，基于長期電壓穩(wěn)定判據、風電場低電壓和高

電壓穿越要求、光伏發(fā)電站低電壓穿越要求，篩選長期動態(tài)電壓嚴重故障。

8.2.3長期動態(tài)電壓嚴重故障集中的故障應包括：

a）在電力系統(tǒng)受到大擾動后的長期過程中，負荷母線電壓不滿足長期電壓穩(wěn)定判據要求；

b）風電場并網點考核電壓不能全部滿足低電壓穿越要求或高電壓穿越要求；

c）光伏發(fā)電站并網點考核電壓不能全部滿足光伏發(fā)電站低電壓穿越要求。

9控制決策

9.1控制目標

為防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)擾動后，無功功率短缺或過剩，某些節(jié)點的電壓降低或升高到不允許的數

值，甚至可能出現(xiàn)電壓崩潰或威脅設備安全，應采取電壓控制措施使電壓保持在允許范圍內。

9.2控制措施

應根據擾動情況，設置限制電壓降低或升高的穩(wěn)定控制措施，包括發(fā)電機強勵、投入電容補償裝

置或強行補償等增發(fā)無功的措施，切除并聯(lián)電抗器、切負荷等降低無功需求的措施，以及切除并聯(lián)電

容器等減少無功源的措施。

9.3計算方法

針對暫態(tài)電壓嚴重故障集和長期動態(tài)電壓嚴重故障集，應采用可詳細模擬電力系統(tǒng)長期動態(tài)過程

的仿真計算程序進行仿真，將在電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)和長期過程中，不滿足要求的負荷母線電

壓，風電場并網點考核電壓和光伏發(fā)電站并網點考核電壓作為被控變量。

宜將限制電壓降低或升高的穩(wěn)定控制措施，包括發(fā)電機強勵、投入電容補償裝置或強行補償等增發(fā)

無功的措施，切除并聯(lián)電抗器、切負荷等降低無功需求的措施，以及切除并聯(lián)電容器等減少無功源的措

施作為控制變量。

可通過軌跡靈敏度建立二次規(guī)劃優(yōu)化模型，求取使被控變量符合要求的控制變量。

大規(guī)模新能源接入電網，尤其弱送端電網，電壓支撐能力弱，電壓控制靈敏度高，在新能源大出力

運行方式下，擾動后易發(fā)生電壓問題，應以最小控制使動態(tài)電壓滿足要求。

宜以投入控制量代價最小作為控制目標函數，按公式（3）。

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J=min{??uRuT}（3）

式中，

R———預先設置的代價權重矩陣；

u———控制變量向量；

?u———控制變量向量變化量。

建立使電壓協(xié)調恢復的約束，通過調整控制變量，使被控變量在電網擾動后的暫態(tài)和長期過程中恢

復并滿足要求，其計算按公式（4）。

?U

min?≤ti,?≤max?

UUti,,tiTuUUti,ti,

?u

（）

minmax4

?u≤?uu≤?

minmax

u≤?uuu+≤

式中：

Uti,———t時刻節(jié)點i的電壓被控變量（pu）；

minmax

Uti,，Uti,———t時刻節(jié)點i的電壓上限和下限（pu）；

?U

ti,———t時刻節(jié)點i的電壓相對于控制變量向量的軌跡靈敏度；

?uT

?umax，?umin———控制變量變化向量的上下限；

umin，umax———控制變量向量的上下限。

軌跡靈敏度計算宜采用以下過程：分別仿真計算控制變量動作和不動作條件下的被控變量響應，以

所述兩種條件下的被控變量響應的差值作為被控變量相對于控制變量的軌跡靈敏度。

可挑選多個時刻的節(jié)點電壓進行約束，使動態(tài)電壓被控制在滿足要求的范圍內。

如果一次優(yōu)化不能使被控變量滿足要求，可在上一次控制變量投入的基礎上再次計算軌跡靈敏度

并建立優(yōu)化模型，求取新的控制變量，直至被控變量滿足要求。

10故障篩選和控制決策系統(tǒng)

應建立長期動態(tài)電壓故障篩選和控制決策系統(tǒng)，篩選故障，并針對暫態(tài)電壓嚴重故障集和長期動態(tài)

電壓嚴重故障集進行控制決策計算。

圖3為長期動態(tài)電壓故障篩選和控制決策系統(tǒng)功能架構，包括了仿真數據生成和接入、預想故障集

生成、靜態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選、暫態(tài)電壓穩(wěn)定故障篩選、長期電壓穩(wěn)定故障篩選、針對暫態(tài)電壓嚴重故

障集和長期動態(tài)電壓嚴重故障集的控制決策計算等功能。

仿真數據應包括電力系統(tǒng)接線和運行方式、電力系統(tǒng)各元件及其控制系統(tǒng)的模型和參數、負荷模型

和參數。電力系統(tǒng)各元件應包括發(fā)電機及其控制系統(tǒng)、直流輸電系統(tǒng)、新能源場站、靈活交直流輸電設