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电力系统电压稳定性的研究
电力系统电压稳定性的研究 电力系统稳定是一个统一的整体,其稳定性问题当然也应该是一个整体的 概念,因 此系统应该只有稳定或不稳定两种状态,这也是早期人们只注意到了电 力系统功角稳定 的原因之一电压稳定问题的研究一般是相对于功角稳定而言的, 他和功角稳定都从属 于电力系统稳定问题。电压稳定的失稳特性、扰动大小和时间框架和功角稳定不同,早 期文献一 般认为,功角稳定问题是研究发电机在各种情况下的同步运行问题,而电压失 稳 是电力系统无功供给无力满足负荷的无功需求的结果,因为通常情况下,电压失稳 是 以某些重负荷母线无功缺乏而导致的。即使现在看来,这种观点在很大程度上 也是正确 的,但是近年来对电压稳定问题的认识的发展己经说明,电压稳定问题 实际上要复杂得 多。
研究电压稳定问题,首先要有电压稳定问题的定义,可是由于该问题研究历 史的短 暂因素和问题的复杂性,致使电压稳定问题本身的定义经历了一个很混 乱的阶段,一直 不能有一个最终统一的让广大学者和研究部门都接受的定义,直 到最近几年这种状态才 稍稍改观,但也仍然不能确定就是最终的定义。
本文的 电力系统稳定性定义和分类是基于2004年IEEE和CIGRE联合给出的定义 和分 类方法,这种定义和分类目前已被国际电力界广泛采纳。
从物理本质上讲,电力系统的电压稳定性是电力系统维持系统所有的负荷 点电压处 于某一规定的运行范围之内的能力,这种能力有时候主要取决于网络 输送到负荷的功率 能否满足负荷自身的功率要求。如果网络输送到负荷的功率 不能满足负荷自身的功率需 求,负荷电压将会下降,严重时将失稳甚至系统电压 崩溃. 随着电力系统的发展及电网规模的扩大,电力系统失稳的机理更加复杂。静 态稳定 和暂态稳定曾是早期电力系统稳定的主要问题,随着电网互联向着大电 网、超高压、大 机组、远距离的发展,电压失稳、频率失稳和振荡失稳己经成为 电力系统失稳的更常见 现象。
IEEE电压稳定工作小组和国际大电网会议的TF38.02.10工作组在上世纪 九十年 代各自给出的定义基础上又在2004年5月,联合在一起开会讨论并给出了 一份关于电 力系统稳定性进行重新定义和分类的会议成果报告arm。这份联合报 告指出:电压稳定 是指电力系统遭受扰动后系统中所有母线节点电压都能保持 在稳定的、可接受的水平, 它在一定程度上反应电力系统保持或恢复负荷需求的 能力以及功率供给平衡的能力。
这份研究报告将电力系统稳定分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类以及众多 子类,具体分类框架所示。
1.大扰动电压稳定:大扰动电压稳定性关心的是大扰动,如:如系统故障、失 去负 荷、失去发电机等大扰动之后系统控制电压维持稳定的能力。它由系统、 负荷特性、两 者间连续和不连续控制及保护的相互作用所决定。大扰动电压稳 定性的判断,需要考虑 系统的非线性响应特性。
2.小干扰电压稳定:小扰动(或小信号)电压稳定性关心的是小扰动(如负荷 的缓慢 变化)之后系统控制电压保持稳定的能力。它受负荷特性以及给定时间内 的连续和不连 续控制作用的影响。这类问题可能是短期的也可能长期的,在分析 时可适当的对系统方 程进行线性化,从而使方程变得简单,计算速度大大提高。
根据研究的时间范畴,还可以将电压稳定分为暂态电压稳定、中期电压稳定和长 期 电压稳定所示。
1.短期暂态电压稳定:涉及的时间只有几秒钟,负荷的动态模型很重要,为微 分方 程。研究认为,引起暂态电压崩溃的主要原因是短期动态扰动,具体可分为: ①短期动 态扰动后失去平衡点;②扰动后平衡点发生振荡(实际系统中未观察 到):③由短期动 态造成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。短期动态扰动这一时段内可能 同时出现功角失稳和电压失稳, 由于它们包含相同的元件,区分到底是功角稳定 问题还是电压失稳往往很困难。引起暂 态电压崩溃除短期动态扰动的因素外还 有长期动态扰动,此种失稳机制也可以划分为三 种情况:①由长期动态扰动造成 的短期平 2.长期电压稳定:研究时间从几分钟到更长的时间,涉及系统内的几乎所有 慢动作 设备。长期电压稳定问题通常是以一系列连锁发生的设备停运为起点标 志,而与最初的 扰动严重程度无关。
