电力系统电压稳定性及其控制分析

电力系统电压稳定性及其控制分析

作者：张海鹏

来源：《科技创新导报》2011年第01期

摘 要:本文通过分析电网电压稳定性的机理和判定指标,着重分析了电网电压的静态稳定性和动态稳定性以及控制措施。

关键词:电压稳定电力系统控制相量测量单元

中图分类号:TM71 文 献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0108-01 1 电压稳定的基本概念

电压稳定性是电力系统遭受偏离给定的起始运行条件的扰动后维持系统中各节点稳定的电压的能力。它取决于电力系统维持/恢复负荷需求和负荷供给之间的平衡。可能产生的电压不稳定以某些母线电压不断下降或不断上升的形式发生。电压不稳定可能结果是一部分区域失去负荷,或传输线跳开,以及由于保护系统作用导致其他元件级联停运,某些发电机失去同步,可能造成其停运或造成磁场电流限制器越限。 2 电压不稳定的分类

从扰动大小出发,可以讲电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定,这符合一般的线性系统和非线性系统的稳定性定义。这种分类主要是考虑把必须利用非线性动态分析来检验的现象和可以用静态分析来检验的现象解耦开来,这种分类可以简化分析工具的研制和应用,而且可以产生一些附加的信息。大扰动电压稳定性关心的是大扰动(如系统故障,失去负荷,失去发电机等)之后系统控制电压的能力,确定这种稳定性需要检验一个充分长的时间周期内系统的动态行为,以便能捕捉到发电机磁场电流限制器等设备的相互作用,大扰动电压稳定性可以用饱含合适模型的非线性时域仿真来研究。小扰动(或小信号)电压稳定性关心的是小扰动(如负荷的缓慢变化)之后系统控制电压的能力。小扰动电压稳定性可以用静态方法进行有效的研究。中期电压稳定的时间范畴为1～5分钟,包括OLTC,电压调节器及发电机最大电流限制的作用。长期电压稳定的时间范畴为20～30分钟,其主要相关的因素为输电线过负荷时间极限,负荷恢复特性的作用,各种控制措施等。根据研究的方法,可以将电压稳定问题分为三类,即静态电压失稳,动态电压失稳和暂态电压失稳。静态电压失稳是指负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓慢地下降,在达到电力系统承受负荷增加能力的临界值时导致的电压失稳,在电压突然下降之前的整个过程中发电机转子角度及母线电压相角并未发生明显的变化。动态电压失稳是指系统发生故障后,为保证其功角哲态稳定及维持系统频率,除进行了网络操作外,也可能进行切机、切负荷等操作,由于系统结构变很脆弱或全系统(或局部)由于支持负荷的能力变弱,缓慢的负荷恢复过程导致的电压失稳。

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3 电压失稳的机理

电力系统经受非正常运行工况,接近负荷中心的大发电机组退出运行,结果某些高压传输线路负荷加重,网络损耗增加,使无功备用资源处于最小。继电保护动作,跳开重负荷线路,负荷转移到其余邻近的线路,在该线路中的无功损耗急速增大,电压降低,引起线路级联跳闸。在失去高压传输线路之后,特别大的无功需求引起邻近负荷中心电压的很大的降低,这将引起负荷的减少,然而,发电机将通过增加励磁快速恢复其端电压,综合结果引起无功潮流在变压器和线路这些元件两端的电压降落。在负荷中心超高压和高压网电压的降低将反过来影响配电系统,使其二次侧电压降低。这是,变电所的变压器将力图恢复配电电压,从而在几分钟内使负荷达到故障前的水平。变压器分接头每一次动作,都使得高压侧线路上的负荷增加同时增加线路损耗,它反过来又引起高压侧线路上电压进一步下降。如果高压线路负荷超过波阻抗负荷,则线路中每增加一MVA的负荷将引起几MVar的线路损失,随着每一次分接头动作,整个系统中发电机的无功输出将增加。慢慢地发电机就一台接一台地达到它的无功容量极限。当第一台发电机达到它的磁场电流极限时,它的电压就要降落。因为发电机固定有功输出,因此电压降低必导致电枢电流的增加,要保持电枢电流在运行的限制内,就要进一步减少无功的输出,该发电机的分担的无功就转移到其他的发电机,导致越来越多的发电机过负荷和更多的发电机失去电压控制,从而系统遭受电压不稳定,最终电压崩溃。 4 区域电网的薄弱节点分析

系统的电压崩溃往往是由某条母线或某个区域的电压失稳引起的,然后扩散至整个系统,导致系统瓦解。这些最容易引起电压失稳的母线或区域被称为电压稳定的薄弱母线或薄弱区域。通过BPA软件建立该电网的仿真模型,模拟该区域电网由正常运行到电压稳定极限状态时节点的PV、QV曲线与灵敏度指标,并分析了沈阳电网在联网、孤网运行下的电压稳定状况,找出电网中的薄弱节点与关键线路。

首先选定初始运行状态,将负荷节点设置为PQ节点,将发电机节点设置为PV节点,进行潮流计算。本文选择的初始运行状态为该区域电网夏季典型日运行方式,初始运行负荷为该日最大负荷,这是因为该电网的无功补偿多采用各个变电站就地补偿的方式,然而电容器的投切随着负荷量的增减在不断的改变,这一数据难以准确得到,并且电容器的无功补偿对电压稳定的分析有相当大的影响,不能简单不予以考虑,而原则上来说,该典型日最大负荷时各变电站无功补偿电容器处于全部投入的状态,从而在此基础上可以近似认为电容器无功补偿已经被考虑。并且选择恒功率因数的增长方式,在全网内增长一定量的负荷,按比例分配法调整电网的发电机有功功率输出,再次计算潮流,如此反复直至到达网内发电机的有功功率极限。这样通过对PV曲线的求取,可以计算电网的裕度指标。若P选择全网的负荷,则此时根据PV曲线求出的裕度指标为全网的总体裕度指标,通过全网的总体裕度指标的分析,可以得到系统离功率传输极限的距离,此时裕度指标可以反映处系统距离电压失稳点的距离,从而得到关于电网距离电压失稳的大小的情况。若P选择为某个节点的负荷,则此时根据PV曲线求出的裕度指标为单个节点的裕度指标,对于单个节点的裕度指标,其值没有绝对意义,但是通过比较各个节点的裕度指标可以寻求出电

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网中裕度最小的节点,那么这个节点很可能是电网的薄弱节点。所以计算单个节点的裕度指标有着相对的意义。 参考文献

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