探析電動機負荷的靜態電壓穩定

李本瀚

【摘 要】近年來，隨著電力能源需求量不斷增加，電力系統的容量以及電網互聯日益擴大，電力系統越來越復雜，其運行狀態已經無限接近于電壓穩定極限，眾多電力事故通常都是由于電壓失穩導致的。文章分析了電動機的靜態電壓特性以及連續潮流算法的改進，并進行了仿真算例分析，以供參考。

【關鍵詞】電動機 負荷 靜態電壓穩定

電動機負荷時電力負荷的重要組成部分，近期的電壓穩定研究中，人們逐漸的認識到負荷對靜態電壓穩定的重要性，并對影響靜態電壓穩定的因素進行了眾多研究，對靜態電壓特性計算的方法包括靈敏度分析法、特征值分析法、奇異值分析法以及非線性規劃法等。文章將電動機的負荷模型應用在連續潮流計算中，并且隨著負荷增長方式的變化，負荷功率因素也發生變化，更能夠準確、真實、及時的反映負荷的實際狀況。

1電動機的靜態電壓特性以及連續潮流算法的改進

1.1電動機的靜態電壓特性分析

文章以某電動機為例，該電動機的靜態電壓參數表示為：P=2、α=0.15、Tj=2.0、s0=0.0116p.u.、Xm=3.5p.u.、Xr=0.12p.u.、Rr=0.02p.u.，通過改變電壓可以繪制該電動機的靜態電壓特性曲線，如圖1所示。由圖1可知電動機靜態電壓特性的特點主要包括以下幾個方面：電動機在正常狀態時，隨著電壓降低，電動機的功率會降低，而無功功率則先降低后上升，具有“凹型”變化的特點；當電壓降低至0.56p.u.時，無功功率明顯上升，有功功率則快速下降；當堵轉后，隨著電壓的降低，無功功率與有功功率均降低，并且有功功率遠遠小于無功功率。由此可見，在描述電動機的靜態電壓特性時，不能應用任何靜態負荷模型，傳統的連續潮流算法中，只考慮了靜態負荷，對靜態電壓穩定性計算結果的準確性產生影響，需要對連續潮流算法進行改進。

圖1 電動機靜態電壓特性曲線

1.2連續潮流算法的改進分析

傳統的連續潮流算法并沒有考慮到電動機負荷，這與實際狀況是不相符的，因此文章對連續潮流算法進行了改進，改進之后的連續潮流算法表現為：

（1）對于各個節點的基態電壓（U0），應該根據電網的原始數據進行計算。

（2）設定負荷增長方式、步長等，通過參數化預估各個節點的電壓（U′），連續潮流預估過程中應該考慮一下幾種狀況：

①全系統負荷增長，負荷表現為： （公式1）

②系統中某個區域的負荷增長，負荷表現為： （公式2）

③系統中某個節點的負荷增長，負荷表現為： （公式3）

公式中：PL表示負荷有功功率；QL表示負荷無功功率；Psi表示第i個節點的靜負荷有功功率；Pdi表示第i個節點的電動機負荷有功功率；Qsi表示第i個節點的靜負荷無功功率；Qdi表示第i個節點的電動機負荷無功功率；nsestem表示全系統；nzone表示區域。

（3）校正預估潮流。電網在正常運行的過程中，節點負荷主要包括兩個部分，即電動機腐惡與靜態負荷，電動機模型在采用連續潮流算法時，應該注意以下兩個方面：一方面，如果電動機發生堵轉，必須立刻關閉電動機，并停止計算；另一方面，狀態變量wr、E′q、E′d通常不會發生突變，因此，當電壓出現變化時，經過一段時間之后狀態變量才會進入到新的穩定狀態，因此，當電壓出現變化時，應該等狀態變量進入新的穩態，并將此事的電壓當做狀態變量的初值。

2電動機負荷的靜態電壓仿真算例分析

文章以電動機的某節點系統為例，分析電動機不同負荷模型、電動機參數對靜態電壓穩定造成的影響，具體表現為以下幾個方面：

2.1電動機參數的影響

分別將電動機參數PMP、Tj、s0、Xm、Xr、Rr等增加15%，觀察各個參數變化對靜態電壓穩定的影響，電動機參數對靜態電壓穩定的影響如表1所示。通過變動各種參數，參數對臨界電壓的影響相對較小，電動機比例PMP對極限λmax的影響非常明顯，并且隨著PMP的降低，靜態電壓穩定性隨之增高。

表1 電動機參數對靜態電壓穩定的影響

變化的參數 ΔUcr Δλmax

PMP +1.80% -5.40%

Tj 0 0

s0 +1.82% +0.11%

Xm -1.64% +0.83%

Xr +1.66% -0.75%

Rr +0.56% +0.252%

2.2負荷類型的影響

對三種不同負荷類型進行分析，三種不同負荷類型靜態電壓穩定的對比分析如下所示：（1）由電動機和恒阻抗組成的負荷，將恒功率負荷轉變成電動機負荷；（2）由靜態負荷組成的負荷，將節點分為以下三種，即Ⅰ類節點：負荷組成為30%恒功率負荷+70%恒阻抗負荷；Ⅱ類節點，負荷組成為50%恒功率負荷+50%恒阻抗負荷；Ⅲ類節點：60%恒功率負荷+40%恒阻抗負荷；（3）由恒阻抗組成的負荷。當全部采用恒阻抗模型時，電動機不存在電壓穩定問題，采用電動機與恒阻抗、靜態負荷組成的負荷，臨界電壓差別相對較小，并且電動機與恒阻抗的靜態電壓穩定性比靜態負荷的穩定性好，導致該種現象的原因是電動機的電壓降低，在降低至堵轉電壓之前，發電機的無功功率呈現“凹型”，也就是恒功率負荷超過無功功率負荷。

3結語

（1）文章針對連續潮流算法的改進，不僅計算方法簡單、易于實施，并且采用該種算法的計算結果更加符合實際狀況。（2）通過計算不同負荷模型對靜態電壓穩定性影響的分析，結果表明電動機和恒阻抗負荷模型與靜態負荷、恒阻抗組成的負荷模型相比，其靜態電壓穩定性更好。（3）時間常數對于電動機負荷靜態電壓穩定性的影響相對較小，電動機比例對靜態電壓穩定性具有明顯的影響，并且隨著電動機比例的下降，靜態電壓的穩定性會隨之上升。

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