电力系统电压稳定性分析

关于电力系统电压稳定性分析第一页，共二十二页，2022年，8月28日一．概述近30年来，电力系统向大机组，大电网，高电压和远距离输电发展。这对合理利用能源，提高经济效益和保护环境具有重要的意义。但也给电力系统的安全运行带来了一些新问题。其中之一就是电压崩溃恶性事故。70年代以来，国内外的电网发生了多起以电压失稳为特征的电网瓦解事故。第二页，共二十二页，2022年，8月28日一．概述近30年来，电力系统向大机组，大电网，高电压和远距离输电发展。这对合理利用能源，提高经济效益和保护环境具有重要的意义。但也给电力系统的安全运行带来了一些新问题。其中之一就是电压崩溃恶性事故。70年代以来，国内外的电网发生了多起以电压失稳为特征的电网瓦解事故。第三页，共二十二页，2022年，8月28日一．概述1972年7月27日我国湖北电网的武汉和黄石地区的电压崩溃事故，使受端系统全部瓦解；

1973年7月12日东北电网的大连地区电压崩溃，造成大连地区全部停电。

1978年12月19日法国电网大停电；

1983年12月27日瑞典电网事故；

1987年7月23日日本东京大停电；今年7月30、31日，印度相继发生两次大面积停电事故美国西部1996年7月2日和8月10日连续两次大停电事故因为电压失稳导致大面积，长时间的停电，造成巨大的经济损失和社会混乱。第四页，共二十二页，2022年，8月28日一．概述多次大停电事故给人们震动很大，再次向电力界敲响了警钟。我国电力工业部也专门组织有关人员进行研究，讨论我国电网的现状及存在的问题，使电压稳定问题成为关注的焦点。第五页，共二十二页，2022年，8月28日二、电压稳定性的基本概念1、电压稳定性：

[电力系统安全稳定导则]中将电压稳定定义为：电力系统受到小的扰动或大的扰动后，系统能保持或恢复到容许的范围内，不发生电压崩溃的能力。1990年IEEE将电压稳定性定义为“系统维持电压的能力。当负荷导纳增大时，负荷功率也随之增大，并且功率和电压都是能控的。”第六页，共二十二页，2022年，8月28日二、电压稳定性的基本概念2、电压崩溃：是指由于电压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压下降过程。当出现扰动使电压急剧下降。并且运行人员和自动系统的控制已无法终止这种电压衰落时，系统就会进入电压不稳定的状态，这种电压的衰落可能只需几秒钟，也可能长达几分钟、几十分钟。如果电压下降过程不能停止，最终电压崩溃就会发生。第七页，共二十二页，2022年，8月28日二、电压稳定性的基本概念电压崩溃机理：重负荷运行状态下系统负荷持续增加，系统运行备用（特别是无功）紧张，传输线潮流接近最大功率极限。大的突然扰动，如失去发电机组、输电线相继跳闸等。有载调压变压器ULTC负调压作用。发电机过励限制器OEL。继电保护、低频减载等缺乏协调是导致电压不稳定的一个重要原因。弱连接的交直流系统。电压崩溃通常显示为慢的电压衰减，这是由于许多电压控制设备和保护系统作用及其相互作用积累过程的结果。在许多情况下，电压不稳定和转子角不稳定是相互耦合的。

核心问题：无功不足第八页，共二十二页，2022年，8月28日二、电压稳定性的基本概念

电压崩溃机理探讨的目的是要弄清楚主导电压崩溃发生发展的本质因素，电压稳定问题和电力系统其它问题的相互关系，以及电力系统中各种元件对电压稳定性的影响，并建立分析电压稳定问题的适当的系统模型。第九页，共二十二页，2022年，8月28日二、电压稳定性的基本概念

现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由无功功率平衡条件决定。许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增加，在某些不良运行点或当系统受到较大扰动后，因为发电机励磁系统的强励和负荷端电压下降，负荷需求减少，系统能保持电压相对稳定。随后，由于带负荷调压变压器的连续调节使负荷端电压升高，供电得以恢复，同时带负荷调压变压器一次侧电压下降，电流上升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电压下降，电压稳定破坏。第十页，共二十二页，2022年，8月28日三．电压稳定性的研究按研究采用的模型划分，对电压稳定性的研究可以分为四大类：基于物理概念的定性分析，基于潮流方程的静态方法，基于线性化动态方程的小干扰分析方法和基于非线性动态方程的时域仿真计算。第十一页，共二十二页，2022年，8月28日三．电压稳定性的研究1.基于物理概念的定性分析定性分析对于指导研究方向非常重要。基于“发电机-输电线-负荷”模型导出P-V曲线，Q-V曲线和P-Q曲线，依此展开分析是最直观的一种研究方法。在第二阶段因为将电压稳定划为静态问题，使研究走了一段弯路。某些灵敏度判据，P-Q曲线机理解释都是在简化条件下得出的，在应用到复杂系统时往往不成立。因此，目前迫切需要全面检验现有的有关电压稳定问题的定性认识的正确性。第十二页，共二十二页，2022年，8月28日三．电压稳定性的研究2.基于潮流方程的静态研究基于潮流方程的静态研究方法主要有:

最大功率法；灵敏度分析方法；潮流多解方法；雅可比矩阵奇异方法。第十三页，共二十二页，2022年，8月28日三．电压稳定性的研究最大功率法当负荷需求超出电力网络传输功率极限时，系统将会出现异常现象，其中包括电压失稳。这是一种朴素的物理观点。把电力网络输送功率的极限作为静态电压稳定临界点正是最大功率法的基本原则。常用的最大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据，无功功率判据以及所有负荷节点的复功率之和最大判据。许多作者采用最大功率判据作为临界点判据。第十四页，共二十二页，2022年，8月28日四．简单系统电压静态稳定性分析图一负荷点的电压崩溃过程第十五页，共二十二页，2022年，8月28日四．简单系统电压静态稳定性分析

在电力需求不断增加，受端系统不断扩大，负荷容量不断集中，而电源又远离负荷中心的情况下，当输电系统带重负荷时，会出现图1所示电压不可控制且连续下降的电压不稳定现象。图中示出110kv和6kv母线电压的崩溃过程。开始时母线电压自发下降，电动机制动。电压崩溃的基本特征是电压和有功功率数值减小，无功功率增大。图中电压崩溃后的振荡是由于同步电机的非同步运行引起的。第十六页，共二十二页，2022年，8月28日四．简单系统电压静态稳定性分析

电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压水平的能力。它与电力系统中的电源配置，网络结构及运行方式，负荷特性等因素有关。往往由于电力系统电压的扰动，线路阻抗突然增大，功率减小或负荷的增大而诱发电压的不稳定现象，导致电压崩溃，造成大面积停电。所以，电压稳定性是电力系统稳定性的一部分。确定电力系统电压稳定性条件是电力系统稳定性分析的重要内容之一。第十七页，共二十二页，2022年，8月28日五．改善系统电压稳定性的技术

为了提高电力系统的电压稳定性，一般可采用以下技术。⑴投入必要的发电设备。

在事故期间或当新线路或变压器被推迟投运的时候，运行不太经济的发电机以改变潮流或提供电压支持。⑵串联电容器。

使用串联电容器可有效地减小线路电抗，从而降低无功网损。基于这一措施，联络线路可以从一端的强系统向另一端的无功短缺系统传送更多无功功率。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日五．改善系统电压稳定性的技术⑶并联电容器。虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳定的原因之一，但有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题，因为此时可以在发电机中预留出“旋转无功储备”。通常，所要求的无功功率大多是就地提供的，而发电机主要提供有功功率。⑷静止无功补偿器（SVC）。

SVC和同步补偿器配合使用对控制电压和防止电压崩溃是有效的，但必须认识到它有很确定的极限值。当一个超过了规划值的扰动使SVC达到顶值时，系统中的电压崩溃会与SVC有很大关系。第十九页，共二十二页，2022年，8月28日五．改善系统电压稳定性的技术⑸在较高电压水平运行。在较高电压水平运行可减少系统的无功需求，因为它使发电机运行在远离无功极限的状态，因此帮助运行人员预留了对电压的控制。⑹低电压甩负荷。

减少一定的负荷可能避免电压崩溃。在辐射状负荷的场合，甩负荷应该基于一次侧电压。在静态稳定问题中，甩掉受端系统的负荷是最有效的。第二十页，共二十二页，2022年，8月28日五．改善系统电压稳定性的技术⑺低功率因数发电机。

在很靠近无功短缺地区或靠近需要大的无功储备的地区新增发电能力时，采用功率因数为0.85或0.8的发电机为宜。然而采用具有无功过负荷