電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定理論若干問題研究

王清鋒（國網(wǎng)山東省電力公司莒南縣供電公司，山東　臨沂　276600?。?/p>

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定理論若干問題研究

王清鋒
（國網(wǎng)山東省電力公司莒南縣供電公司，山東臨沂276600）

隨著社會(huì)科技的快速發(fā)展，我們對于電力的需求亦逐漸增大，但是受到經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的限制，電力系統(tǒng)也逐漸處于極限負(fù)荷狀態(tài)，電壓穩(wěn)定問題的解決迫在眉睫。本文針對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的相關(guān)問題進(jìn)行了研究，重點(diǎn)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性、功角穩(wěn)定關(guān)系與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的延拓算法進(jìn)行了分析。

延拓算法；電壓穩(wěn)定；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；功角穩(wěn)定

0　引言

穩(wěn)定的電力系統(tǒng)是社會(huì)發(fā)展的必要基礎(chǔ)，但同時(shí)對于電壓穩(wěn)定的研究又具有一定的復(fù)雜性。因此有必要對電壓穩(wěn)定的理論基礎(chǔ)進(jìn)行深入的分析研究，同時(shí)也要對電壓失穩(wěn)可能出現(xiàn)的問題與現(xiàn)象進(jìn)行簡化描述，這樣才能方便相關(guān)工作人員對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行判斷與預(yù)防控制，為我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與日常生活提供一個(gè)穩(wěn)定、良好的電力系統(tǒng)。電壓穩(wěn)定性的分析是眾多學(xué)者進(jìn)行研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，也已經(jīng)取得了不少成果，本文概述了電壓穩(wěn)定性的研究背景及現(xiàn)狀，總結(jié)分類了現(xiàn)今的電壓穩(wěn)定性分析方法，分析問題并進(jìn)行了評述?；谪?fù)荷特性在電壓穩(wěn)定性的研究中起到非常關(guān)鍵的作用，因此本文還進(jìn)行了負(fù)荷靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型對于電力系統(tǒng)中的電壓穩(wěn)定性的研究。

1　動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)延拓算法

電力系統(tǒng)作為一個(gè)具有參數(shù)變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，可以通過分析其平衡點(diǎn)的變化特性來進(jìn)行研究。因此我們采用微分代數(shù)方程來描述電力系統(tǒng)，并且在此基礎(chǔ)上研究電壓的穩(wěn)定特性。隨著系統(tǒng)負(fù)荷的參數(shù)值不斷增大，需要獲取其增長極限，即電壓穩(wěn)定值，以此獲得電力系統(tǒng)的各種信息。本文采用延拓算法進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)的參數(shù)求取，并且描繪出P-V曲線。應(yīng)用此方法可以消除使用常規(guī)計(jì)算方法時(shí)出現(xiàn)的電壓失穩(wěn)點(diǎn)的發(fā)散問題，并能夠精確的得出電壓的穩(wěn)定裕度。裕度指標(biāo)即是指從系統(tǒng)設(shè)定的初始運(yùn)行狀態(tài)開始，以某種設(shè)定好的方式，通過負(fù)荷增長的累積達(dá)到的電壓臨界值。它的大小能夠直觀的反映出目前電力系統(tǒng)工作負(fù)荷與故障擾動(dòng)、保持電壓穩(wěn)定的能力大小。筆者根據(jù)非線性微分動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，得出以下方程組

式（1.1）中，X為電力系統(tǒng)中的狀態(tài)參數(shù)，p是系統(tǒng)參數(shù)，f是光滑映射。筆者在只有一個(gè)變量而其他的參數(shù)作為定值的情況下，求解電力系統(tǒng)的平衡點(diǎn)隨狀態(tài)參量的變化情況。由以下（1.2）的方程組得出X隨參量λ的改變而發(fā)生的變化情況。

筆者通過預(yù)先測定-校正改進(jìn)方式的延拓算法，根據(jù)以下步驟進(jìn)行討論研究：（1）平衡點(diǎn)的狀態(tài)參量的選定（2）預(yù)先測定下一個(gè)平衡點(diǎn)（3）校正改進(jìn)預(yù)測值（4）增加延拓算法的步長限制。

2　電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的解析延拓分析

學(xué)者對于電力系統(tǒng)的研究已經(jīng)持續(xù)了很久，也相繼提出了很多方法來分析研究電壓的穩(wěn)定性與穩(wěn)定裕度等問題。在數(shù)學(xué)上，我們采用微分代數(shù)方程對其進(jìn)行完整的描述。但是實(shí)際研究中，由于涉及到所有電子元器件的動(dòng)態(tài)特性的影響，分析該方程組變得十分復(fù)雜。因此，本文采用小擾動(dòng)方法對方程組進(jìn)行一定程度上的簡化，本文通過控制變量法分別修改各個(gè)狀態(tài)參數(shù)的方法獲得系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的矩陣。最后進(jìn)行了算例研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：相較于其他獲取電壓穩(wěn)定值的方法，小擾動(dòng)方法可以穩(wěn)定的運(yùn)行于P-V曲線的下半支。恒功率負(fù)荷對電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的負(fù)面影響較恒電流負(fù)荷要大，恒功率負(fù)荷成分越大，系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定裕度越小。在各類負(fù)荷中，具有負(fù)指數(shù)特性的負(fù)荷對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響最嚴(yán)重，恒功率負(fù)荷次之，再次為恒電流負(fù)荷和恒阻抗負(fù)荷。

在電力系統(tǒng)靜態(tài)分析中通常以網(wǎng)絡(luò)潮流方程為基礎(chǔ)，如式（2.1）所示

通過延拓算法連續(xù)跟蹤潮流方程的特征值的變化情況，可以得出系統(tǒng)的最易失穩(wěn)的情況。然后利用狀態(tài)參數(shù)與控制參數(shù)的分析判斷出失穩(wěn)的類型。

3　基于廣域測量系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定評估

當(dāng)電力系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中處于超負(fù)荷工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)擾動(dòng)或系統(tǒng)的負(fù)荷累積都有可能引發(fā)電壓失穩(wěn)，甚至是電網(wǎng)的電壓崩潰的情況發(fā)生。因此對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)人員來說，只有充分的了解整個(gè)系統(tǒng)的每一個(gè)電壓穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，才能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過廣域測量系統(tǒng)來獲取同步電壓相量，分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。利用同步電壓相量與節(jié)點(diǎn)戴維南等效方法的結(jié)合使用，通過部分同步電壓值的測量來分析與其相連接的同步電壓量，以此分析評估電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過在電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝電源管理單元來建立一個(gè)廣域測量系統(tǒng)。在廣域測量系統(tǒng)中，一個(gè)向量數(shù)據(jù)集中器可以整合多個(gè)電源管理單元，再進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，最終傳輸給控制單元。在整個(gè)廣域測量系統(tǒng)中，采用分層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。將電源管理單元作為最基層的單元，由向量數(shù)據(jù)集中器逐步或直接地通過高速的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心?？刂浦行木涂梢詫@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理完成對電網(wǎng)的穩(wěn)定性評估。

廣域測量系統(tǒng)的典型組成如圖（3.1）所示：

4　結(jié)語

電壓的穩(wěn)定性研究是電力系統(tǒng)分析的重要組成部分，關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。本文對電壓穩(wěn)定性的若干問題進(jìn)行了深入的分析，但仍存在以下幾點(diǎn)值得進(jìn)一步研究：（1）電壓穩(wěn)定性的原理分析。（2）進(jìn)一步探索發(fā)電機(jī)對于電壓的穩(wěn)定性的影響（3）分析電壓的穩(wěn)定性與電能質(zhì)量的關(guān)系（4）分析電壓的穩(wěn)定性與直流輸電的關(guān)系。

［1］何攻，李軍，喬梁.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析方法綜述［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（05）：16-19.

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