6-电压稳定-陈磊-1-91140914

电力系统稳定与控制第六章电力系统电压稳定(1)主要内容基本概念分析方法防治措施2020/3/29电力系统稳定与控制12020/3/29电力系统稳定与控制电压稳定长期以来，电力系统稳定研究主要集中在功角稳定方面，电压稳定作为电力系统稳定性的另一个重要方面，直到上世纪80年代才吸引了国际电力界的广泛关注上世纪70年代以来，国际上相继发生多起由于电压失稳引起的大面积停电事故：1978-12-19法国电网1983-12-27瑞典电网1987-07-23日本东京电网1989-03-13加拿大魁北克电网1996-07-02美国西部联合电网上述事故发生时系统功角并未失去同步，但是系统电压发生大幅度的跌落，是一种和功角稳定不同类型的系统稳定问题2典型的电压稳定事故法国1978年12月19日大停电事故停电29000MW，少送电量1亿kWh，主要原因是：负荷上涨，无功补偿能力严重不足；调度在全网电压下降的过程中未果断切除部分负荷瑞典1983年12月27日大停电事故过负荷－电压降低－线路跳闸－电压继续降低－振荡－解列－低频低压或高频切机－频率崩溃日本东京电力系统1987年7月23日大停电事故停电8168MW，最长3小时21分，影响东京地铁及私营铁路停运最长达3小时，自来水中断，银行计算机系统中断过负荷－低电压－继电保护动作空调设备电压降低时电流反而增大的用电特点加速了电压的崩溃2020/3/29电力系统稳定与控制3电力系统稳定性的分类不同的分类依据可观察到失稳的系统主要变量功角频率电压扰动的大小（可决定稳定分析采取的方法）大扰动：一般指短路故障、线路突然断开或发电机跳闸等小扰动：如负荷变化扰动的大小是相对的为评价稳定性需要考虑的元件、过程及时间范围短期长期2020/3/29电力系统稳定与控制4电力系统稳定性的分类电力系统稳定功角稳定频率稳定电压稳定小扰动功角稳定暂态稳定短期大扰动电压稳定小扰动电压稳定短期长期短期长期2020/3/29电力系统稳定与控制5电力系统电压稳定性2020/3/29电力系统稳定与控制电力系统电压稳定性就是电力系统维持节点电压在合理的数值范围之内(如不低于额定电压的70%)的能力。•它与系统的电源配置、网络结构、运行方式及负荷特性等因素有关，带自动负荷调节分接头的变压器也对系统的电压稳定性有十分显著的影响。到目前为止，电力系统电压稳定性还没有普遍认可的严格的定义。62020/3/29电力系统稳定与控制电压稳定的定义IEEE（1990）：电压稳定性是指系统维持电压的能力，当负荷导纳增大时，负荷功率亦随之增大，并且功率和电压都是可控的。72020/3/29电力系统稳定与控制电压稳定的定义CIGRE（1993）：电力系统是一个动态系统，电压稳定是电力系统稳定性的一个子集。小扰动电压稳定是指，处于给定运行点的电力系统在经受任意小的扰动后，负荷附近的电压保持不变或几乎不变；它对应于线性化动态模型的特征值都具有负实部。电压稳定是指，处于给定运行点的系统在经受某一给定扰动后，负荷附近的电压趋近扰动后平衡点的值；它对应于扰动后的系统状态在扰动后的稳定平衡点的吸引域中。电压崩溃是指，处于给定运行点的电力系统在经受给定扰动后，负荷附近的电压低于可接受的极限；电压崩溃可能是系统性的，也可能是局部的。82020/3/29电力系统稳定与控制电压稳定的定义T.VanCutsem，“Voltagestabilityofelectricpowersystems”（1998）：电压失稳源于负荷动态试图恢复消耗的功率，而该功率超过了发输电系统的能力。这个定义包含了作者认为的电压失稳的机理，强调了电压失稳和负荷动态的强相关性。92020/3/29电力系统稳定与控制电压稳定的定义《电力系统安全稳定导则》(2001)：电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。电力系统中经较弱联系向受端系统供电或受端系统无功电源不足时，应进行电压稳定性校验。无功功率的分层分区供需平衡是电压稳定的基础。10电压稳定的分类方式－按研究方法划分静态电压稳定问题，也称为小扰动电压稳定问题电力系统在某一种潮流状况下，受到小的扰动后系统能否保持稳定并维持系统各节点电压在合理的数值范围之内动态电压稳定问题电力系统在动态过程中受到扰动后的电压稳定问题暂态电压稳定问题电力系统受到大的扰动如各种故障后，伴随着系统保护的动作与事故处理，某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降，而此时电力系统中其它的状态变量如发电机功角仍处于合理的数值范围2020/3/29电力系统稳定与控制11电压稳定的分类方式－按扰动大小划分小扰动电压稳定正常状况时遭受微小扰动后的系统稳定性大扰动电压稳定研究遭受短路或网络操作后的系统稳定性2020/3/29电力系统稳定与控制12电压稳定的分类方式－按时间划分暂态电压稳定时间范围从0～10s，主要研究感应电动机和HVDC的快速负荷恢复特性所引起的电压失稳，特别是短路后电动机由于加速引起的失稳或由于网络弱联系引起的异步机失步的电压失稳问题。中期电压稳定(又称扰动后或暂态后电压稳定)时间范围为1～5min，包括OLTC、电压调节器及发电机最大电流限制的作用。长期电压稳定时间范围为20～30min，其主要相关的因素为：输电线过负荷时间极限，负荷特性的作用，各种控制措施(如甩负荷)等2020/3/29电力系统稳定与控制13电压稳定的基本概念EUX2020/3/29电力系统稳定与控制14单负荷无穷大系统2sincosEUPXEUUQX线路传输功率（受端）E=1.0,U=1.0,X=0.2时Pmax=5.0对应的Qc=5.0送端注入无功Qs=5.0如果受端具有很强的维持电压的能力，U保持恒定，则传输功率极限为对应的是功角稳定问题（静态稳定）相角差变化2020/3/29电力系统稳定与控制15送端注入无功2020/3/29电力系统稳定与控制16受端调相机注入无功2020/3/29电力系统稳定与控制17电压稳定的基本概念2sincos0EUPXEUUQX2020/3/29电力系统稳定与控制18如果受端没有维持电压的能力，且受端带纯有功负荷，则242242EEPXU22EX根据P求解U传输功率极限为E=1.0,X=0.2时，Pmax=2.5对应的是电压稳定问题电压变化2020/3/29电力系统稳定与控制19送端无功功率变化2020/3/29电力系统稳定与控制20电压稳定的基本概念如果受端具有一定的无功支撑能力调相机无功极限Qcm=0.8负荷增长到2.71时达到无功极限最大负荷为3.2016，对应电压稳定极限2020/3/29电力系统稳定与控制21调相机无功输出2020/3/29电力系统稳定与控制22送端注入无功2020/3/29电力系统稳定与控制23受端节点电压2020/3/29电力系统稳定与控制24电压相角差2020/3/29电力系统稳定与控制25负荷动态IEEE（1990）：电压稳定性是指系统维持电压的能力，当负荷导纳增大时，负荷功率亦随之增大，并且功率和电压都是可控的。T.VanCutsem，“Voltagestabilityofelectricpowersystems”（1998）：电压失稳源于负荷动态试图恢复消耗的功率，而该功率超过了发输电系统的能力。上述系统中，负荷侧带纯电导，增大电导2020/3/29电力系统稳定与控制26负荷电导变化时功率、电压变化2020/3/29电力系统稳定与控制27主要内容基本概念分析方法防治措施2020/3/29电力系统稳定与控制282020/3/29电力系统稳定与控制电力系统电压稳定性的分析方法与稳定性的分析方法一样，可分为三步：建立电力系统的数学模型；寻找平衡点；针对不同的扰动分析对于该平衡点系统的稳定性。与功角稳定不同的是：主要关心节点电压对稳定性的影响，因此电力系统的数学模型必需能尽可能详尽地反映系统的电压特性负荷是影响电力系统电压特性的关键因素之一，因此必须建立准确的负荷模型负荷的投入与切除虽然在时间上有一定的统计规律，却没有严格的时间标志，因此大量负荷接入电力系统导致难以建立准确的动态负荷模型电压稳定研究的主要难点29静态电压稳定分析的基本方法2020/3/29电力系统稳定与控制从系统供给来看简单模型分析30从负荷需求来看2020/3/29电力系统稳定与控制静态电压稳定分析的基本方法刚性负载(恒功率)：负载功率与电压无关，为常数的情况(),()LnLnPUPQUQ2222[]nnEUUPQXX即刚性负载的情况31给定Pn和Qn，分析方程解U的情况2020/3/29电力系统稳定与控制静态电压稳定分析的基本方法2222[]nnEUUPQXX边界内的每一点如A点，必然是两个圆的交点，对应两个可能的解边界上的点如B点对应只有一个解的情况刚性负载的情况U恒定时32不同U对应的边界2020/3/29电力系统稳定与控制静态电压稳定分析的基本方法2222222()0nnnUEUQPQXXX改写方程为：刚性负载下边界的方程332020/3/29电力系统稳定与控制静态电压稳定分析的基本方法一般负荷不可能是理想的刚性，不同的负荷特性将对应不同的区域特性恒定阻抗负荷任何情况下总是有解其它的负荷特性34