電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的概念、原理及其控制措施-課件

2024/12/181電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的概念、原理及其控制措施

Concepts,TheoriesandControlMethodsofVoltageStabilityofElectricPowerSystems2024/12/182

目錄1電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的概念

1.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念

1.2簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的機(jī)理

1.2.1電力系統(tǒng)元件無(wú)功特性簡(jiǎn)介

1.2.2電壓穩(wěn)態(tài)失穩(wěn)機(jī)理解釋

1.2.3電壓動(dòng)態(tài)失穩(wěn)機(jī)理解釋

2電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析的目標(biāo)和方法

2.1電壓穩(wěn)定分析的目的

2.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的一般分析方法

2.2.1連續(xù)潮流計(jì)算及特征分析法

2.2.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定的靈敏度、參與因子和相關(guān)因子

2024/12/1832.3動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法

2.3.1全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真法

2.3.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定實(shí)用判據(jù)3.佛山電壓穩(wěn)定性分析

3.1電壓穩(wěn)定分析流程圖

3.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析結(jié)果

3.2.1正常運(yùn)行方式下

3.2.2N-1方式下

3.2.3電壓穩(wěn)定薄弱點(diǎn)及其靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方案

3.3動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析結(jié)果2024/12/1844預(yù)防控制和緊急控制措施簡(jiǎn)述

4.1預(yù)防控制措施

4.2緊急控制措施

4.2.1安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)

4.2.2安全自動(dòng)裝置：低壓減載

4.2.3其它2024/12/1851電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的概念2024/12/1861.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念同步運(yùn)行狀態(tài)：所有并聯(lián)運(yùn)行的同步電機(jī)都有相同的電角速度。是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)重要標(biāo)志。在這種運(yùn)行狀態(tài)下，表征運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)具有接近于不變的數(shù)值，通常稱為穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題：系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到擾動(dòng)后能否恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或過(guò)渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題。2024/12/187電力系統(tǒng)穩(wěn)定類型2024/12/188靜態(tài)穩(wěn)定性:電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到微小擾動(dòng)后獨(dú)立地恢復(fù)到它原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的能力.暫態(tài)穩(wěn)定性:電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)受到一個(gè)大的擾動(dòng),能否從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)不失去同步的過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài),并在新的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行.中長(zhǎng)期穩(wěn)定性：若考慮電力系統(tǒng)眾多慢速的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如AGC、VQC、OLTC等，電力系統(tǒng)在故障擾動(dòng)發(fā)生后保持了功角暫態(tài)穩(wěn)定后，仍有可能會(huì)在幾分鐘乃至數(shù)小時(shí)漸漸失去穩(wěn)定性，稱為中長(zhǎng)期穩(wěn)定性。電壓穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在某些情況下會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的電壓持續(xù)下降或電壓長(zhǎng)期滯留在安全運(yùn)行所不能容許的低水平上而不能恢復(fù)。電壓穩(wěn)定性也可細(xì)分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)電壓穩(wěn)定和中長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定。2024/12/1891.2簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的機(jī)理1.2.1電力系統(tǒng)元件無(wú)功特性簡(jiǎn)介電力輸電系統(tǒng)無(wú)功特性輸電線既產(chǎn)生無(wú)功又消耗無(wú)功，其凈無(wú)功值必須等于線路兩端口由系統(tǒng)吸收或發(fā)出得無(wú)功量。輸電線并聯(lián)電容發(fā)出與電壓平方成正比的無(wú)功。而節(jié)點(diǎn)電壓必須在一定范圍內(nèi)，則線路產(chǎn)生無(wú)功相對(duì)恒定。輸電線串聯(lián)電感消耗與電流平方成正比的無(wú)功。而電流從重載到輕載變化很大，消耗無(wú)功也變化很大。輸電線路隨著輸送有功功率的增加，也會(huì)大量消耗無(wú)功功率，導(dǎo)致受端電壓明顯下降。這也是解釋電壓崩潰往往發(fā)生在系統(tǒng)重載情況下的原因。

2024/12/1810發(fā)電系統(tǒng)特性發(fā)電機(jī)即是唯一的有功功率電源，又是最基本的無(wú)功功率電源。發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無(wú)功功率為

式中，SGN、PGN、φN分別為發(fā)電機(jī)的額定實(shí)在功率，額定有功功率和額定功率因素角。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)以滯后功率因素運(yùn)行為主，必要時(shí)可以減少勵(lì)磁電流在超前功率因素下運(yùn)行，即所謂的進(jìn)相運(yùn)行，以吸收系統(tǒng)中多余的無(wú)功功率。2024/12/1811

發(fā)電機(jī)對(duì)電壓穩(wěn)定的影響，特別注意以下三種工況：正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)維持極端電壓恒定。系統(tǒng)低電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率需求可能導(dǎo)致磁場(chǎng)/電樞電流超過(guò)極限（勵(lì)磁電流限制），發(fā)電機(jī)端電壓將不能維持恒定。在恒定磁場(chǎng)電流時(shí)，恒定電壓點(diǎn)在同步電抗Xd后，即同步電抗Xd后電動(dòng)勢(shì)Eq不變，這相當(dāng)于增加了網(wǎng)絡(luò)電抗，加劇了電壓崩潰條件。電樞電流限制器動(dòng)作時(shí)，為使電樞電流回到安全限制值之內(nèi)，將通過(guò)AVR自動(dòng)或由運(yùn)行人員手動(dòng)減無(wú)功/有功處理，這也失去了發(fā)電機(jī)對(duì)電壓的控制作用。某些發(fā)電機(jī)安裝有勵(lì)磁電流過(guò)流保護(hù)，長(zhǎng)時(shí)間勵(lì)磁電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳閘，完全失去對(duì)電壓的支撐作用。2024/12/1812負(fù)荷系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷（具有恒功率負(fù)荷特點(diǎn)）

異步電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷（特別無(wú)功負(fù)荷）中占的比重很大。系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定。異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路如下，它消耗的無(wú)功功率為

其中，Qm為勵(lì)磁功率，它同電壓平方成正比；Qσ為漏抗的無(wú)功損耗，如果負(fù)載功率不變，則Pm＝I2R(1-s)/s＝常數(shù)。當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)差將要增大，定子電流隨之增大，相應(yīng)地，在漏抗中的無(wú)功損耗Qσ也增大。

因此，當(dāng)電壓下降超過(guò)一定閾值后，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗將反而會(huì)迅速增加。這是造成電壓崩潰（負(fù)荷失穩(wěn)）的重要原因。2024/12/1813阻抗性負(fù)荷系統(tǒng)（具有恒阻抗負(fù)荷特點(diǎn)）對(duì)于照明、供熱等負(fù)荷，具有負(fù)荷隨電壓降低而降低的特點(diǎn)，對(duì)電壓穩(wěn)定有一定正貢獻(xiàn)。當(dāng)變電站通常安裝有載分接頭調(diào)整變壓器（OLTC），會(huì)在供電母線電壓下降時(shí)自動(dòng)調(diào)高電壓，從而使得阻抗性負(fù)荷重新變大。這抵消了阻抗性負(fù)荷對(duì)電壓穩(wěn)定的正貢獻(xiàn)作用。因此，必須考慮在AVC/VQC策略中充分考慮OLTC的控制策略與電壓穩(wěn)定的協(xié)調(diào)策略。綜合性負(fù)荷根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和集結(jié)情況，可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行等值建模處理。恒功率負(fù)荷和恒阻抗負(fù)荷二者的比例關(guān)系是決定電壓穩(wěn)定分析樂(lè)觀或保守的重要因數(shù)之一。有文獻(xiàn)提出現(xiàn)代我國(guó)電力系統(tǒng)采用“60％恒功率＋40％恒阻抗”比較恰當(dāng)；我們認(rèn)為，在佛山、東莞這類制造業(yè)發(fā)達(dá)、空調(diào)負(fù)荷龐大的地區(qū)電網(wǎng)，采用“75％恒功率＋25％恒阻抗”或更恰當(dāng)。2024/12/1814靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備特性串聯(lián)電容器

串聯(lián)電容器減少了輸電線路的純感性電抗，有效地縮短了線路長(zhǎng)度。它發(fā)出無(wú)功補(bǔ)償線路的無(wú)功消耗。串聯(lián)電容器發(fā)出的無(wú)功隨電流的平方而增加，而與節(jié)點(diǎn)電壓無(wú)關(guān)。這樣在系統(tǒng)最需要無(wú)功的時(shí)候可產(chǎn)生最多無(wú)功。并聯(lián)電容器組

電容器通過(guò)提高受電端負(fù)荷功率因素可以有效地?cái)U(kuò)大其電壓穩(wěn)定極限。電容器還可以用來(lái)釋放發(fā)電機(jī)的“旋轉(zhuǎn)無(wú)功備用”，允許附近的發(fā)電機(jī)運(yùn)行在功率因素1.0附近，這相當(dāng)于增加了系統(tǒng)能快速響應(yīng)的無(wú)功儲(chǔ)備，對(duì)電壓穩(wěn)定是利的。

但并聯(lián)電容器所發(fā)出的無(wú)功功率與母線電壓平方成正比，電壓下降時(shí)所提供的無(wú)功支撐能力也會(huì)下降。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重的無(wú)功缺額時(shí)導(dǎo)致電壓持續(xù)下降時(shí)，并聯(lián)電容器組所提供的無(wú)功也會(huì)持續(xù)下降，這是最終導(dǎo)致電壓崩潰的重要原因。2024/12/1815動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備特性靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）

靜止無(wú)功補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。電容器可以發(fā)出無(wú)功功率，電抗器可吸收無(wú)功功率，兩者結(jié)合起來(lái)，再配以適當(dāng)調(diào)節(jié)，能夠平滑地改變輸出（或吸收）無(wú)功功率的靜止補(bǔ)償器。同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行時(shí)的同步電動(dòng)機(jī)。在過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率起無(wú)功電源的作用；在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功功率起無(wú)功負(fù)荷作用。普通發(fā)電機(jī)也可視為重要的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。其它FACTS新系統(tǒng)（STATCAM，UPFC等）2024/12/18161.2.2電壓靜態(tài)失穩(wěn)機(jī)理解釋

電壓穩(wěn)定判據(jù)－－dQ/dV判據(jù)，系統(tǒng)中的高X/R比，是系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓主要與無(wú)功功率分布有關(guān)。以下判斷在小擾動(dòng)下系統(tǒng)能否維持一定的負(fù)荷電壓水平，對(duì)應(yīng)下圖所示的系統(tǒng)。2024/12/1817

圖中QL是負(fù)荷的無(wú)功電壓靜特性，QG是電源的無(wú)功電壓特性曲線，A、B點(diǎn)為平衡工作點(diǎn)。在A點(diǎn)作小擾動(dòng)分析，當(dāng)電壓有微小下降時(shí)，從而有，即系統(tǒng)在負(fù)荷小擾動(dòng)是有一定的無(wú)功裕度，在A點(diǎn)是電壓穩(wěn)定的，反之，在B點(diǎn)是不能穩(wěn)定運(yùn)行。QU0A-EPB-UEPQLQGUAUBUcr2024/12/18181.2.3電壓動(dòng)態(tài)失穩(wěn)機(jī)理解釋

上述判據(jù)是用靜態(tài)的觀點(diǎn)解釋電壓失穩(wěn)機(jī)理，而沒(méi)考慮系統(tǒng)中的各種動(dòng)態(tài)元件的影響。右圖所示的簡(jiǎn)單系統(tǒng)模型，在系統(tǒng)中考慮發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)及電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)作用，假設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定點(diǎn)處于鞍結(jié)分岔（SNB）點(diǎn)附近，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流已處于極限狀態(tài)。簡(jiǎn)單系統(tǒng)接線圖2024/12/1819

如果此時(shí)系統(tǒng)中有一小擾動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)端電壓減少，則：（1）假定負(fù)荷為恒功率負(fù)荷，端電壓的降低導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)定子電流的增加；（2）電子電流的增加增大了輸電線上的電壓降落，進(jìn)一步降低了電動(dòng)機(jī)的端電壓；（3）端電壓的下降引起線路電容充電無(wú)功功率的減少，使系統(tǒng)中無(wú)功更加短缺；（4）電動(dòng)機(jī)定子電流的增加導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電流的增加，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流已達(dá)到極限不能在增加時(shí)，由于電樞反應(yīng)引起氣隙磁通的減少，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)電動(dòng)勢(shì)的減少，從而降低發(fā)電機(jī)端電壓，同時(shí)也減少了發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出，使系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)一步降低。如此形成惡性循環(huán)，引起電壓的持續(xù)下降，直至電壓崩潰。2024/12/18202電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析的目標(biāo)和方法2024/12/18212.1電壓穩(wěn)定分析的目的對(duì)于一個(gè)給定系統(tǒng)狀態(tài)的電壓穩(wěn)定性分析，應(yīng)能回答以下兩個(gè)方面：（一）電壓不穩(wěn)定的接近程度－穩(wěn)定邊界和穩(wěn)定裕度問(wèn)題：即，系統(tǒng)離電壓不穩(wěn)定有多近？

由目前工作點(diǎn)到不穩(wěn)定工作點(diǎn)的距離可以根據(jù)物理量，如負(fù)荷水平，通過(guò)關(guān)鍵界面的有功潮流及無(wú)功儲(chǔ)備來(lái)衡量。對(duì)于任何給定的情況，最合適的量度取決于特定系統(tǒng)及裕度的應(yīng)用目的，例如是為規(guī)劃還是為運(yùn)行決策。必須考慮可能發(fā)生的事故（線路跳閘、失去發(fā)電機(jī)或失去無(wú)功源等）。2024/12/1822（二）電壓不穩(wěn)定的機(jī)理：為何及怎樣發(fā)生不穩(wěn)定？引起發(fā)生不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是什么？哪里是電壓薄弱區(qū)域？什么措施對(duì)改善電壓穩(wěn)定性最有效？2024/12/18232.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的一般分析方法2.2.1連續(xù)潮流計(jì)算及特征分析法（小干擾分析法）

延拓潮流（連續(xù)潮流）是電壓穩(wěn)定性分析的有力工具，它可以克服接近穩(wěn)定極限運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的收斂問(wèn)題。延拓潮流法通過(guò)不斷更新潮流方程，使得在所有可能的負(fù)荷狀態(tài)下，潮流方程保持為良態(tài)，不管在穩(wěn)定平衡點(diǎn)還是在不穩(wěn)定平衡點(diǎn)都可有解。延拓法時(shí)從初始穩(wěn)定工作點(diǎn)開(kāi)始，隨著負(fù)荷緩慢變化，沿相應(yīng)P-U區(qū)縣對(duì)下一工作點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估、校正，直到勾畫出完整的P-U曲線連續(xù)潮流計(jì)算方法。

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連續(xù)潮流是利用下圖所示的包括預(yù)報(bào)和校正步的一種迭代方法。如圖所示，預(yù)報(bào)步從已知的解（A）開(kāi)始，以一個(gè)切線預(yù)報(bào)來(lái)估計(jì)對(duì)于一個(gè)規(guī)定負(fù)荷增長(zhǎng)方式的解（B）；然后校正步，利用常規(guī)潮流（系統(tǒng)負(fù)荷值不變）解出準(zhǔn)確值（C）；負(fù)荷進(jìn)一步增加時(shí)，根據(jù)新的切線預(yù)報(bào)電壓值。如果新的估計(jì)負(fù)荷超出了準(zhǔn)確解的最大負(fù)荷，則以負(fù)荷值固定的校正計(jì)算就不會(huì)收斂，因此采用固定監(jiān)控點(diǎn)電壓的校正計(jì)算來(lái)求準(zhǔn)確解（E）；當(dāng)接近電壓穩(wěn)定極限時(shí)，為了確定準(zhǔn)確的最大負(fù)荷，在連續(xù)預(yù)報(bào)期間，負(fù)荷增量應(yīng)逐步減少。2024/12/1825

特征結(jié)構(gòu)分析是通過(guò)求取潮流雅可比矩陣的最小特征值及其相應(yīng)的左、右特征向量，以最小模特征值作為系統(tǒng)接近電壓不穩(wěn)定的量度（穩(wěn)定裕度），以最小模特征值對(duì)狀態(tài)量（如節(jié)點(diǎn)電壓幅值和角度）的靈敏度來(lái)分析電壓失穩(wěn)的一些特性。

最小模特征值：根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行情況惡化時(shí)，總是有一特征值首先通過(guò)零點(diǎn)。該特征值的模最小，我們稱之為最小模特征值。因此我們可以用它的大小來(lái)量度系統(tǒng)工作點(diǎn)的靜態(tài)穩(wěn)定裕度。2024/12/18262.2.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定的靈敏度、參與因子和相關(guān)因子

靈敏度分析利用系統(tǒng)中某些物理量的變化關(guān)系，即她們之間的微分關(guān)系來(lái)研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性。線性化靜態(tài)系統(tǒng)功率電壓方程有如下形式：

上式中：P為有功功率向量；Q為無(wú)功功率向量；θ為節(jié)點(diǎn)電壓角度向量；U為節(jié)點(diǎn)電壓幅值向量。2024/12/1827

由上式可知，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是受有功功率和無(wú)功功率影響的。但是，在每一運(yùn)行點(diǎn)，我們可以保持有功功率不變，則

式中，矩陣JR是簡(jiǎn)化的U-Q雅可比陣。它的第i個(gè)對(duì)角元素是節(jié)點(diǎn)i的U-Q靈敏度。正的U-Q靈敏度表示穩(wěn)定運(yùn)行；靈敏度愈小，系統(tǒng)愈穩(wěn)定；當(dāng)穩(wěn)定性下降時(shí)，靈敏度值增加；在穩(wěn)定極限，靈敏度值變成無(wú)窮大。相反，負(fù)的U-Q靈敏度表示不穩(wěn)定運(yùn)行，小的負(fù)靈敏度表示很不穩(wěn)定。2024/12/1828參與因子（1）節(jié)點(diǎn)參與因子節(jié)點(diǎn)K對(duì)模式i的參與作用（參與因子）定義為節(jié)點(diǎn)參與因子說(shuō)明：1）Pki表示表示了節(jié)點(diǎn)K處第i個(gè)特征值對(duì)電壓-無(wú)功靈敏度的作用。Pki值愈大，λi在確定節(jié)點(diǎn)K處電壓-無(wú)功靈敏度的貢獻(xiàn)愈大。2）左右特征向量都已規(guī)格化，所以對(duì)于每個(gè)模式，所有節(jié)點(diǎn)參與因子的總和等于1.0。3）對(duì)于給定的模式i，節(jié)點(diǎn)參與因子的大小只是了在這個(gè)節(jié)點(diǎn)施加補(bǔ)救措施對(duì)穩(wěn)定該模式的有效性。4）一般有兩種類型的模式，一種模式只有很少量節(jié)點(diǎn)有大的參與因子，所有其它節(jié)點(diǎn)的參與因子接近于零，則表明是非常局部的模式；另一種模式是許多節(jié)點(diǎn)具有小但是類似的參與因子，而其余的節(jié)點(diǎn)參與因子接近于零，則表明該模式不是局部的。

2024/12/1829（2）支路參與因子

當(dāng)無(wú)功功率注入改變?Qmi（?P=0）導(dǎo)致電壓改變?Vmi時(shí)，第i個(gè)模態(tài)角度改變?yōu)?/p>

輸電線兩端的電壓幅值和角度變化知道后，傳輸線的線性無(wú)功損失變化?QLji可以計(jì)算，令則線路Lj對(duì)模式i的參與因子定義為支路參與作用提供如下信息：1）對(duì)于每個(gè)模式i，哪些支路在響應(yīng)無(wú)功負(fù)荷的微增變化時(shí)消耗的無(wú)功功率最多；2）具有高參與因子PLji的支路是弱支路或負(fù)荷重的支路；3）如何采取增強(qiáng)傳輸支路的補(bǔ)救措施和如何重新分配潮流以緩解弱支路上的負(fù)擔(dān)；4）為事故選擇提供準(zhǔn)則。2024/12/18302.3動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法2.3.1全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真法電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真是把電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程、中期過(guò)程和長(zhǎng)期過(guò)程有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行仿真。和電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真一樣，電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真也是聯(lián)立求解描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)元件的微分方程組和描述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特性的代數(shù)方程組，以獲得電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)域解。2024/12/18312.3.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定實(shí)用判據(jù)

根據(jù)穩(wěn)定性導(dǎo)則，系統(tǒng)保持穩(wěn)定指的是滿足如下三個(gè)穩(wěn)定條件：功角穩(wěn)定：故障切除后，同步系統(tǒng)中任意兩臺(tái)機(jī)組相對(duì)功率角不超過(guò)180

并呈減幅振蕩。電壓穩(wěn)定：故障清除后，主要樞紐變電所的母線電壓能夠恢復(fù)到0.8pu以上，母線電壓持續(xù)低于0.75pu的時(shí)間不超過(guò)1s?？紤]廣東電網(wǎng)運(yùn)行部門實(shí)際使用和大量工程分析的經(jīng)驗(yàn)，采用下面的電壓穩(wěn)定判據(jù)：樞紐母線電壓低于0.75pu持續(xù)時(shí)間0.8秒以內(nèi)：穩(wěn)定樞紐母線電壓低于0.75pu持續(xù)時(shí)間0.8～1.0秒范圍內(nèi)：臨界

樞紐母線電壓低于0.75pu持續(xù)時(shí)間1.0秒以上：不穩(wěn)定。頻率穩(wěn)定：計(jì)算根據(jù)1992年實(shí)施的《電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷技術(shù)規(guī)定》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：“其他一般情況下，為了保證火電廠的繼續(xù)安全運(yùn)行，應(yīng)限制頻率低于47.0Hz的時(shí)間不超過(guò)0.5s，以避免事故進(jìn)一步惡化?！保磳㈩l率低于47.0Hz超過(guò)0.5s作為頻率失穩(wěn)的判據(jù)。

2024/12/1832靜態(tài)電壓分析主要包括：模態(tài)分析、關(guān)鍵支路與關(guān)鍵發(fā)電機(jī)確定、裕度分析等。模態(tài)分析可通過(guò)計(jì)算線路參與因子和發(fā)電機(jī)參與因子的大小來(lái)確定關(guān)鍵線路和關(guān)鍵發(fā)電機(jī)組，通過(guò)比較節(jié)點(diǎn)參與因子的方法確定最佳無(wú)功補(bǔ)償位置。

基于潮流的電壓裕度指標(biāo)是衡量系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析的最基本的指標(biāo)，適用于任何電力系統(tǒng)。電壓裕度指標(biāo)準(zhǔn)確直觀，具有明確的物理意義，是衡量其它電壓穩(wěn)定性指標(biāo)的基準(zhǔn)。對(duì)佛山電網(wǎng)電壓穩(wěn)定分析以電壓裕度指標(biāo)為基礎(chǔ)。3.佛山電壓穩(wěn)定性分析2024/12/18333.1電壓穩(wěn)定分析流程圖開(kāi)始BPA潮流數(shù)據(jù)模型BPA穩(wěn)定數(shù)據(jù)模型潮流計(jì)算及分析N-1、備自投分析靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析模態(tài)分析無(wú)功優(yōu)化及建設(shè)分析中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)分析是否穩(wěn)定否優(yōu)化措施是是否滿足靜態(tài)裕度否是靜態(tài)電壓裕度分析2024/12/18343.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析結(jié)果3.2.1正常運(yùn)行方式下

(2008年夏大方式）2024/12/1835模態(tài)分析

（以羅洞分區(qū)為例子）序號(hào)節(jié)點(diǎn)名分區(qū)相關(guān)因子1大塘-5110.0kV康樂(lè)-0.018452大塘-5210.0kV康樂(lè)-0.016693黃歧-5210.0kV丹桂-0.016674蕭邊-5110.0kV康樂(lè)-0.016145蕭邊-5210.0kV康樂(lè)-0.016146鹽步-5510.0kV雷崗-0.015817水頭-5510.0kV丹桂-0.015778水頭-5210.0kV丹桂-0.015729黃歧-5110.0kV丹桂-0.0155910樂(lè)平-5210.0kV康樂(lè)-0.01559下表為羅洞分區(qū)關(guān)鍵負(fù)荷節(jié)點(diǎn)（前10個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)）2024/12/1836線路參與作用提供如下信息：1）對(duì)于每個(gè)模式，哪些支路在響應(yīng)無(wú)功負(fù)荷的微增變化時(shí)消耗的無(wú)功功率最多；2）具有高參與因子的支路是弱支路或負(fù)荷重的支路；3）如何采取增強(qiáng)傳輸支路的補(bǔ)救措施和如何重新分配潮流以緩解弱支路上的負(fù)擔(dān)；4）為事故選擇提供準(zhǔn)則。2024/12/1837下表是羅洞分區(qū)關(guān)鍵110kV線路，當(dāng)這些線路由于短路故障和故障切除，容易造成系統(tǒng)局部的電壓偏低或電壓不穩(wěn)的問(wèn)題。序號(hào)節(jié)點(diǎn)名一節(jié)點(diǎn)名二參與因子片區(qū)1敦厚-1110.0kV丹桂-1110.0kV0.00076丹桂2大塘-1110.0kV康樂(lè)-1110.0kV0.000644康樂(lè)3水頭-1110.0kV丹桂-1110.0kV0.000373丹桂4黃歧-1110.0kV丹桂-1110.0kV0.000283丹桂5樂(lè)城-1110.0kV丹桂-1110.0kV0.00028丹桂6空節(jié)點(diǎn)13110.0kV仙溪-1110.0kV0.000241仙溪7石洲-1110.0kV平勝-1110.0kV0.000219平勝8官窯-1110.0kV仙溪-1110.0kV0.000211仙溪9蘆苞-1110.0kV三水-1110.0kV0.000189三水10林岳-1110.0kV平勝-1110.0kV0.000141平勝2024/12/1838靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的裕度指標(biāo)包括：電壓裕度有功裕度無(wú)功裕度掃描系統(tǒng)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定裕度，即可檢驗(yàn)出在給定的運(yùn)行方式和負(fù)荷增長(zhǎng)方式下，系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)或最有可能發(fā)生電壓崩潰的節(jié)點(diǎn)。2024/12/1839單母線裕度單母線功率裕度計(jì)算對(duì)應(yīng)于單負(fù)荷母線增長(zhǎng)負(fù)荷的方式。下表是負(fù)荷特性選擇為100%的恒功率比例下羅洞分區(qū)的單母線裕度，由表中可以看出，在系統(tǒng)最嚴(yán)重狀態(tài)下，有較多節(jié)點(diǎn)的電壓裕度都低于20％，這些節(jié)點(diǎn)的臨界電壓都較高，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，較容易發(fā)生電壓失穩(wěn)，在運(yùn)行中應(yīng)注意這些節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。2024/12/1840節(jié)點(diǎn)名功率極限p.u.功率裕度％運(yùn)行電壓p.u.臨界電壓p.u.電壓裕度％丹桂-1110.0kV1.902791.0850.96212平勝-1110.0kV1.706931.0780.95213仙溪-1110.0kV2.067721.0690.94413三水-1110.0kV1.978821.0670.93414雷崗-1110.0kV1.827741.0680.9314文華-1110.0kV1.98681.060.92314康樂(lè)-1110.0kV1.878811.0560.91215石洲-5210.0kV1.022861.1230.85531石洲-5110.0kV1.022861.1230.85531科園-5210.0kV1.326961.0750.80932科園-5110.0kV1.326961.0750.80932林岳-5210.0kV1.065951.0670.80233林岳-5110.0kV1.065951.0670.80233文登-5210.0kV1.203751.1590.86933文登-5110.0kV1.203751.1590.86933返回2024/12/1841下表是負(fù)荷特性選擇為75%的恒功率比例，25%恒阻抗比例（較合符實(shí)際運(yùn)行狀況）僅列出羅洞分區(qū)情況，其他分區(qū)詳見(jiàn)報(bào)告。節(jié)點(diǎn)名功率極限p.u.功率裕度％運(yùn)行電壓p.u.臨界電壓p.u.電壓裕度％丹桂-1110.0kV3.783891.0850.84628仙溪-1110.0kV3.848851.0690.82529平勝-1110.0kV3.552961.0780.82330雷崗-1110.0kV3.464861.0680.80632文華-1110.0kV3.506821.060.78634三水-1110.0kV3.718901.0670.78935康樂(lè)-1110.0kV3.343891.0560.77835獅山-5210.0kV1.169791.0790.69954東二-5210.0kV1.068591.070.68755河口-5110.0kV1.214691.0720.68456敦厚-5510.0kV1.188841.10.70156敦厚-5110.0kV1.189841.10.70156灣華-5210.0kV1.484821.110.70557灣華-5110.0kV1.484821.110.705572024/12/1842區(qū)域裕度分析區(qū)域負(fù)荷裕度的負(fù)荷增長(zhǎng)方式采用一個(gè)區(qū)域的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)按照相同的比例同時(shí)增加負(fù)荷，該情況更加接近于系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際。選擇不同地區(qū)負(fù)荷的增長(zhǎng)方式，得到不同區(qū)域的負(fù)荷裕度如下表所示。其中，采用恒功率因數(shù)方式（cosθ=0.9）增長(zhǎng)，得到的系統(tǒng)負(fù)荷裕度最低。2024/12/1843片區(qū)名恒無(wú)功增長(zhǎng)恒有功增長(zhǎng)指定功率因數(shù)增長(zhǎng)指定功率因數(shù)增長(zhǎng)羅洞片11.6829.855.77.44西江片16.0832.048.1910.08順德片25.5255.1416.8320.88高明片44.1561.8732.2634.91桃源片29.9159.0820.3124.44不同增長(zhǎng)方式下區(qū)域負(fù)荷裕度單位（%）2024/12/1844表中采用恒有功增長(zhǎng)方式得到的曲線是通常所說(shuō)的QV曲線，從表中可以看出，該裕度較低，只有高明片區(qū)的裕度較高。說(shuō)明羅洞片區(qū)、西江片區(qū)、順德片區(qū)的的無(wú)功儲(chǔ)備不足，具有較低的無(wú)功負(fù)荷裕度。而高明片區(qū)的無(wú)功儲(chǔ)備足夠，具有足夠的無(wú)功負(fù)荷裕度。下圖給出了羅洞片區(qū)采用恒有功增長(zhǎng)方式得到的QV曲線，負(fù)荷點(diǎn)選取了該區(qū)域的多個(gè)10kV負(fù)荷母線。2024/12/18452024/12/18463.2.2N-1方式下(2008年夏大方式）上述模態(tài)分析給出了各個(gè)分區(qū)的關(guān)鍵線路，這些線路發(fā)生故障時(shí)，容易造成系統(tǒng)局部的電壓偏低或電壓不穩(wěn)的問(wèn)題。下面對(duì)于上述的關(guān)鍵線路進(jìn)行N-1開(kāi)斷，來(lái)分析其對(duì)電網(wǎng)電壓裕度的影響。2024/12/1847考慮佛山電網(wǎng)與主網(wǎng)的連接線路，切除500kV羅北線（羅洞到北郊）的一回線路。下表是切除線路后單母線裕度分區(qū)名節(jié)點(diǎn)名功率極限（標(biāo)幺值）功率裕度（％）運(yùn)行電壓（標(biāo)幺值）臨界電壓（％）電壓裕度（％）切斷前的電壓裕度（％）羅洞丹桂-1110.0kV3.087871.0620.8822028仙溪-1110.0kV3.188821.0470.8632129平勝-1110.0kV2.914961.0550.8652130雷崗-1110.0kV2.876841.0450.8472332文華-1110.0kV2.949781.0380.8322434三水-1110.0kV3.141881.0460.8362535康樂(lè)-1110.0kV2.881871.0370.8092835桃源桃源-1110.0kV2.9821.0050.8072433西江紫洞-1110.0kV4.899950.9720.8311623汾江-1110.0kV4.408940.9860.8182029竹園-1110.0kV3.597881.0230.8352231佛山-1110.0kV3.922891.010.8032537南海-1110.0kV2.723911.0040.7337422024/12/1848高明荷城-1110.0kV3.776900.9840.7752738高明-1110.0kV3.191921.040.783342順德旭升-1110.0kV6.374961.0380.9071419都寧-1110.0kV5.639881.0330.8522132大良-1110.0kV5.49901.0590.8642234藤沙-1110.0kV4.5149510.7912638吉安-1110.0kV3.789901.0390.82942分區(qū)名節(jié)點(diǎn)名功率極限（標(biāo)幺值）功率裕度（％）運(yùn)行電壓（標(biāo)幺值）臨界電壓（％）電壓裕度（％）切斷前的電壓裕度（％）接上表2024/12/1849片區(qū)名恒無(wú)功增長(zhǎng)恒有功增長(zhǎng)指定功率因數(shù)增長(zhǎng)指定功率因數(shù)增長(zhǎng)羅洞片8.8925.353.995.47西江片12.7927.656.297.62順德片21.9752.8714.3217.25高明片41.2459.6229.1331.89桃源片27.5658.0017.421.63切除線路后的區(qū)域裕度（％）2024/12/18503.2.3電壓穩(wěn)定薄弱點(diǎn)及其靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方案電壓穩(wěn)定薄弱點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)在重負(fù)荷的母線上，特別是高壓母線上，因?yàn)槠涑袚?dān)輸送大量有功及無(wú)功功率。這可以由單母線電壓裕度分析中看出。靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度低，最主要由以下兩方面造成：重負(fù)荷導(dǎo)致線路重載；無(wú)功電源不足導(dǎo)致電壓支撐能力弱。2024/12/1851對(duì)于靜態(tài)電壓裕度低的母線可以通過(guò)增加并聯(lián)靜止電容器組容量，提高該母線電壓裕度。由單母線裕度分析表中可知，裕度較低、排序靠前的母線排序靠前的均為110kV母線，直接在這些節(jié)點(diǎn)上增加投切電容器組的數(shù)量可以在一定程度上提高該母線電壓裕度，但是這并不是最優(yōu)方案（無(wú)功潮流未必最佳，網(wǎng)損有可能增大）。根據(jù)模態(tài)分析的原理，母線的參與因子越高，無(wú)功負(fù)荷的微增變化時(shí)消耗的無(wú)功功率就越多；節(jié)點(diǎn)相關(guān)因子值越大在該處電壓-無(wú)功靈敏度的貢獻(xiàn)愈大。

因此，盡量減少參與因子高的線路輸送大量無(wú)功，對(duì)參與因子高的母線增加無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電壓穩(wěn)定效果最明顯且最經(jīng)濟(jì)。2024/12/1852簡(jiǎn)單舉例羅洞區(qū)丹桂220kV母線實(shí)施補(bǔ)償方案前(僅對(duì)現(xiàn)有無(wú)功資源進(jìn)行優(yōu)化后）節(jié)點(diǎn)名功率極限(p.u.)功率裕度(%)運(yùn)行電壓(p.u.)臨界電壓(p.u.)電壓裕度(%)丹桂-1110.0kV4.59091.441.0660.79334.42024/12/1853實(shí)施補(bǔ)償方案實(shí)施補(bǔ)償方案后丹桂220kV單母線電壓裕度變電站電壓（kV）電容器容量（MVar）黃歧1101×4.8+1×6樂(lè)城1102×6水頭1103×3.6節(jié)點(diǎn)名功率極限(p.u.)功率裕度(%)運(yùn)行電壓(p.u.)臨界電壓(p.u.)電壓裕度(%)丹桂-1110.0kV5.31092.61.1000.80536.62024/12/18543.3動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析結(jié)果單一故障：考慮文華羅洞單回220kV線路三相短路，三相故障的設(shè)置程序是：0秒故障，0.1秒故障近端切除故障。

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