電力系統的靜態電壓穩定性分析

溫錢惠

摘要：隨著高壓直流輸電技術的發展以及大規模互聯電網的形成，電網的電壓穩定性問題日趨凸顯和復雜。本文針對電力系統的電壓穩定問題，著重對靜態電壓穩定性問題進行了研究。在概述了靜態電壓穩定性問題的研究背景與國內外研究現狀的基礎上，歸納了分析電力系統靜態電壓穩定性的基本方法?？紤]到系統的靜態電壓穩定問題主要由重負荷引起，論文著重討論了采用最大功率法來分析系統的靜態電壓穩定性，并針對IEEE39節點系統做了仿真分析，而后通過對P-V曲線和負荷裕度的分析，判斷出系統中的電壓薄弱節點，以此為電力系統的靜態電壓穩定控制提供依據。

關鍵詞：電力系統;靜態電壓穩定;最大功率法;潮流計算;P-V曲線

1.靜態電壓穩定性簡述

電力系統是一個極其復雜的且含有大量的電氣設備和機電設備的大規模非線性系統，電力系統穩定性分析在電力運行和規劃中扮演著舉足輕重的角色，一直是學術界廣泛關注的課題。電力系統的功角穩定和電壓穩定在電壓穩定性分析研究中是最重要的一個環節。功角穩定一直得到學者們的廣泛關注，但由于計算機技術的進步以及運用了更加先進的控制技術，在功角穩定的研究方面，我們取得了不菲的成果。然而電壓穩定的發展卻由于受到條件和技術水平的限制而一直停滯不前。直到上個世紀七十年代中后期才受到電力學界的廣泛關注。而隨著電力系統的發展，重負荷、無功儲備不足等問題越來越突出，使得電力系統的靜態電壓穩定問題也越發嚴重。

2靜態電壓穩定分析的理論基礎

2.1靜態研究方法

對靜態電壓穩定性的研究分析，主要重心是基于潮流方程或是改進的潮流方程來進行的。電壓穩定性分析研究在上個世紀八十年代之前就已經獲得了十分的重視。在近幾年，靜態電壓穩定性分析的方法也得以改進。如今，大多數的靜態分析方法基本上都是建立在對電壓穩定機理的某種靜態認識之上，用系統的穩態潮流方程或以假定發電機電勢恒定后的擴展潮流方程式進行電壓穩定性的分析研究，常常把電力網絡傳輸極限功率時體系的運作狀態看作是靜態電壓穩定極限狀態，目前，有多種靜態分析方法，主要的有潮流多解法、靈敏度分析法、特征結構分析法、奇異值分解法、最大功率法等。

2.2基于微分方程的動態研究方法

在上面我們綜述了基于電力系統靜態電壓穩定性分析的幾種方法，然而實際的電力系統往往是動態的，里面包含很多動態元件，這也需要引起我們的重視。比如，負荷的動態特性，勵磁裝置的特性等等。利用數值仿真法來分析電力系統大干擾時電壓穩定性和電壓失穩狀況發展機制是壓穩定分析的主要內容，然而即便是對于一些一般規模的電力系統而言，考慮各類元件的動態特性及非線性特征，分步數值積分法的計算量也是非常之大。由于電力系統中電壓失穩是一個較為緩慢的過程，仿真過程一般需要到幾分鐘甚至多達數十分鐘。同時，電力系統DAE模型為剛性，考慮分步積分數值穩定性和迭代收斂性，其步長不宜太大，耗時時間長也是它主要的缺點。另外，若步長的選擇不恰當，分步積分的累計誤差將會直接導致結果不真實靠譜。這些不足就限制了數值仿真法在電壓穩定研究中的應。

3 系統負荷節點的P-V曲線繪制及負荷裕度計算

本文通過對P-V曲線的繪制與負荷裕度的計算來判斷系統的靜態電壓穩定性，繪制了帶負荷的PQ節點的P-V曲線，通過不斷增加這些負荷節點的負荷功率，找到各節點潮流臨界收斂時負荷功率大小，再緩慢增加其負荷功率，直至潮流不收斂，最后繪出這些負荷節點的P-V曲線。

系統中的第4節點，調整為第1節點，其初始負荷功率0.478+j*0.039M·VA。保持負荷功率因數不變，我們緩慢增加其負荷功率，直到功率增加到15.279*（0.478+j*0.039）M·VA時，系統臨界收斂。那么節點所增加的負荷功率與相應的電壓幅值的關系如圖1所示。

由圖1我們可以看出，系統臨界收斂時的負荷功率為41.233（0.09+j*0.058，初始的負荷功率為0.09+j*0.058。

由圖2我們可以看出，系統臨界收斂時的負荷功率94.478*（0.035+j*0.018），初始的負荷功率為0.035+j*0.018。

由以上仿真圖形我們可以看出，系統臨界收斂時的負荷功率為14.421*（0.149+j*0.05）M·VA，初始的負荷功率為0.149+j*0.05M·VA。

5結束語

靜態電壓穩定性研究作為電力系統重要的研究方向，已經取得了不少成果，但是對于日益復雜的電力系統而言，仍有眾多問題需要解決。本文基于IEEE39節點系統，采用基于P-Q分解法的潮流計算，對系統進行了大量的潮流計算，分析了系統的靜態電壓穩定性。

參考文獻

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