電力系統(tǒng)-電壓穩(wěn)定性分析

1、 姓名：姓名：* * * * 學(xué)號：學(xué)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(jī)組，大電網(wǎng)，高電壓和遠(yuǎn)距離輸電發(fā)展。這對合理利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。但也給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(dǎo)致大面積，長時間的停電，造成巨大的因為電壓失穩(wěn)導(dǎo)致大面積，長時間的停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會混亂。經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(dǎo)則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)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(fù)到容許的范圍內(nèi)，不發(fā)生保持或恢復(fù)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(dāng)負(fù)荷導(dǎo)納增大時，負(fù)荷功率也隨之壓的能力。當(dāng)負(fù)荷導(dǎo)納增大時，負(fù)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(dǎo)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(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)大面積、大幅度的電壓下降過程。當(dāng)

5、出現(xiàn)擾動使電壓急劇下降。并且運(yùn)行人員電壓下降過程。當(dāng)出現(xiàn)擾動使電壓急劇下降。并且運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(dá)幾分鐘、幾十分鐘。如果電壓下降過程不能停止，可能長達(dá)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(jī)理電壓崩潰機(jī)理 ：重負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)增加，系統(tǒng)運(yùn)行備用（特重負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)增

6、加，系統(tǒng)運(yùn)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(jī)組、輸電線相繼跳閘等。大的突然擾動，如失去發(fā)電機(jī)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(fù)調(diào)壓作用。負(fù)調(diào)壓作用。發(fā)電機(jī)過勵限制器發(fā)電機(jī)過勵限制器OELOEL。繼電保護(hù)、低頻減載等缺乏協(xié)調(diào)是導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的一個繼電保護(hù)、低頻減載等缺乏協(xié)調(diào)是導(dǎo)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(shè)備和保護(hù)系統(tǒng)作用及

7、其相互作用積累過程的結(jié)果。在制設(shè)備和保護(hù)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(dāng)負(fù)荷需求超出電力網(wǎng)絡(luò)傳輸功率極限時，系當(dāng)負(fù)荷需求超出電力網(wǎng)絡(luò)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)異常現(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(luò)輸送功率的極限作種樸素的物理觀點。把電力網(wǎng)絡(luò)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(fù)荷節(jié)點的有功功。常用的最大功率判據(jù)有：任意負(fù)荷節(jié)點的有功功率判據(jù)，無功功率判據(jù)以及所有負(fù)荷節(jié)點的復(fù)功率率判據(jù)，無功功率判據(jù)以及所有負(fù)荷節(jié)點的復(fù)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(fù)荷點的電壓崩潰過程負(fù)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(kuò)大，負(fù)荷在電力需求不斷增加，受端系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，負(fù)荷容量不斷集中，而電源又遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況下，容量不斷集中，而電源又遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況下，當(dāng)輸電系統(tǒng)帶重負(fù)荷時，會出現(xiàn)圖當(dāng)輸電系統(tǒng)帶重負(fù)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(jī)制動。電壓崩潰的基本特征是電壓和有降，電動機(jī)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(jī)的非同步運(yùn)行引起的。的振蕩是由于同步電機(jī)的非同步運(yùn)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(fù)荷電電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持負(fù)荷電壓水平的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置，網(wǎng)絡(luò)壓水平的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行

11、方式，負(fù)荷特性等因素有關(guān)。往往由于結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，負(fù)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(fù)荷的增大而誘發(fā)電壓的不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致電小或負(fù)荷的增大而誘發(fā)電壓的不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)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(shè)備。投入必要的發(fā)電設(shè)備。 在事故期間或當(dāng)新線路或變壓器被推遲投運(yùn)的時候，在事故期間或當(dāng)新線路或變壓器被推遲投運(yùn)的時候，運(yùn)行不太經(jīng)濟(jì)的發(fā)電機(jī)以改變潮流或提供電壓支持。運(yùn)行不太經(jīng)濟(jì)的發(fā)電機(jī)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(luò)線路可以從一端的強(qiáng)系統(tǒng)向另網(wǎng)損?；谶@一措施，聯(lián)絡(luò)線路可以從一端的強(qiáng)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(jī)中預(yù)留出為此時可以在發(fā)電機(jī)中預(yù)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(jī)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(jī)主要提供有功功率。有功功率。靜止無功補(bǔ)償器（靜止無功補(bǔ)償器（SVCSVC）。）。 SVCSVC和同步補(bǔ)償器配合使用對控制電壓和防止電壓崩潰和同步補(bǔ)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(rèn)識到它有很確定的極限值。當(dāng)一個超是有效的，但必須認(rèn)識到它有很確定的極限值。當(dāng)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(dá)到頂值時，系統(tǒng)中的電壓崩潰會達(dá)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(yùn)行。在較高電壓水平運(yùn)行。 在較高電壓水平運(yùn)行可減少系統(tǒng)的無功需求，因為它在較高電壓水平運(yùn)行可減少系統(tǒng)的無功需求，因為它使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在遠(yuǎn)離無功極限的狀態(tài)，因此幫助運(yùn)行人員使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在遠(yuǎn)離無功極限的狀態(tài)，因此幫助運(yùn)行人員預(yù)留了對電壓的控制。預(yù)留了對電壓的控制。

15、 低電壓甩負(fù)荷。低電壓甩負(fù)荷。 減少一定的負(fù)荷可能避免電壓崩潰。在輻射狀負(fù)荷的減少一定的負(fù)荷可能避免電壓崩潰。在輻射狀負(fù)荷的場合，甩負(fù)荷應(yīng)該基于一次側(cè)電壓。在靜態(tài)穩(wěn)定問題中，場合，甩負(fù)荷應(yīng)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(fù)荷是最有效的。甩掉受端系統(tǒng)的負(fù)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(jī)。低功率因數(shù)發(fā)電機(jī)。 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(jī)為宜的發(fā)電機(jī)為宜。然而采用具有無功過負(fù)荷能力的高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)加并。然而采用具有無功過負(fù)荷能力的高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)加并聯(lián)電容器組可能更靈活，更經(jīng)濟(jì)。聯(lián)電容器