淺析我國工業發展對電壓穩定的要求

吳金龍

摘要：隨著電力工業的不斷發展，商業化的電力運轉對電力系統的穩定性要求也越來越高。電力系統本身就是一個高度非線性的復雜系統，在電力系統中，電壓不穩定已成為電力系統喪失穩定性的一個重要內容。因電壓失穩帶來的巨大經濟損失，已引起了諸多關注，電壓失穩的機理、電網電壓穩定指標、防止電壓失穩事故發生的策略等一系列研究課題成為研究者們關注的熱點。本文就電壓的穩定性及其類型做初步探討。

關鍵詞：電力系統；電壓失穩；穩定性

電壓崩潰引起的停電事故讓工業生產停滯，人民生活受到影響。研究電壓的穩定性，對確保電力系統安全可靠的運行具有重要意義。

電壓穩定破壞對社會和國民經濟所產生的負面影響極大。電壓穩定事故發生的共同點是其突發性和隱蔽性，運行人員在事故形成期間難以察覺，不能及時采取有效的控制措施，一旦崩潰就很難挽回。因此，研究并保證電壓的穩定性，對于防止電壓失穩和提高輸送電系統的安全可靠性都有十分重要的意義。

一、電壓穩定的定義

IEEE電壓穩定工作小組和國際大電網會議的TF38.02.10工作組在上世紀九十年代各自給出的定義基礎上又在2004年5月，聯合在一起開會討論并給出了一份關于電力系統穩定性進行重新定義和分類的會議成果報告。這份聯合報告指出：電壓穩定是指電力系統遭受擾動后系統中所有母線節點電壓都能保持在穩定的、可接受的水平，它在一定程度上反應電力系統保持或恢復負荷需求的能力以及功率供給平衡的能力。

電力系統的電壓穩定性是指在給定的初始運行條件下，遭受擾動后電力系統在所有母線上保持穩定電壓的能力。他依賴于電力系統中保持或恢復負荷需求和負荷供給平衡的能力。在發生電壓失穩時，可能會引起電網中各個環節的電壓浮動，導致系統負荷喪失，級聯停電和跳閘等事故。

電力系統在給定的穩態運行點遭受一定的擾動后，如果負荷節點的電壓能夠達到擾動后平衡點的電壓值，則稱系統為電壓穩定。此時，系統擾動后的狀態位于系統擾動后穩定平衡點的吸引域之內。

電力系統在給定的穩態運行點遭受一定的擾動后，如果故障后平衡點超出系統運行限制范圍，系統將發生電壓崩潰。電壓崩潰可能是全局性的（停電）也可能是局部范圍的。

判斷電壓穩定的準則是：在正常運行情況下，對于系統中的每個母線，電壓的幅值隨著該母線注入無功功率的增加而升高。如果系統中至少有一個母線，其母線電壓的幅值隨著該母線注入無功功率的增加而降低，則該系統是電壓不穩定的。

二、電壓崩潰主要原因分析

近年來，隨著電力工業的發展，電力系統規模日益擴大，逐步進入高電壓、大機組、大電網時代，同時伴隨電力改革和電力市場的實踐，長線路、重負荷及無功儲備不足的特征逐漸突出，系統的電壓安全裕度傾向于越來越小，使電力系統常常運行在穩定的邊界。目前系統運行操作人員并不能準確掌握系統的電壓安全狀態。所以事故發生時，缺乏足夠的安全信息來采取相應的措施，導致了事故的擴大。

從國內外一些大的電力系統事故的分析來看，發生電壓崩潰的一個主要原因就是無法預計負荷增長或事故發生后可能導致的電壓不穩定或者崩潰的程度和范圍，難以擬定預防和校正的具體措施。此外，電力系統還具有許多特性，如：（I）系統的運行結構調整頻繁，運行工況不斷變化；（2）負荷波動，諧波干擾以及隨機擾動難以估計；（3）規模龐大，維數高，控制分散性強，完整的運行信息難以獲取：（4）存在飽和、死區、限幅等強非線性因素；（5）時變性強，對控制速度要求很高。這些特性使建立電力系統的精確模型變得極為困難，而且即使建立了較精確的數學模型，其結構也過于復雜，難以實現快速有效的實時控制。因此，實時在線評估電力系統電壓安全、預測電壓崩潰是十分重要的。

三、電壓穩定性的分類

將電壓穩定性問題適當分類，對電壓穩定性的分析、造成不穩定基本因素的識別，以及提出改善穩定運行的方法等都是有利的。

（一）從擾動大小出發，并考慮把必須利用非線性動態分析來檢驗的現象和可以用靜態分析來檢驗的現象解藕，可將電壓穩定分為大擾動電壓穩定和小擾動電壓穩定。

大擾動電壓穩定性關心的是大擾動（如系統故障、失去負荷、失去發電機等）之后系統控制電壓的能力。它由系統、負荷特性、兩者間連續和不連續控制及保護的相互作用所決定。大擾動電壓穩定性的判斷，需要考慮系統的非線性響應特性。它可以用包含合適模型的非線性時域仿真來研究；小擾動（或小信號）電壓穩定性關心的是小擾動（如負荷的緩慢變化）之后系統控制電壓的能力。它受負荷特性以及給定時間內的連續和不連續控制作用的影響。這類問題可能是短期的也可能長期的，在分析時可適當的對系統方程進行線性化，從而使方程變得簡單，計算速度大大提高。根據研究的時間范疇，還可以將電壓穩定分為暫態電壓穩定、中期電壓穩定和長期 電壓穩定所示。它可以用靜態分析方法進行有效的研究。

（二）根據研究的時間范疇，電壓穩定問題可以分為暫態電壓穩定、中期電壓穩定和長期電壓穩定。

四、電壓穩定的研究展望

電壓穩定研究作為電力系統領域的一個重要的實際課題，在近三十年來取得了許多重要的成果，一些電網工程人員研制了電壓穩定分析和監測應用軟件。但目前理論研究和應用實踐表明，對電壓穩定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩定問題研究所取得的理論認識深度及應用成果相比擬，還不能通過對電壓穩定全面的分析、預防、監測、控制確保電力系統的安全可靠運行。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有：

1.電壓崩潰的機理研究；

2.對各種元件的動態特性還缺乏全面的分析和統一的認識，負荷建模仍然是電壓穩定研究的最大難題；

3.影響電壓穩定的主要隨機因素的統計特性的獲取，以及這些隨機因素統計特性比較復雜時如何進行電壓穩定概率分析。

電力系統電壓穩定問題的研究有著十分重大的社會經濟意義。盡管電壓穩定問題及其相關現象十分復雜，在過去幾十年間，人們己經在電壓失穩機理以及負荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。隨著系統規模的不斷發展，新型控制設備的不斷投入運行以及電力市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩定性指標以及實用判據，需要將電壓安全評估與控制不斷推向在線應用。

研究電壓的穩定性，對保證電力系統的正常運作起到積極作用，對我國工業的發展，人民的生活都能起到很好的促進作用。電壓穩定性的研究，也隨著科學進步的發展而將取得更加深入的研究成果，并最終應用于生活。

【參考文獻】

[1]（比利時）Thierry Van Cutsem（王奔譯），電力系統電壓穩定性[M]，北京：電子工業出版社，2008

[2]周雙喜，朱凌志，郭錫玖等，電力系統電壓穩定性及其控制[M]，北京：中國電力出版社，2004

[3]郭劍波，“八五”期間電網事故統計分析[J]，電網技術，1998（02）

[4]蘇永春，程時杰，文勁宇，電力系統電壓穩定性及其研究現狀[J]，電力自動化設備，2006（06）

[5]韓禎祥，電力系統穩定[M]，北京：中國電力出版社，1995