電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析

1、姓名：* 學(xué)號：*,電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析,主要內(nèi)容,一概述 二電壓穩(wěn)定性的基本概念及研究內(nèi)容 三電壓穩(wěn)定性的研究 四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析 五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù),一概述,近30年來，電力系統(tǒng)向大機組，大電網(wǎng)，高電壓和遠(yuǎn)距離輸電發(fā)展。這對合理利用能源，提高經(jīng)濟效益和保護環(huán)境具有重要的意義。但也給電力系統(tǒng)的安全運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。,一概述,1972年7月27日我國湖北電網(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

2、停電。 1978年12月19日法國電網(wǎng)大停電； 1983年12月27日瑞典電網(wǎng)事故； 1987年7月23日日本東京大停電； 今年7月30、31日，印度相繼發(fā)生兩次大面積停電事故 美國西部1996年7月2日和8月10日連續(xù)兩次大停電事故 因為電壓失穩(wěn)導(dǎo)致大面積，長時間的停電，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會混亂。,一概述,多次大停電事故給人們震動很大，再次向電力界敲響了警鐘。我國電力工業(yè)部也專門組織有關(guān)人員進行研究，討論我國電網(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。,二、電壓穩(wěn)定性的基本概念,1、電壓穩(wěn)定性： 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則中將電壓穩(wěn)定定義為：電力系統(tǒng)受到小的擾動或大的擾動后，系統(tǒng)能保

3、持或恢復(fù)到容許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力。 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，負(fù)荷功率也隨之增大，并且功率和電壓都是能控的?！?二、電壓穩(wěn)定性的基本概念,2、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、大幅度的電壓下降過程。當(dāng)出現(xiàn)擾動使電壓急劇下降。并且運行人員和自動系統(tǒng)的控制已無法終止這種電壓衰落時，系統(tǒng)就會進入電壓不穩(wěn)定的狀態(tài)，這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘，也可能長達(dá)幾分鐘、幾十分鐘。如果電壓下降過程不能停止，最終電壓崩潰就會發(fā)生。,二、電壓穩(wěn)定性的基本概念,電壓崩潰機理 ： 重負(fù)荷運行狀態(tài)下系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)增加，系統(tǒng)運行備用（特別是無功）

4、緊張，傳輸線潮流接近最大功率極限。 大的突然擾動，如失去發(fā)電機組、輸電線相繼跳閘等。 有載調(diào)壓變壓器ULTC負(fù)調(diào)壓作用。 發(fā)電機過勵限制器OEL。 繼電保護、低頻減載等缺乏協(xié)調(diào)是導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的一個重要原因。 弱連接的交直流系統(tǒng)。 電壓崩潰通常顯示為慢的電壓衰減，這是由于許多電壓控制設(shè)備和保護系統(tǒng)作用及其相互作用積累過程的結(jié)果。在許多情況下，電壓不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)子角不穩(wěn)定是相互耦合的。,核心問題：無功不足,二、電壓穩(wěn)定性的基本概念,電壓崩潰機理探討的目的是要弄清楚主導(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，以及電力系統(tǒng)中各種元件對電壓穩(wěn)定性的影響，并建立分析電壓穩(wěn)定問題

5、的適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)模型。,二、電壓穩(wěn)定性的基本概念,現(xiàn)在普遍被接受的觀點是電力系統(tǒng)中靜態(tài)電壓水平主要由無功功率平衡條件決定。 許多文獻把電壓崩潰歸結(jié)為由于系統(tǒng)不能滿足無功需求的增加，在某些不良運行點或當(dāng)系統(tǒng)受到較大擾動后，因為發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的強勵和負(fù)荷端電壓下降，負(fù)荷需求減少，系統(tǒng)能保持電壓相對穩(wěn)定。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。,三電壓穩(wěn)定性的研究,按研究采用的模型劃分，對電壓穩(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

6、于線性化動態(tài)方程的小干擾分析方法和 基于非線性動態(tài)方程的時域仿真計算。,三電壓穩(wěn)定性的研究,1.基于物理概念的定性分析 定性分析對于指導(dǎo)研究方向非常重要?；凇鞍l(fā)電機-輸電線-負(fù)荷” 模型導(dǎo)出 P-V曲線，Q-V曲線和 P-Q 曲線，依此展開分析是最直觀的一種研究方法。 在第二階段因為將電壓穩(wěn)定劃為靜態(tài)問題，使研究走了一段彎路。某些靈敏度判據(jù)，P-Q曲線機理解釋都是在簡化條件下得出的，在應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)時往往不成立。因此，目前迫切需要全面檢驗現(xiàn)有的有關(guān)電壓穩(wěn)定問題的定性認(rèn)識的正確性。,三電壓穩(wěn)定性的研究,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

7、； 潮流多解方法； 雅可比矩陣奇異方法。,三電壓穩(wěn)定性的研究,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，系統(tǒng)將會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其中包括電壓失穩(wěn)。這是一種樸素的物理觀點。把電力網(wǎng)絡(luò)輸送功率的極限作為靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點正是最大功率法的基本原則。常用的最大功率判據(jù)有：任意負(fù)荷節(jié)點的有功功率判據(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)作為臨界點判據(jù)。,四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析,圖一 負(fù)荷點的電壓崩潰過程,四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析,在電力需求不斷增加，受端系統(tǒng)不斷擴大，負(fù)荷容量不斷集中，而電源又遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況下，當(dāng)輸電系統(tǒng)帶重負(fù)荷時，會出現(xiàn)圖1所示

8、電壓不可控制且連續(xù)下降的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖中示出110kv和6kv母線電壓的崩潰過程。開始時母線電壓自發(fā)下降，電動機制動。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的非同步運行引起的。,四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析,電力系統(tǒng)的電壓穩(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)中的電源配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行方式，負(fù)荷特性等因素有關(guān)。往往由于電力系統(tǒng)電壓的擾動，線路阻抗突然增大，功率減小或負(fù)荷的增大而誘發(fā)電壓的不穩(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。確定電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性條件是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的重要

9、內(nèi)容之一。,五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù),為了提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，一般可采用以下技術(shù)。 投入必要的發(fā)電設(shè)備。 在事故期間或當(dāng)新線路或變壓器被推遲投運的時候，運行不太經(jīng)濟的發(fā)電機以改變潮流或提供電壓支持。 串聯(lián)電容器。 使用串聯(lián)電容器可有效地減小線路電抗，從而降低無功網(wǎng)損?；谶@一措施，聯(lián)絡(luò)線路可以從一端的強系統(tǒng)向另一端的無功短缺系統(tǒng)傳送更多無功功率。,五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù),并聯(lián)電容器。 雖然并聯(lián)電容器的過分使用可能是電壓不穩(wěn)定的原因之一，但有時附加的電容器也能解決電壓不穩(wěn)定問題，因為此時可以在發(fā)電機中預(yù)留出“旋轉(zhuǎn)無功儲備”。通常，所要求的無功功率大多是就地提供的，而發(fā)電機主要提供有功

10、功率。 靜止無功補償器（SVC）。 SVC和同步補償器配合使用對控制電壓和防止電壓崩潰是有效的，但必須認(rèn)識到它有很確定的極限值。當(dāng)一個超過了規(guī)劃值的擾動使SVC達(dá)到頂值時，系統(tǒng)中的電壓崩潰會與SVC有很大關(guān)系。,五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù),在較高電壓水平運行。 在較高電壓水平運行可減少系統(tǒng)的無功需求，因為它使發(fā)電機運行在遠(yuǎn)離無功極限的狀態(tài)，因此幫助運行人員預(yù)留了對電壓的控制。 低電壓甩負(fù)荷。 減少一定的負(fù)荷可能避免電壓崩潰。在輻射狀負(fù)荷的場合，甩負(fù)荷應(yīng)該基于一次側(cè)電壓。在靜態(tài)穩(wěn)定問題中，甩掉受端系統(tǒng)的負(fù)荷是最有效的。,五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù),低功率因數(shù)發(fā)電機。 在很靠近無功短缺地區(qū)或靠近需要大的無功儲備的地區(qū)新增發(fā)電能力時，采用功率因數(shù)為0.85或0.8的發(fā)電機為宜