電力系統(tǒng)-電壓穩(wěn)定性分析

1、 姓名：姓名：* * * * 學號：學號：* * * * * * * * *電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析分析主要內(nèi)容p一一概述p二二電壓穩(wěn)定性的基本概念及研究內(nèi)容 p三三電壓穩(wěn)定性的研究p四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析p五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù) 一概述一概述近30年來，電力系統(tǒng)向大機組，大電網(wǎng)，高電壓和遠距離輸電發(fā)展。這對合理利用能源，提高經(jīng)濟效益和保護環(huán)境具有重要的意義。但也給電力系統(tǒng)的安全運行帶來了一些新問題。其中之一就是電壓崩潰惡性事故。70年代以來，國內(nèi)外的電網(wǎng)發(fā)生了多起以電壓失穩(wěn)為特征的電網(wǎng)瓦解事故。一概述一概述 1972 1972年年7 7月月2727日我國湖北電網(wǎng)的武

2、漢和黃石地區(qū)的電壓日我國湖北電網(wǎng)的武漢和黃石地區(qū)的電壓崩潰事故，使受端系統(tǒng)全部瓦解；崩潰事故，使受端系統(tǒng)全部瓦解； 19731973年年7 7月月1212日東北電網(wǎng)的大連地區(qū)電壓崩潰，造成大日東北電網(wǎng)的大連地區(qū)電壓崩潰，造成大連地區(qū)全部停電。連地區(qū)全部停電。 19781978年年1212月月1919日法國電網(wǎng)大停電；日法國電網(wǎng)大停電； 19831983年年1212月月2727日瑞典電網(wǎng)事故；日瑞典電網(wǎng)事故； 19871987年年7 7月月2323日日本東京大停電；日日本東京大停電； 今年今年7 7月月3030、3131日，印度相繼發(fā)生兩次大面積停電事故日，印度相繼發(fā)生兩次大面積停電事故 美國西

3、部美國西部19961996年年7 7月月2 2日和日和8 8月月1010日連續(xù)兩次大停電事故日連續(xù)兩次大停電事故 因為電壓失穩(wěn)導致大面積，長時間的停電，造成巨大的因為電壓失穩(wěn)導致大面積，長時間的停電，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會混亂。經(jīng)濟損失和社會混亂。 一概述一概述u多次大停電事故給人們震動很大，再次向電力界敲響了警鐘。我國電力工業(yè)部也專門組織有關(guān)人員進行研究，討論我國電網(wǎng)的現(xiàn)狀及存在的問題，使電壓穩(wěn)定問題成為關(guān)注的焦點。 二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念1 1、電壓穩(wěn)定性：、電壓穩(wěn)定性： 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則 中將電壓穩(wěn)定定義為中將電壓穩(wěn)定定義為：電力系統(tǒng)受

4、到小的擾動或大的擾動后，系統(tǒng)能電力系統(tǒng)受到小的擾動或大的擾動后，系統(tǒng)能保持或恢復到容許的范圍內(nèi)，不發(fā)生保持或恢復到容許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰電壓崩潰的的能力。能力。 1990 1990年年IEEEIEEE將電壓穩(wěn)定性定義為將電壓穩(wěn)定性定義為“系統(tǒng)維持電系統(tǒng)維持電壓的能力。當負荷導納增大時，負荷功率也隨之壓的能力。當負荷導納增大時，負荷功率也隨之增大，并且功率和電壓都是能控的。增大，并且功率和電壓都是能控的。”二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念2、電壓崩潰：電壓崩潰： 是指由于電壓不穩(wěn)定所導致的系統(tǒng)內(nèi)大面積、大幅度的是指由于電壓不穩(wěn)定所導致的系統(tǒng)內(nèi)大面積、大幅度的電壓下降過程。當

5、出現(xiàn)擾動使電壓急劇下降。并且運行人員電壓下降過程。當出現(xiàn)擾動使電壓急劇下降。并且運行人員和自動系統(tǒng)的控制已無法終止這種電壓衰落時，系統(tǒng)就會進和自動系統(tǒng)的控制已無法終止這種電壓衰落時，系統(tǒng)就會進入電壓不穩(wěn)定的狀態(tài)，這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘，也入電壓不穩(wěn)定的狀態(tài)，這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘，也可能長達幾分鐘、幾十分鐘。如果電壓下降過程不能停止，可能長達幾分鐘、幾十分鐘。如果電壓下降過程不能停止，最終電壓崩潰就會發(fā)生。最終電壓崩潰就會發(fā)生。二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念電壓崩潰機理電壓崩潰機理 ：重負荷運行狀態(tài)下系統(tǒng)負荷持續(xù)增加，系統(tǒng)運行備用（特重負荷運行狀態(tài)下系統(tǒng)負荷持續(xù)增

6、加，系統(tǒng)運行備用（特別是無功）緊張，傳輸線潮流接近最大功率極限。別是無功）緊張，傳輸線潮流接近最大功率極限。大的突然擾動，如失去發(fā)電機組、輸電線相繼跳閘等。大的突然擾動，如失去發(fā)電機組、輸電線相繼跳閘等。有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器ULTCULTC負調(diào)壓作用。負調(diào)壓作用。發(fā)電機過勵限制器發(fā)電機過勵限制器OELOEL。繼電保護、低頻減載等缺乏協(xié)調(diào)是導致電壓不穩(wěn)定的一個繼電保護、低頻減載等缺乏協(xié)調(diào)是導致電壓不穩(wěn)定的一個重要原因。重要原因。弱連接的交直流系統(tǒng)。弱連接的交直流系統(tǒng)。電壓崩潰通常顯示為慢的電壓衰減，這是由于許多電壓控電壓崩潰通常顯示為慢的電壓衰減，這是由于許多電壓控制設備和保護系統(tǒng)作用及

7、其相互作用積累過程的結(jié)果。在制設備和保護系統(tǒng)作用及其相互作用積累過程的結(jié)果。在許多情況下，電壓不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)子角不穩(wěn)定是相互耦合的。許多情況下，電壓不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)子角不穩(wěn)定是相互耦合的。 核心問題：無功不足核心問題：無功不足二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念二、電壓穩(wěn)定性的基本概念 三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究基于潮流方程的靜態(tài)研究方法主要有基于潮流方程的靜態(tài)研究方法主要有: : 最大功率法；最大功率法； 靈敏度分析方法；靈敏度分析方法； 潮流多解方法；潮流多解方法； 雅可比矩陣奇異方

8、法。雅可比矩陣奇異方法。三電壓穩(wěn)定性的研究三電壓穩(wěn)定性的研究 當負荷需求超出電力網(wǎng)絡傳輸功率極限時，系當負荷需求超出電力網(wǎng)絡傳輸功率極限時，系統(tǒng)將會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其中包括電壓失穩(wěn)。這是一統(tǒng)將會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其中包括電壓失穩(wěn)。這是一種樸素的物理觀點。把電力網(wǎng)絡輸送功率的極限作種樸素的物理觀點。把電力網(wǎng)絡輸送功率的極限作為靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點正是最大功率法的基本原則為靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點正是最大功率法的基本原則。常用的最大功率判據(jù)有：任意負荷節(jié)點的有功功。常用的最大功率判據(jù)有：任意負荷節(jié)點的有功功率判據(jù)，無功功率判據(jù)以及所有負荷節(jié)點的復功率率判據(jù)，無功功率判據(jù)以及所有負荷節(jié)點的復功率之和最大判據(jù)。許多

9、作者采用最大功率判據(jù)作為臨之和最大判據(jù)。許多作者采用最大功率判據(jù)作為臨界點判據(jù)。界點判據(jù)。四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析圖一 負荷點的電壓崩潰過程負荷點的電壓崩潰過程四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析 在電力需求不斷增加，受端系統(tǒng)不斷擴大，負荷在電力需求不斷增加，受端系統(tǒng)不斷擴大，負荷容量不斷集中，而電源又遠離負荷中心的情況下，容量不斷集中，而電源又遠離負荷中心的情況下，當輸電系統(tǒng)帶重負荷時，會出現(xiàn)圖當輸電系統(tǒng)帶重負荷時，會出現(xiàn)圖1 1所示電壓不可控所示電壓不可控制且連續(xù)下降的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖中示出制且連續(xù)下降的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖中示出110k

10、v110kv和和6kv6kv母線電壓的崩潰過程。開始時母線電壓自發(fā)下母線電壓的崩潰過程。開始時母線電壓自發(fā)下降，電動機制動。電壓崩潰的基本特征是電壓和有降，電動機制動。電壓崩潰的基本特征是電壓和有功功率數(shù)值減小，無功功率增大。圖中電壓崩潰后功功率數(shù)值減小，無功功率增大。圖中電壓崩潰后的振蕩是由于同步電機的非同步運行引起的。的振蕩是由于同步電機的非同步運行引起的。四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析四簡單系統(tǒng)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性分析 電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持負荷電電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持負荷電壓水平的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置，網(wǎng)絡壓水平的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及運行

11、方式，負荷特性等因素有關(guān)。往往由于結(jié)構(gòu)及運行方式，負荷特性等因素有關(guān)。往往由于電力系統(tǒng)電壓的擾動，線路阻抗突然增大，功率減電力系統(tǒng)電壓的擾動，線路阻抗突然增大，功率減小或負荷的增大而誘發(fā)電壓的不穩(wěn)定現(xiàn)象，導致電小或負荷的增大而誘發(fā)電壓的不穩(wěn)定現(xiàn)象，導致電壓崩潰，造成大面積停電。所以，電壓穩(wěn)定性是電壓崩潰，造成大面積停電。所以，電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一部分。確定電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一部分。確定電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性條件是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的重要內(nèi)容之一。條件是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的重要內(nèi)容之一。 五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù)五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù) 為了提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，一般

12、可采用為了提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，一般可采用以下技術(shù)。以下技術(shù)。投入必要的發(fā)電設備。投入必要的發(fā)電設備。 在事故期間或當新線路或變壓器被推遲投運的時候，在事故期間或當新線路或變壓器被推遲投運的時候，運行不太經(jīng)濟的發(fā)電機以改變潮流或提供電壓支持。運行不太經(jīng)濟的發(fā)電機以改變潮流或提供電壓支持。串聯(lián)電容器。串聯(lián)電容器。 使用串聯(lián)電容器可有效地減小線路電抗，從而降低無功使用串聯(lián)電容器可有效地減小線路電抗，從而降低無功網(wǎng)損?；谶@一措施，聯(lián)絡線路可以從一端的強系統(tǒng)向另網(wǎng)損。基于這一措施，聯(lián)絡線路可以從一端的強系統(tǒng)向另一端的無功短缺系統(tǒng)傳送更多無功功率。一端的無功短缺系統(tǒng)傳送更多無功功率。五改善系統(tǒng)電壓

13、穩(wěn)定性的技術(shù)五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù)并聯(lián)電容器。并聯(lián)電容器。 雖然并聯(lián)電容器的過分使用可能是電壓不穩(wěn)定的原因雖然并聯(lián)電容器的過分使用可能是電壓不穩(wěn)定的原因之一，但有時附加的電容器也能解決電壓不穩(wěn)定問題，因之一，但有時附加的電容器也能解決電壓不穩(wěn)定問題，因為此時可以在發(fā)電機中預留出為此時可以在發(fā)電機中預留出“旋轉(zhuǎn)無功儲備旋轉(zhuǎn)無功儲備”。通常，。通常，所要求的無功功率大多是就地提供的，而發(fā)電機主要提供所要求的無功功率大多是就地提供的，而發(fā)電機主要提供有功功率。有功功率。靜止無功補償器（靜止無功補償器（SVCSVC）。）。 SVCSVC和同步補償器配合使用對控制電壓和防止電壓崩潰和同步補償器配合使

14、用對控制電壓和防止電壓崩潰是有效的，但必須認識到它有很確定的極限值。當一個超是有效的，但必須認識到它有很確定的極限值。當一個超過了規(guī)劃值的擾動使過了規(guī)劃值的擾動使SVCSVC達到頂值時，系統(tǒng)中的電壓崩潰會達到頂值時，系統(tǒng)中的電壓崩潰會與與SVCSVC有很大關(guān)系。有很大關(guān)系。五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù)五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù)在較高電壓水平運行。在較高電壓水平運行。 在較高電壓水平運行可減少系統(tǒng)的無功需求，因為它在較高電壓水平運行可減少系統(tǒng)的無功需求，因為它使發(fā)電機運行在遠離無功極限的狀態(tài)，因此幫助運行人員使發(fā)電機運行在遠離無功極限的狀態(tài)，因此幫助運行人員預留了對電壓的控制。預留了對電壓的控制。

15、 低電壓甩負荷。低電壓甩負荷。 減少一定的負荷可能避免電壓崩潰。在輻射狀負荷的減少一定的負荷可能避免電壓崩潰。在輻射狀負荷的場合，甩負荷應該基于一次側(cè)電壓。在靜態(tài)穩(wěn)定問題中，場合，甩負荷應該基于一次側(cè)電壓。在靜態(tài)穩(wěn)定問題中，甩掉受端系統(tǒng)的負荷是最有效的。甩掉受端系統(tǒng)的負荷是最有效的。五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù)五改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的技術(shù) 低功率因數(shù)發(fā)電機。低功率因數(shù)發(fā)電機。 在很靠近無功短缺地區(qū)或靠近需要大的無功儲備的地區(qū)在很靠近無功短缺地區(qū)或靠近需要大的無功儲備的地區(qū)新增發(fā)電能力時，采用功率因數(shù)為新增發(fā)電能力時，采用功率因數(shù)為0.850.85或或0.80.8的發(fā)電機為宜的發(fā)電機為宜。然而采用具有無功過負荷能力的高功率因數(shù)發(fā)電機加并。然而采用具有無功過負荷能力的高功率因數(shù)發(fā)電機加并聯(lián)電容器組可能更靈活，更經(jīng)濟。聯(lián)電容器