浅谈电力系统电压稳定性
浅谈电力系统的电压稳定性
浅谈电力系统的电压稳定性李洪波(赤峰学院水电管理中心,内蒙古赤峰024000)摘要:本文主要介绍在电力系统中,电压稳定性的影响因素,分析方法,以及电压稳定性研究的必要性.关键词:电压稳定性;分析方法;电压崩溃机理中图分类号:T M714.2文献标识码:A文章编号:1673-260X(2008)04B-0040-02Vol.24No.4 Aug.2008第24卷第4期2008年8月赤峰学院学报(自然科学版) Journa l of Chife ng Univer sity(N a tural Sc ie nce Edition)自从2O世纪7O年代以来世界上一些大电网(1977年美国纽约电网、1978年法国电网、1982年比利时电网和加拿大魁北克电网、1983年瑞典电网、1987年日本东京电网)因电压不稳定发生事故,造成了巨大的经济损失和大面积长时间停电,此后电压稳定问题开始逐渐受到了关注.目前,电力系统中电压稳定问题趋于严重的原因主要有以下四点:由于环境保护以及经济上的考虑,发、输电设施使用的强度日益接近其极限值;并联电容无功补偿增加了,这种补偿在电压降低时,向系统供出的无功按电压平方下降;长期以来人们只注意了功角稳定性的研究,并围绕功角稳定的改善采取了许多措施,而一定程度上忽视了电压稳定性的问题;随着电力市场化的进程,各个有独立的经济利益的发电经营商以及电网运营商很难像以前垂直管理模式下那样统一的为维护系统安全稳定性做出努力.在我国电压不稳定和电压崩溃出现的条件同样存在,首先,我国电网比较薄弱,并联电容器的使用更甚.其次城市中家用电器设备的剧增,我国更有可能出现电压不稳定问题.目前国内电压稳定问题“暴露的不突出”,原因之一可能是由于大多数有裁调压变压器分接头未投入自动以及电力部门采用甩负荷的措施,而且这一措施应该是防止电压不稳定问题的最后一道防线,不应过早地或过分地使用.将来电力市场化之后,甩负荷的使用将受到更大的限制.因此在我国应加紧电压稳定问题的研究.随着用电规模的逐渐增加,电网规模不断扩大,系统的稳定性问题变得更加重要.根据系统结构和运行模式的不同,电力系统的稳定性分为两大类:一是功率稳定性,即发电机保持同步的能力,由同步发电机的转矩平衡所决定;二是电压稳定性,即系统中的所有母线都持续保持可接受的电压的能力,由系统的无功功率平衡所决定在某些事故下,功角失稳并不会发生电压失稳,但电压的持续衰落却会导致功角的失稳,严重的会引起整个系统的崩溃,造成大面积的经济损失.电压稳定性是电力系统在额定运行条件下和遭受扰动之后系统中所有的母线都持续地保持可接受的电压的能力.当有扰动如增加负荷或改变系统条件而造成渐进的、不可控制的电压降落,则系统进入电压不稳定状态.对整个系统而言,电压不稳定是一种局部的现象,然而局部的电压不稳定可能会发生连锁反应.造成整个系统发生电压崩溃.1电压稳定性的分析方法1.1灵敏度分析方法灵敏度分析在电压稳定研究中应用越来越广泛,其突出的特点是物理概念明确,计算简单.灵敏度分析方法属于静态电压稳定研究的范畴,它以潮流计算为基础,以定性物理概念出发,利用系统中某个感兴趣的标量对于某些参数的变化关系,即它们之间的微分关系来研究系统的电压稳定性.例如,人们常常考察负荷增长裕度对于发电机出力、线路参数变化的灵敏度以求得较好的控制电压安全的措施.在潮流计算的基础上,只需少量的额外计算,便能得到所需的灵敏值.但是灵敏值计算缺乏统一的灵敏度分析理论作基础,各文献都按自己的方法进行灵敏度分析,没有统一的标准;在计算灵敏度指标时,没有考虑负荷动态的影响、没有计及发电机无功越限、有功经济调度的影响.灵敏度指标是一个状态指标,它只能反映系统某一运行状态的特性,而不能计及系统的非线性特性,不能准确反映系统与临界点的距离.1.2最大功率法最大功率法基于一个朴素的物理观点,当负荷需求超出电网极限传输功率时,系统就会出现像电压崩溃这样的异常运行现象最大功率法的基本原则是将电网极限传输功率作为电压崩溃的临界点,从物理角度讲是系统中各节点.. 40到达最大功率曲线族上的一点.电压崩溃裕度是系统中总的负荷允许增加的程度.常用的最大功率判据有:任意负荷节点的有功功率判据、无功功率判据以及所有负荷节点的复功率之和最大判据.当负荷需求超过电力系统传输能力的极限时,系统就会出现异常,包括可能出现电压失稳.因此将输送功率的极限作为静态电压稳定临界点.负荷如果从当前的运行点向不同的方向增加,就会有不同的电压稳定临界点,有不同的电压稳定裕度,但在这些方向中总会有一个方向的电压稳定裕度最小.计算出这个方向和电压稳定临界点,就能为防止电压失稳提出有效的对策.2现今对电压崩溃机理的认识电力系统稳定运行的前提是必须存在一个平衡点,最重要的一类电压不稳定性场景就是对应于系统参数变化导致平衡点不再存在的情况.由于负荷需求平滑缓慢地增加而使负荷特性改变直至不再存在与网络相应曲线的交点,固然是其中的一种场景,但事实上,更为重要的场景对应于大扰动,如发电和(或)输电设备的停运,这种大扰动使网络特性急剧变动,扰动后网络的特性不再同未改变的负荷的相应特性相交,失去了平衡点,而导致电压崩溃.所以也需要研究由于大的结构和系统参数的突然变化所引起的不稳定机制.2.1短期电压失稳研究认为,引起暂态电压崩溃的主要原因:短期动态扰动后失去平衡点;缺乏把系统拉回到事故后短期动态的稳定平衡点的能力;扰动后平衡点发生振荡(实际系统中未观察到);长期动态引起的短期失稳(如平稳点丢失,吸引域收缩和振荡).这一时段内可能同时出现功角失稳和电压失稳,由于它们包含相同的元件,区分它们往往很困难.一种典型的纯电压稳定问题场景是单机单负荷系统,负荷主要由感应电动机组成.这里的暂态失稳主要是指系统受扰动之后,感应电动机等快速响应元件失去了平衡点,或者由于故障不能尽快切除,使系统离开了干扰后的吸引域.2.2长期电压失稳系统扰动之后,系统已获短期恢复,可用长期动态的QSS近似.此后造成动态失稳的原因有:失去长期动态平衡点;缺乏把系统拉回到长期稳定平衡点的能力;电压增幅振荡(实际系统中未观察到).2.3长期动态造成的短期电压失稳稳定性此种失稳机制也可以划分为三种情况:由长期动态造成的短期平衡点丢失;由长期动态造成的短期动态的吸引域收缩而致使系统在受到随机参数变化或小的离散转移后,缺乏拉回到短期稳定的平衡点的能力;由于长期动态而造成的短期动态的振荡不稳定性.3电压稳定研究的发展趋势3.1更精确的电压稳定极限确定所需的模型.对于系统电压稳定极限做出更精确的描述是现代电力系统发展的需要,为此有必要考虑更实际的负荷模型,采用更有效的方法.感应电动机负荷是非常重要的一类负荷,在以往的电压稳定极限计算中,对这一类负荷常常以静态负荷替代,或是用具有功率恢复特性的动态负荷模型近似.在更精细的描述系统电压稳定极限的工作中,对于感应电动机负荷模型应予充分重视.3.2不断发展的计算方法、迅速发展的计算机技术以及基于几何概念的非线性动力学定性理论,促进了非线性动力系统数值计算方法的发展和应用,目前已有商业软件可供选择.但是目前还没有用来分析多机电力系统的稳定性的好经验.面对感应电动机模型对于电压稳定分析造成的复杂性,需要有效的精确判定系统的稳定极限的方法,CPF或是基于恒稳态功率负荷模型的小扰动分析在这种系统中给出的结论一般都倾向于乐观;计及感应电动机负荷的分岔方法虽然可以通过S NB点附近的平衡点的情况来判断出现的SNB点的性质,但对大系统而言,“两步法”更为适用,针对拥有大量感应电动机负荷的系统,在“两步法”之后通过时域仿真确定所发现的S NB的性质也是非常必要的.电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义.尽管电压稳定问题及其相关现象十分复杂,在过去二十年间,人们已经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段取得了很多重要研究成果.随着系统规模的不断发展,新型控制设备的不断投入运行以及电力市场化的不断深入,人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据,需要将电压安全评估与控制不断推向在线应用.———————————————————参考文献:〔1〕彭志炜,胡国根,韩祯样.电力系统平衡解流形的追踪与电压失稳分叉点的搜索.中国电机工程学报,1998.〔2〕王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网技术.北京:水利电力出版社,1995.〔3〕余贻鑫.电压稳定研究评述.电力系统自动化,1999.〔4〕王见乐.影响电力系统电压稳定性的因素分析.41。
电力系统电压稳定性分析
电力系统电压稳定性分析一、引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，而电压稳定性是电力系统运行的关键指标之一。
为了保障电网的可靠运行，确保电力供应的稳定性，电力系统的电压稳定性分析变得至关重要。
本文将对电力系统的电压稳定性进行深入探讨。
二、电力系统电压稳定性概述电力系统的电压稳定性是指电力系统在外部干扰、内部故障或负荷变化等不确定因素引起的扰动下，电压能不断恢复并维持在额定值范围内的能力。
电压稳定性的好坏直接影响着电网的运行安全和供电质量。
电力系统的电压稳定性主要与发电机、输电线路、变电站和负荷之间的相互作用有关。
当系统负荷增加或线路传输能力减弱时，电压稳定性可能会受到影响，甚至出现电压崩溃的情况。
因此，进行电力系统电压稳定性分析并采取相应的措施是确保电网可靠运行的重要手段之一。
三、电力系统电压稳定性分析方法1. 静态分析法静态分析法是电力系统电压稳定性分析的基本方法之一。
它将电力系统的各个部件抽象为特定的等值模型，通过对潮流计算和电压裕度分析，来评估电压稳定性。
静态分析法可以提前发现系统中可能存在的电压稳定性问题，为发电机和负荷之间的功率调节提供参考。
2. 动态分析法动态分析法是指对电力系统在瞬态或暂态过程中电压和电流的变化进行分析，以判断系统的动态稳定性。
它主要包括对系统阻尼和系统振荡特性的研究。
动态分析法可以帮助我们了解电力系统在故障或切换等突发事件下的动态响应情况，对于运行人员及时采取措施具有重要意义。
3. 灵敏度分析法灵敏度分析法是一种通过计算不同因素对电力系统电压稳定性的影响程度的方法。
通过调整各个敏感变量，如负荷、传输功率等，以评估其对电压稳定性的影响。
灵敏度分析法可以帮助我们找到影响电压稳定性的主要因素，并制定相应的调控策略。
四、电力系统电压稳定性分析工具随着计算机技术的发展，电力系统电压稳定性分析的工具得到了很大的提升。
目前，常用的电压稳定性分析工具包括：PSASP、PSS/E、PSCAD等。
电力系统的电压稳定性分析与控制
电力系统的电压稳定性分析与控制电力系统是现代社会不可或缺的核心基础设施，对维持社会经济稳定发挥着至关重要的作用。
而电力系统的稳定性则是保障电力供应的关键因素之一。
其中，电压稳定性作为电力系统的一个重要指标，直接关系到电力系统的正常运行和供电质量。
本文将对电力系统的电压稳定性进行分析与控制的相关内容进行探讨。
一、电力系统电压稳定性的概念与影响因素电力系统的电压稳定性是指系统能够在发生负荷突变、短路故障等异常情况下，保持电压的稳定性和合理的范围内波动。
电压稳定性的好坏直接影响到电力供应质量和用户设备的安全运行。
电力系统的电压稳定性主要受到以下因素的影响：1. 电力负荷变化：电力系统的负荷变化是影响电压稳定性的关键因素之一。
当负荷突然增加时，会导致电压下降；相反，当负荷突然减少时，会引起电压上升。
因此，合理的负荷调节措施对于保持电压稳定具有重要意义。
2. 发电机容量和调度策略：发电机的容量和调度策略也是影响电力系统电压稳定性的重要因素。
发电机的容量过小或者调度策略不合理，会导致系统负荷无法得到满足，电压无法稳定在正常范围内。
3. 输电线路和变压器的损耗：输电线路和变压器的电阻和电抗性损耗是导致电力系统电压下降的主要原因之一。
特别是在长距离输电和高负荷情况下，损耗会更为明显。
二、电力系统电压稳定性分析方法为了保持电力系统的电压稳定性，在设计和运行电力系统时，需要进行相应的电压稳定性分析，以提前预测和解决潜在问题。
1. 潮流分析法：潮流分析法是电力系统电压稳定性分析中最基本的方法之一。
其基本思想是通过计算各个节点的电压和功率，并分析其变化情况，以判断电力系统是否稳定。
2. 稳定状态分析法：稳定状态分析法是通过建立电力系统的稳定状态方程，结合系统的负荷和发电机等参数，通过求解方程组，得到电力系统的稳定状况。
3. 动态响应分析法：动态响应分析法是根据电力系统的动态特性，建立系统的状态方程，从而分析系统的稳定性。
电力系统中的电压稳定性分析
电力系统中的电压稳定性分析电力系统是由发电机、变电所、输电线路、负荷等组成的一个复杂的能源系统。
在电力系统中，保持稳定的电压是非常重要的。
因为电压的不稳定将会导致电力设备的损坏，甚至失去供电，引发重大事故。
因此，电压稳定性分析是电力系统调度和运行的重要问题之一。
一、电压稳定性的基本概念电压稳定性指电力系统的电压波动或变化的程度，通常以电压的净波动指数（NSI）描述。
NSI是电压波动的数量与系统额定电压的比值。
当NSI大于5%时，说明电网电压变化不稳定。
二、电压稳定性的原因电力系统的电压稳定性是由许多因素决定的，其中最主要的因素是电力负荷，其次是输电线路和发电机。
1. 电力负荷：电力系统中的负荷是不断变化的。
当负荷超过一定范围时，电压将出现波动甚至暂时停电，造成电网不稳定。
2. 输电线路：输电线路是电力系统中电能输送的重要部分。
输电线路的阻抗会引起电压波动。
3. 发电机：发电机的负载变化和电压调节引起的电压波动是影响电力系统电压稳定性的两个重要因素。
三、电压稳定性的分析方法电压稳定性的分析方法主要包括静态分析和动态分析两种。
1. 静态分析：通过计算得出电力系统的状态，对电网的电压稳定性进行分析。
静态分析方法主要有潮流计算、潮流灵敏度分析、潮流约束方法等。
2. 动态分析：电压稳定性的动态分析是指对电力系统的电压-功角特性进行分析，寻找系统中临界支路或节点，以及电气机械暂态过程的动态稳定性。
动态分析方法主要有转子运动方程、应用李雅普诺夫定理、频域分析等。
四、提高电压稳定性的措施通过对电力系统的电压稳定性分析，可以提出一些措施来提高电网的稳定性。
1. 选用适当的控制模式和调节参数。
2. 加强智能化的电力监控系统，及时监测电网的各种参数。
3. 增加电容器补偿以提高输电线路的功率因数，减少系统的阻抗。
4. 优化电网结构，调整负荷分布，并加强对发电机的调节。
综上所述，电力系统中的电压稳定性是保证电力系统安全稳定运行的关键之一。
电力系统中的电压稳定性分析
电力系统中的电压稳定性分析电力系统作为现代社会不可或缺的基础设施，一直以来都承载着巨大的能源供应压力。
而电压稳定性作为电力系统中的一个重要指标，在保障电网运行安全和提供优质电能方面扮演着重要的角色。
本文将对电力系统中的电压稳定性进行分析和探讨。
一、电压稳定性的概念电压稳定性通常指的是电力系统中电压的动态和静态稳定性。
动态稳定性主要指电力系统在扰动下恢复到原有的稳态工作状态的能力；静态稳定性则是指系统在负荷变化或外界干扰下保持合理的电压水平的能力。
在电力系统中，电压稳定性问题的出现可能导致诸多问题，例如电子设备的异常运行、线路过载、电压不平衡等。
因此，确保电力系统的电压稳定性，对于维护供电的可靠性和提高电能质量至关重要。
二、电压暂态稳定性分析电压暂态稳定性是指电力系统在发生大幅度的短时扰动时，恢复到新的工作状态的过程。
典型的电压暂态稳定性问题可以通过进行暂态稳定分析来解决。
暂态稳定分析通常涉及考虑发电机、负荷和传输线路的动态响应。
在这个过程中，需要建立系统的等值模型，并进行仿真计算，以评估系统的暂态响应。
三、电压静态稳定性分析与暂态稳定性不同，电压静态稳定性是指电力系统在长期负荷波动或电网参数变化的情况下，能够保持合理的电压水平。
电压静态稳定性分析旨在评估系统的稳定裕度，并确定是否需要采取一些措施来改善电压稳定性。
静态稳定性分析的过程中，需要考虑电网的负荷水平、电源容量和传输线路的阻抗等因素。
通常使用受控源这一概念来模拟电力系统中的电源，以确定电压稳定性的情况。
四、电力系统中的电压控制措施为了确保电力系统的电压稳定性，可采取一系列的控制措施。
这些措施包括调整电源输出、控制电力网络中的输电容量、调整负荷功率等。
另外，现代电力系统中还引入了静态无功补偿装置，例如STATCOM和SVC 等。
这些装置能够通过调整无功功率的注入或吸收，来改善电力系统中的电压稳定性。
五、电压稳定性与可再生能源随着可再生能源的快速发展，如风电和光伏发电等，电力系统的电压稳定性面临了新的挑战。
浅谈电力系统的电压稳定性与控制
浅谈电力系统的电压稳杨平(江苏梅兰化工集团，江苏泰州睛要】本文通过分析电网电压稳定性的瓤理和指标。
睁搠】电压稳定；电力系统；控制着重分析了电网电压的动态稳起巨以及控制韶匕㈠j，。
，，／．-’。
，～1电压失稳的机理电力系统经受非正常运行工况，接近负荷中心的大发电机组退出运行，结果某些高压传输线路负荷加重，网络损耗增加，使无功备用资源处于最小。
继电保护动作，跳开重负荷线路，负荷转移到其余邻近的线路，在该线路中的无功损耗急速增大，电压俐氏，引起线路级联跳闸。
在失去高压传输线路之后，特别大的无功需求引起邻近负荷中心电压的很大的降低，这将引起负荷的减少，然而，发电机将i恿过增加励磁快速恢复其端电压，综合结果引起无功潮流在变压器和线路这些元件两端的电压降；酞在负荷中，b超高压和高压网电压的降低将反过来影响配电系统，使其二次侧电压降低。
变电所的变压器将力图恢复配电电压，从而在几分钟内使负荷达到故障前的水平。
变压器分接头每一次动作，都使得高压侧线路七的负荷增加同时增加线路损耗，它反过来又引起高压侧线路E电压进—步下降。
如果高压线路负荷超过波阻抗负荷，随着每一次分接头动作，整个系统中发电机的无功输出将增加。
慢慢地发电机就一台接一台地达到它的无功容量极限。
2电压稳定性指标．按照分析方法的不同，常用的电压稳定指标分为状态指标和裕度指柢状态指标只取用当前运行状态的信息，计算比较简单，但—般来说存在非蚓‰裕度指标韵计算涉及到过漉过程的模拟和临界点的求取问题，蕴含的信息量较大，能够考虑到各种限制的发生，但是计算速度较侵，而目事先要设定过渡过程。
两类指标都能给出系统当前运行点离电压崩溃点距离的某种量度。
电压稳定通常都是从局部开始，逐渐扩散到系统其他地区，与此相应，也可分为局部指标和全局指标。
电压稳定指标的构造可以选用物理量，也可选用非物理量。
目前广泛应用的电压静态稳定分析指标主要有灵敏度指标，阻抗模指标，网损灵敏度及其二阶指标，裕度指标等。
电力系统中的电压稳定性分析与控制
电力系统中的电压稳定性分析与控制一、引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，而电压稳定性作为电力系统的重要参数之一，对于保障电力系统的可靠运行具有至关重要的作用。
本文将对电力系统中的电压稳定性分析与控制进行详细探讨。
二、电压稳定性的定义与分类电压稳定性指的是电力系统中电压波动的程度，一般用来描述电力系统的稳态工作状态。
根据电压稳定性指标的不同，电压稳定性可以分为静态稳定性和动态稳定性。
1. 静态稳定性静态稳定性指的是电力系统在正常负荷运行条件下，扰动后系统能否恢复到稳态的能力。
静态稳定性包括电压稳定性和功率稳定性两方面。
电压稳定性是指电压波动不超出规定范围的能力，而功率稳定性则是指同时满足电压稳定性和频率稳定性的能力。
2. 动态稳定性动态稳定性指的是电力系统在外部扰动发生后，恢复到新的稳态运行状态所需的时间和过程。
动态稳定性包括电压暂态稳定性和电压动态稳定性两方面。
电压暂态稳定性是指在电力系统发生大扰动后，系统电压能否快速恢复到正常状态；而电压动态稳定性则是指系统在负载变化或故障情况下，电压能否保持在稳定状态。
三、电压稳定性分析方法电压稳定性分析是电力系统规划、运行与控制过程中的重要环节，它能够帮助系统运营者了解电力系统的运行状态，实现对系统电压稳定性的评估和改善。
目前常用的电压稳定性分析方法主要包括基于潮流计算的稳定状态分析方法和基于动态模拟的暂态稳定性分析方法。
1. 基于潮流计算的稳定状态分析方法基于潮流计算的稳定状态分析方法通过对电力系统进行潮流计算，得到系统的节点电压和功率等信息，从而评估电压稳定性。
常用的方法包括节点电压灵敏度分析、有功-无功曲线分析和相对稳定指数分析等。
2. 基于动态模拟的暂态稳定性分析方法基于动态模拟的暂态稳定性分析方法通过对电力系统进行暂态稳定性计算，重点考虑系统在故障条件下的稳定性。
该方法能够模拟系统在扰动发生后的动态响应过程，从而评估系统的电压动态稳定性。
电力系统中电压稳定性的研究与对策
电力系统中电压稳定性的研究与对策在当今社会，电力系统的稳定运行对于各行各业的正常运转以及人们的日常生活至关重要。
其中，电压稳定性是电力系统运行中一个关键的方面。
电压不稳定可能导致电力设备损坏、停电事故等严重后果，给社会和经济带来巨大的损失。
因此，对电力系统中电压稳定性的研究具有极其重要的意义。
一、电压稳定性的基本概念要深入理解电压稳定性，首先需要明确其定义。
电压稳定性指的是电力系统在给定的运行条件下，遭受一定的扰动后，系统中所有母线的电压能够维持在可接受的范围内的能力。
简单来说，就是系统在受到干扰时，电压不出现大幅度的下降或上升，保持相对稳定的状态。
在电力系统中，电压的稳定与否与多种因素有关。
其中，电力系统的负荷特性是一个重要的影响因素。
当负荷需求突然增加时，如果系统无法及时提供足够的电力，就可能导致电压下降。
此外，系统中的电源分布、线路参数、无功补偿设备等也都会对电压稳定性产生影响。
二、电压稳定性的分类电压稳定性通常可以分为静态电压稳定性和动态电压稳定性两大类。
静态电压稳定性主要关注系统在稳态运行条件下，随着负荷的逐渐增加，系统维持电压稳定的能力。
通过分析系统的潮流方程、雅可比矩阵等，可以评估系统的静态电压稳定性。
这种稳定性分析方法相对简单，但对于一些快速变化的情况可能无法准确反映系统的实际运行状态。
动态电压稳定性则考虑了系统中各种动态元件的作用，如发电机的励磁调节系统、负荷的动态特性等。
动态电压稳定性分析通常需要建立详细的动态模型，并通过数值仿真来研究系统在受到扰动后的电压变化情况。
由于考虑了更多的实际因素，动态电压稳定性分析更加接近系统的真实运行情况，但计算复杂度也相对较高。
三、电压稳定性的影响因素（一）负荷特性负荷的大小和特性对电压稳定性有着直接的影响。
恒功率负荷、恒电流负荷和恒阻抗负荷在系统中的比例不同，会导致系统在受到扰动时的电压响应不同。
此外，一些具有非线性特性的负荷，如电弧炉等，会给系统带来较大的谐波干扰，影响电压质量和稳定性。
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太原科技2009年第4期TAIYUAN S CI-TECH浅谈电力系统电压稳定性刘宝，李宝国文章编号：1006－4877（2009）04－0035－02最近30年来，世界各国的电力系统普遍进入大电网、高电压和大机组时代，巨量的电能需要通过长距离的高压输电线送到负荷中心，电力系统面临的压力越来越大，很多电力系统不得不运行在其稳定极限附近，极易发生失稳事故。
这些事故损失是巨大的，引起人们对电压稳定问题的严重关注。
可以说电压稳定问题目前已成为世界各国电力工业领域研究的热点。
1电力系统电压稳定的定义及分类1.1电压稳定定义电力系统电压稳定性是指给定一个初始运行条件，扰动后电力系统中所有母线维持稳定电压的能力。
在发生电压失稳时，可能引起电网中某些母线上的电压下降或升高，从而导致系统中负荷丧失、传输线路跳闸、级联停电及发电机失去同步等。
1.2电压稳定分类目前，文献中可以见到与电压稳定的主要有静态电压稳定、暂态电压稳定、动态电压稳定、中长期电压稳定等，对它们的含义和范畴，至今还没有一个统一的定义。
2004年，IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组给出了电力系统电压稳定的分类：电力系统电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。
小扰动（或小信号）电压稳定是指电力系统受诸如负荷增加等小扰动后，系统所有母线维持稳定电压的能力。
大扰动电压稳定是指电力系统遭受大干扰如系统故障，失去负荷，失去发电机或线路之后，系统所有母线保持稳定电压的能力。
2电力系统电压失稳的机理对电力系统电压失稳机理的研究是十分重要的，合理解释和明确区分电压失稳现象，可以正确应对预想的事故。
静态研究认为电压失稳原因是负荷超过了网络的最大传输极限，从而造成潮流方程无解。
随着对电压稳定研究的进一步深入，越来越多的人们开始用非线性动力学系统的理论知识来解释电压失稳的机理。
对于电压失稳机理，T．Van Custem提出：电压失稳产生于负荷动态地恢复其自身功率消耗的能力超出了传输网络和发电机系统所能达到的最大极限。
把电压稳定问题仅当作静态问题的观念是不周全的；负荷是电压失稳的根源，因此，电压失稳这一现象也可称为负荷失稳，但负荷并不是电压失稳中唯一的角色；发电机不应视为理想的电压源，其模型（包括控制器）的准确性对准确的电压稳定分析十分重要。
3电压稳定性的分析方法电力系统作为一个复杂的非线性动力系统，考虑其动态因素，数学上可用一组DAE（Differential Algebraic Equations）微分代数方程组来表示。
微分方程组主要体现动态元件，代数方程组主要体现网络结构等约束条件。
目前，电力系统电压稳定性的分析方法主要有：静态分析方法、动态分析方法、非线性动力学方法。
3.1静态电压稳定分析方法潮流方程和扩展的潮流方程是静态分析方法的基本立足点。
静态分析方法一般认为潮流方程的临界解就是电压稳定的极限静态方法，将一个复杂的微分代数方程组简化为简单的非线性代数方程实数，大体上可以归纳为：连续潮流法、特征值分析法、最大功率法等。
3.1.1连续潮流法连续潮流法（CPFLOW）又称延拓法，连续潮流法使用包括有预估步和校正步的迭代方案找出随负荷参数变化的潮流解路径。
连续潮流法跟踪负荷和发电机功率变化情况下电力系统的稳态行为，通（辽宁工业大学，辽宁锦州121001）摘要：介绍了电力系统电压稳定的定义和分类，提出了电压失稳机理和电压稳定的主要研究方法，反映出该领域的研究概貌和最新动向。
关键词：电力系统；电压稳定；静态；动态中图分类号：TM712文献标志码：A收稿日期：2009－01－05；修回日期：2009－02－05作者简介：刘宝（1982-），男，山东滨州人。
2006年9月就读于辽宁工业大学，攻读硕士学位。
研究与探讨过求解扩展潮流方程可以成功得到穿越潮流雅可比矩阵奇异点的解曲线。
3.1.2特征值分析法当系统运行点到达稳定极限时，总有一特征值首先通过零点，同时，该特征值的模必然最小[1]。
特征结构分析法正是通过求取潮流雅可比矩阵的最小模特征值及其相对应的左右特征向量，以最小模特征值作为系统接近电压不稳定的量度。
3.1.3最大功率法最大功率法将电力网络向负荷母线输送功率的极限运行状态作为静态电压稳定的极限运行状态，可以采用有功功率最大或无功功率最大值作为判据[2]。
实际上，这类方法就是基于P-U或Q-U曲线定义电压稳定的方法，最大功率对应于曲线的顶点。
基于潮流方程的静态分析方法已经取得很大进展，但是不管哪种方法，其物理本质都是把电力网络输送功率的极限运行状态作为电压失稳的临界点，不同之处在于抓住极限运行状态的不同特征作为依据。
电压失稳的发生应该归于网络输送功率能力的有限和动态元件的固有特性。
静态研究成果需要接受动态机理的检验。
3.2动态分析方法动态分析方法考虑了元件的动态特性，理论上可以更真实地揭示电压失稳过程的本质。
动态分析方法主要分为小扰动分析方法和大扰动分析方法。
3.2.1小扰动分析方法小扰动分析方法是电力系统稳定性分析的一般性方法，也适用于电压稳定性分析。
小扰动电压稳定是指电力系统受到诸如负荷增加等小扰动后，系统所有母线维持稳定电压的能力。
小扰动分析方法采用在一个给定运行点上，将非线性的系统线性化后进行研究。
小扰动分析的数学基础是李雅普诺夫线性化方法，根据李雅普诺夫线性化理论，由于小干扰足够小，可在运行点处将电力系统非线性微分方程线性化，用线性化系统的稳定性来研究实际非线性电力系统的稳定性。
一般描述电力系统的DAE微分代数方程组为：Δx觶=f（x，y）0=g（x，y）（1）其中，x为状态变量，包含发电机转速，功角等；y 为代数变量，包含负荷节点的电压和相角等。
将式（1）在运行点处线性化，得：Δx觶ΔΔ=f x f yg x g yΔΔΔxΔΔΔy，（2）其中，gy就是完整的潮流雅可比矩阵。
定义状态矩阵As如下：A s=f x-f y g y-1g x。
（3）状态矩阵As可以描述电力系统的电压稳定性。
研究系统的状态矩阵As的特征根可以判断系统的电压稳定性的特征：若所有的特征根都位于复平面的左半平面，则系统是小干扰电压稳定的；若有一个实特征根或一对共轭特征根位于右半平面则系统电压不稳定；若特征根位于虚轴上则对应临界状态。
而且，稳定的系统的动态特性主要由系统的主导特征根决定，即复平面上最靠近虚轴的特征根决定（即实部最大的特征根决定）。
特征根的实部刻画了系统对振荡的阻尼，而虚部则指出了振荡的频率。
负实部表示衰减振荡，正实部表示增幅振荡。
根据研究目的考虑合适的动态元件，建立尽可能简化而又精炼的模型是小干扰分析法的关键[3]。
3.2.2大扰动分析法大扰动分析法主要是时域仿真法和QSS法。
时域仿真法采用对微分代DAE方程组进行数值积分，得到电压和其他量的时域响应曲线，进而预测和判断电压稳定性，是较为精确的方法。
缺点是数值积分速度慢，特别是计算稳定极限时，计算量非常大。
QSS法是通过将复杂的耦合动态系统的长期动态过程和短期动态过程分开处理，忽略短期动态过程，只考虑长期动态过程，是进行长期动态电压稳态分析的方法。
4结束语电力系统电压稳定性一直是近年来的热点研究问题之一，经过众多研究人员长时间的努力，取得了大量的研究成果。
同时，随着电力系统的发展及新技术的不断涌现，这一领域仍存在大量有待进一步研究的问题。
参考文献：[1]周双喜,朱凌志.电力系统电压稳定性及其控制[M].北京:中国电力出版社,2004.[2]HAQUE M H.Determination of steadystate voltage stabilitylimit using P-Q curves[J].IEEE Power Eng R ev,2002,22(4): 71-72.[3]王锡凡.现代电力系统分析[M].北京:科学出版社,2003．（责任编辑梁志刚）（英文部分下转第38页）Voltage Stability of Power SystemLIU Bao ，LI Bao-guo（Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China ）Abstract:In this paper,we introduced the definition and classification of voltage stability of power system,pro-posed some methods of voltage instability mechanism and voltage stability,also showed the research profile andlatest trend.Key words:power system;voltage stability;static state;dynamic state是有害的。
由于这类裂缝对结构的安全会造成不良后果，因此，应该分析其产生的原因，采取相应措施，加以改进，避免有害裂缝的产生。
2判定混凝土裂缝是否处于无害稳定状态的方法判定混凝土裂缝是否处于无害状态，是非常关键的问题。
只有准确判定混凝土裂缝所处状态，才能保证工程安全可靠。
通常判定裂缝是否处于稳定，有观测和计算两种方法：1）观测。
即定期对裂缝的宽度、长度进行观测和记录。
一是可在裂缝的区段内及裂缝的顶端，涂覆石膏稠浆。
二是使用刻度放大镜，观测裂缝的宽度。
2）计算。
钢筋的应力σs 是影响裂缝宽度的主要因素。
因此，可以通过对钢筋的应力的计算来判定裂缝是否处于稳定状态。
如果钢筋应力小于0.8f x （钢筋强度设计值），裂缝处于稳定状态。
3预防混凝土结构产生裂缝的基本方法1）从设计上，周密考虑。
防止有外荷载作用，引起裂缝和次应力一起的裂缝。
2）尽量防止结构由于温度控制不当、收缩、膨胀、不均匀沉降等变形引起的裂缝，应特别注意这种裂缝的起因是结构首先要变形。
当变形得不到满足才引起应力，而且应力与结构的刚度大小有关，应力达到一定数值后引起裂缝。
裂缝出现后，变形得到满足或部分满足，同时刚度下降，应力也发生松弛。
3）合理使用工艺控制。
随着设备的更新换代，工艺也在不断改变，比如为适应运输罐车和泵送混凝土设备的使用，人们从配合比上做了含砂率、水灰比、水泥用量等很多调整；结构物不断复杂化；高速、高温、放气、防射线的特殊要求；业主对工期的不科学追求等。
4）严格温度控制。
防止施工中大量水化热产生温度应力，造成温度裂缝。
5）合理选择原材料。
如水泥的C 3A 含量高、含碱量高或水泥细度过大等都会是拌和大量的水，造成早期水化快。
早期水化热集中，导致早期水化收缩，这些处理不当都容易出现塑性收缩裂缝。
如在寒冷的地区，为降低混凝土的冰点，在搅拌混凝土时掺加氯盐，其氯离子是钢筋锈蚀的重要原因，而钢筋的锈蚀时，其体积膨胀2~4倍，对周围混凝土的挤压力可达30MPa ，因此，混凝土必然被胀裂。