芻議電力系統的電壓穩定及控制

摘 要：電力系統的未來發展趨向是大電網、遠距離和高電壓輸電，這對科學合理應用能源、提升經濟效益具有至關重要的意義，但與此同時也會給電力系統的穩定運行帶來諸多新的問題。尤其是近年來發生的一些電壓崩潰事故，使得電壓穩定及控制問題成為國內外的熱點問題之一。基于此，本文擬從電力系統的電壓穩定及控制研究的必要性出發，闡述電力系統的電壓穩定及控制分析方法，探討電力系統的電壓穩定及控制路徑，旨在提升我國電力系統的電壓穩定性與可控性，確保電力系統的安全運行。

關鍵詞：電力系統；電壓穩定；電壓控制；電力

電力系統屬于復雜的龐大非線性多變量動態系統，其中穩定與安全是電力系統運行的基本條件與必備條件。伴隨著電網規模的不斷擴大，以及電力市場化的深入改革，遠距離的重負荷輸電狀況將會更加突出，這就使得電力系統運行將會愈來愈接近網絡的極限輸送能力。所以，鑒于國外出現的惡性電壓崩潰事件與我國部分區域出現的電壓失穩現象，強化電力系統的電壓穩定及控制研究具有重要的現實意義與理論價值。

一、電力系統的電壓穩定及控制研究的必要性

電力系統的電壓穩定及控制研究一直以來都是電力系統規劃和運行的關鍵課題。在發生電壓崩潰事故以前，人們的關注焦點在于電力系統的功角穩定領域。然而，自20世紀70年代以來，在世界范圍內爆發的多起因電壓崩潰而引發的大范圍停電事件，造成了嚴重的社會影響與經濟損失，至此有關電壓穩定方面的研究開始逐步引起人們的重視。

盡管我國還未發生過大面積的惡性電壓崩潰事件，但因電壓失穩而造成的局部停電事故卻經常發生，如在1972年7月份出現的湖北電網事故與1973年7月份出現的大連電網事故等。當前我國正值社會經濟的快速發展階段，電力系統也逐步進入到了遠距離、大機組、超高壓以及大電網的時代，但因為我國當前的經濟發展速度，已經遠超出20世紀末亞洲金融危機時期的預期，致使目前乃至未來一定期限內我國的電力建設都會落后于社會經濟的發展水平，電力系統運行接近電網極限輸送能力的概率也會大幅增加，進而使得我國的電力系統存在著一定的電壓穩定安全隱患。所以，面對當前我國嚴峻的電力系統的電壓穩定形勢，深入探究發生電壓崩潰事故的機理、預防控制電壓穩定的措施等，對于有效避免大面積電壓崩潰事故的出現，具有不可替代的意義與價值。

二、電力系統的電壓穩定分析方法

（一）靜態分析法

靜態電壓穩定分析主要以平衡點間的穩定性研究為主，其要求電力系統受到的干擾幅度盡可能小，或者電力系統的演化過程盡可能的緩慢，以至于可以忽略電力系統模型的動態化過程，這時的電力系統運行軌跡主要由穩定的平衡點所構成。一旦電力系統的實際功率難以平衡，即不存在所謂的穩定平衡點，則可以確定電力系統存在電壓失穩的隱患，這一失穩機理能夠通過Q-V曲線或者P-V曲線得到科學合理的解釋。從本質上講，靜態分析法就是將網絡傳輸極限功率時的實際運行狀態，當作成靜態電壓穩定的最高極限狀態。靜態電壓分析法重點從靜態觀點對電壓崩潰機理進行揭示，用代數方程對系統微分方程進行代替，用靜態模型對負荷進行描述。其能夠顯示出電壓穩定的裕度指標，且能通過靈敏度分析法顯示出電力系統的弱區域以及其他信息。靜態分析法因方便快捷而得到了廣泛的應用與發展，是當前電力系統的電壓穩定研究中成效最為顯著的一項，且相關研究成果已被應用到了電力領域之中。

（二）動態分析法

隨著電力系統研究的力度加大，以及在功角穩定研究中應用的暫態仿真已經難以滿足電力系統的電壓穩定研究需要，使得對電力系統實施的長時間、全過程的動態仿真研究成為當前研究電壓崩潰機理、電壓失穩等現象的有力手段。目前，電力穩定及控制的動態本質已經引起了現代人的高度重視，人們開始意識到要想從根本上闡釋清楚電壓失穩的機理，就必須構建電力系統的動態模型，通過應用各種動態分析法對電壓崩潰的物理本質進行深入研究，只有掌握正確的電壓失穩機理理論，才能夠更好的預防電壓崩潰事故的出現。綜合考慮了發電機、負荷、變壓器、勵磁等系統的動態特性，當前針對電壓穩定的動態分析方法主要包括小干擾分析法、動態潮流法、時域仿真法、分岔分析法等一系列方法。

三、電力系統的電壓穩定及控制路徑

（一）科學規劃設計

要提升電力系統的電壓穩定及控制成效，就必須對電力系統進行科學合理的規劃與設計。其中，對電壓、負荷以及傳輸網絡的規劃，應盡可能的提升網絡傳輸能力，強化負荷中線電源調控電壓的能力。同時，電網結構還應確保運行過程中的靈活性，最大程度做好電網結構的無功功率規劃工作等。

（二）利用發電機組

充分挖掘與發揮發電機組的功能，能夠有效增強電力系統的電壓穩定性。面對電力系統的電壓急劇下降情況，確保盡可能多的發電機組的正常運行至關重要，這是因為勵磁機和發電機的過負荷能力能夠有效延遲電壓崩潰的所需時間。

（三）保持高電壓水平

確保電力系統在高電壓的水平狀態中運行，也能夠有效增強電壓的穩定性與可控性。電力系統在高電壓水平條件下運行，不僅不會增加無功儲備，反而會減少無功需求。所以，高電壓水平下的電力系統，能夠促使發電機組預備出更為充足的無功儲備，進而為電力運行工作者預留出更多可控制的電壓，這在一定程度上增加了電力系統的電壓穩定及控制性。

總而言之，電力系統的電壓穩定及控制研究，其根本目的在于探尋出高效的分析電力系統的薄弱環節、穩定程度、增強穩定的具體舉措以及各種應急策略等的路徑，從而預防電壓崩潰現象的出現。目前，我國針對電力系統的電壓穩定及控制研究取得了一定成果，但對于電壓穩定的本質與功角穩定關系等方面的認識還不夠全面，具體理論與方法研究還不夠完善，因而需要繼續加大相關研究的力度與深度。

參考文獻：

[1]劉光曄，楊以涵.電力系統電壓穩定與功角穩定的統一分析原理[J].中國電機工程學報，2013（13）

[2]劉光曄，施海亮，楊以涵.非解析復變電力系統電壓穩定的動態分析方法[J].中國電機工程學報，2013（10）

[3]王春莉，張廣淵，胡俊輝.多類型現場總線在工業自動化控制中的綜合應用[J].機械設計與制造，2003（01）

作者簡介：

鄭宇（1986～ ），男，河南新鄉市人，碩士，國網河南省電力公司新鄉供電公司工程師。