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文檔簡介
1、電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其研究現(xiàn)狀沙文志陽江市凱源電力設(shè)計(jì)有限公司 529500摘要:近年來隨著電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸電的一體化體制演變到開放和競爭的環(huán)境, 電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的不確定性和不安全因索增加,電壓不安全己經(jīng)成為限制電 力傳輸?shù)闹饕蛩髦弧J澜缟显S多國家相繼發(fā)牛由電壓穩(wěn)定問題導(dǎo)致的大面積 停電事件,使世界各國電力工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都極為重視,并進(jìn)行了大量的研究工 作。因此,進(jìn)行電壓穩(wěn)定方面的研究意義重大。1電壓穩(wěn)定性的定義1.1定義電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是指在給定的初始運(yùn)行條件下,遭受擾動后電 力系統(tǒng)在所有母線上保持穩(wěn)定電壓的能力。它依賴于電力系統(tǒng)中保持或恢復(fù)負(fù)荷 需求和負(fù)荷供給平衡的能力。在發(fā)
2、生電壓失穩(wěn)時,可能引起電網(wǎng)中某些母線上的 電壓下降或升高,從而導(dǎo)致系統(tǒng)中負(fù)荷喪失、傳輸線路跳閘、級聯(lián)停電及發(fā)電機(jī) 失去同步等。1.2關(guān)于電壓崩潰電力系統(tǒng)中,人們把擾動,負(fù)荷增大或系統(tǒng)參數(shù)變更后造成大面積、 大幅度電壓持續(xù)下降,運(yùn)行人員和自動控制系統(tǒng)也無法阻止這種電壓衰減的情況 稱為電壓崩潰。這種電壓下降的持續(xù)時間可能只需幾秒,也可能需要數(shù)十分釗 甚至更長時間。電壓崩潰是電壓失穩(wěn)的最明顯的特征,它會導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。由于早期故障現(xiàn)場記錄的電壓崩潰都發(fā)牛在初期故障以后較晚的時刻, 因此人們普遍認(rèn)為這是靜態(tài)問題。隨著研究的深入人們逐漸認(rèn)識到電壓穩(wěn)定問題 木質(zhì)上是一動態(tài)問題。它與發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)、負(fù)荷、
3、無功補(bǔ)償系統(tǒng)、有載變 壓器的抽頭調(diào)節(jié)、直流輸電等元件的動態(tài)特性有很大關(guān)系。發(fā)電機(jī)的無功限制, 有載變壓器抽頭的離散調(diào)節(jié)及限制。并聯(lián)電容器或電抗器的投切容量限制,輸電 線路開斷等離散爭件對電壓穩(wěn)定性有著重要影響,有些離散事件可能會引起系統(tǒng) 發(fā)生電壓失穩(wěn)。因此,人們開始重視電壓穩(wěn)定問題的動態(tài)機(jī)理分析和仿真模型的 研究,但到目前為止,仍然沒有很好地解決這個問題。2電壓不穩(wěn)定的原因研究認(rèn)為,使電壓不穩(wěn)定性日趨嚴(yán)重的主要原因有以下幾點(diǎn):1:由于經(jīng)濟(jì)上及其他方面的考慮,發(fā)、輸電設(shè)備使用的強(qiáng)度日益接近 其極限值。2:并聯(lián)電容無功補(bǔ)償大量增加,當(dāng)電壓降低吋,向電網(wǎng)提供的無功功 率按電壓的平方下降。3:線路或設(shè)
4、備的投切,引起電壓失穩(wěn)的可能性往往比功角穩(wěn)定研究中 所考慮的三相短路情況要大得多,然而人們長期以來只注意功角穩(wěn)定的研究。 3電壓穩(wěn)定性分類目前,電壓穩(wěn)定主要分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)電壓穩(wěn)定、動態(tài)電壓穩(wěn) 定、中長期電壓穩(wěn)定等,對它們的含義和解釋,至今還沒有一個統(tǒng)一的定義。下 面給岀了電壓穩(wěn)定性的參考分類方法,將電壓穩(wěn)定問題分為如下4類:動態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)用線性微分方程描述,計(jì)及元件動態(tài)及調(diào)節(jié)器的動 態(tài)作用,判別系統(tǒng)在小擾動下的電壓穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定是指對動態(tài)系統(tǒng)作進(jìn)一步 簡化,負(fù)荷用靜態(tài)電壓特性表示,系統(tǒng)用代數(shù)方程描述,判斷系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處的 電壓穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)用非線性微分方程描述,計(jì)及元件動
5、態(tài)特性及調(diào) 節(jié)器的動態(tài)作用,判別系統(tǒng)在大擾動下的電壓穩(wěn)定性。電壓崩潰是指受擾動后, 系統(tǒng)內(nèi)無功功率平衡狀態(tài)遭到破壞,依靠調(diào)節(jié)器和控制器的作用,仍不能使電壓 恢復(fù),致使局部或整個系統(tǒng)電壓急劇下降的物理過程。gigre研究委員會和ieee電力系統(tǒng)動態(tài)行為委員會聯(lián)合組成的工作組 在2004年5月份完成了一份報告,其主要內(nèi)容就是處理電力系統(tǒng)穩(wěn)定的定義及 其分類問題。根據(jù)擾動的性質(zhì),該報告把電壓穩(wěn)定分為兩類:1:大擾動電壓穩(wěn)定:指系統(tǒng)在遭受較大的擾動,如系統(tǒng)短路、切機(jī)、 線路故障后,保持電壓穩(wěn)定的能力。它由系統(tǒng)和負(fù)荷特性以及兩者間連續(xù)和不連 續(xù)控制及保護(hù)的相互作用所決定。判斷大擾動電壓穩(wěn)定性,要在一段時
6、間內(nèi)考慮 電力系統(tǒng)的非線性響應(yīng)特性,研究的吋間從幾秒至幾十分鐘。2:小干擾電壓穩(wěn)定指系統(tǒng)在遭受小的擾動如系統(tǒng)負(fù)荷增加后保持電壓 穩(wěn)定的能力。它受負(fù)荷特性以及給定吋間內(nèi)的連續(xù)和不連續(xù)控制作用的影響。分 析這類電壓穩(wěn)定時,可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)募僭O(shè),系統(tǒng)方程能被線性化,因而可以通過 靈敏度計(jì)算確定影響電壓穩(wěn)定的因素。但是,線性化無法計(jì)及諸如oltc(死區(qū)、 不連續(xù)性、延吋)的非線性影響,所以,應(yīng)當(dāng)使用線性和非線性相結(jié)合的分析方 法進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)研究的吋間范圍進(jìn)行的分類有2種情況:1:短期電壓穩(wěn)定包含快速動作元件如感應(yīng)電動機(jī)、電子控制負(fù)荷、 hvdc變流器的動態(tài)過程。所關(guān)心的時間只有幾秒,通過求解相應(yīng)的微分
7、方程進(jìn) 行研究,此吋負(fù)荷的動態(tài)模型通常很重要。與功角穩(wěn)定不同,靠近負(fù)荷的短路對 系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性影響大。2:長期電壓穩(wěn)定涉及慢動作設(shè)備如變壓器分接頭、溫控負(fù)荷、發(fā)電機(jī) 電流限制器。所需的研究吋間從幾分鐘到更長的吋間。4.電壓穩(wěn)定性分析方法所有基于靜態(tài)的研究方法本質(zhì)上都是利用潮流及其改進(jìn)形式作為研究 工具,未涉及系統(tǒng)動態(tài),因而所得“極限”通常只是“功率極限”而非“電壓穩(wěn) 定極限”,其合理性需要接受基于動態(tài)的研究方法的檢驗(yàn)。但靜態(tài)方法在獲得系 統(tǒng)極限運(yùn)行狀態(tài)、指導(dǎo)調(diào)度方面起到重要作用,也是動態(tài)分析方法的基礎(chǔ),在一 段吋間內(nèi)將依i 口存在口廣泛應(yīng)用。其關(guān)鍵問題是如何把握靜態(tài)分析方法的應(yīng)用范 圍和適用
8、條件,如何衡量誤差范圍。此外,系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定和功角靜態(tài)穩(wěn)定的 鑒別方法仍然是一個需要研究的課題。小干擾電壓穩(wěn)定分析方法具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ),開發(fā)計(jì)算速度快,對各 種控制系統(tǒng)有良好適應(yīng)性的特征分析方法是其關(guān)鍵所在。在分析過程中,應(yīng)該設(shè) 法降低系數(shù)矩陣的階數(shù),識別保留對電壓穩(wěn)定影響貢獻(xiàn)大的元件,正確確定需要 加以詳細(xì)描述的元件模型。還有一種比較流行的算法是分岔算法,在這里不做詳細(xì)介紹。毫無疑問,時域仿真法是檢驗(yàn)一切分析方法的準(zhǔn)繩,探討新的快速吋 域仿真方法,如采用并行計(jì)算技術(shù),加快計(jì)算速度,力求達(dá)到暫態(tài)電壓穩(wěn)定的實(shí) 時仿真是需要研究的課題。此外,對模型參數(shù)要進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)測定,力求用可信 參數(shù)進(jìn)行暫
9、態(tài)電壓穩(wěn)定分析,并且對仿真的輸出結(jié)果進(jìn)行分析,以便給出穩(wěn)定裕 度、穩(wěn)定極限。同吋,應(yīng)該探討時域仿真法和模式識別、人工智1能等理論相結(jié)合 的方法。5研究現(xiàn)狀對電壓穩(wěn)定問題的研究人體上可歸納為兩類:基于潮流方程的靜態(tài)電 壓穩(wěn)定分析方法,和基于狀態(tài)方程的動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法。目前理論界關(guān)于電 壓穩(wěn)定問題比較一致的看法是認(rèn)為電壓穩(wěn)定問題本質(zhì)上是一個動態(tài)穩(wěn)定問題,它 與發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)、負(fù)荷、(新型)無功補(bǔ)償系統(tǒng)和其它電力電子裝置、有載 調(diào)壓變壓器的抽頭調(diào)節(jié)、直流輸電等元件的動態(tài)特性有很大關(guān)系。但由于目前對 電壓崩潰的動態(tài)機(jī)理和各種元件所起的作用的認(rèn)識還很不充分,也缺乏統(tǒng)一的評 價標(biāo)準(zhǔn),因而目前關(guān)于暫態(tài)和動態(tài)電壓穩(wěn)定的理論、分析模型和方法還很不成熟, 距實(shí)用化應(yīng)用還有相當(dāng)距離。與之相比,在靜態(tài)電壓穩(wěn)定研究方面,特別是在基 于潮流方程的靜態(tài)分析方面,已取得了基本一致的理論認(rèn)識,同吋建立了相應(yīng)的 評價指標(biāo)及計(jì)算分析方法。這些分析方法中比較實(shí)用的主要有靈敏度分析方法、 雅可比矩陣奇異值(特征值)分析方法、基于連續(xù)潮流計(jì)算的裕度指標(biāo)分析方法等。 6結(jié)論盡管電壓穩(wěn)定性問題及其相關(guān)現(xiàn)象十分復(fù)雜,人們已在電壓失穩(wěn)機(jī)理 的研究、動態(tài)模型的建立等方面取得了不少成果,提出了各類電壓失穩(wěn)的防范措 施。隨著電壓穩(wěn)定性問題研究的不斷深入,人們需要提出更為準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定性 指標(biāo)和實(shí)
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