电力体系电压失稳风险研究

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1、电力体系电压失稳风险研究第一章绪论1.1目的和意义众所周知，电力系统是一个复杂非线性动态系统，而电力系统的稳定问题则成为了复杂的研究课题之一，其稳定性问题可分为功角稳定﹑电压稳定和频率稳定。而一直以来功角稳定都受到了很普遍的关注，并建立了一套较完善的研究理论和分析方法。电压稳定方面的相关研究由于受到关注不足，造成进展较为缓慢，直至上世纪当许多国家陆续发生电压崩溃的重大事故，并导致大面积范围的停电现象、国家蒙受巨大经济损失和造成极大的社会紊乱问题后，长期被忽略的电压稳定性才得以受到国际电力行业界的密切关注，而其相关研究也成为国内外的热点研究课题之

2、一。在这近四十年的时间里，由于电网互联﹑柔性交流输电和直流输电等技术的应用，电力系统已呈现出以下的新特点：1）发电机单机容量逐渐增大，无功功率出力相对降低，不利于系统电压稳定；2）由于远距离重负荷的出现，使得系统电压受到影响，很难使系统工作在正常电压范围而导致电压稳定问题的出现；3）在整个系统中超高压直流输电的应用所占的比例不断提升，导致与其相连的交流系统的电压稳定问题突出；4）实行电力市场化等一系列的策略实质上削弱了统一调度的步调，使得系统的电压失稳可能性增加；5）由于输电线路的容量增大，当发生事故线路断开时，对系统电压的稳定性影响增大，易造

3、成电压失稳。以上这些都成为了造成系统电压失稳可能性提升的影响因素。世界上的多次大停电都是由电力系统的失稳事故引起，因此电力系统稳定时关系电力系统安全运行的首要问题。.1.2电压失稳研究综述电压稳定问题作为近几十年来电力界的专家学者所重点关注的研究课题之一，在电力系统的学术界还没有一个公认并且严谨的定义。在1990年IEEE电压稳定小组的报告里对电压稳定性的定义为：如果电力系统能够维持电压以确保负荷增大时，负荷消耗的功率随着增大，就称系统是电压稳定的；反之就称系统是电压不稳定的[5]。2004年所提出的有关电压稳定性定义及分类的新报告中[6]，I

4、EEE/CIGRE明确指出：电压稳定性是指在给定的初始运行状态下，电力系统遭受扰动后系统中所有母线维持稳定电压的能力，它依赖于负荷需求与系统向负荷供电之间保持/恢复平衡的能力。若电压失稳则可能造成某片区域大量的失负荷现象或者由保护装置动作而形成的其他设备的级联故障跳闸，而一些发电机组甚至会因为这些设备的停运而发生失步。所谓电压崩溃指的是，由于电压失稳事故所引起的系统内大范围、不能接受的低电压分布的过程[7]。通常的电压失稳易发生在负荷较重的系统中，导致发生电压崩溃的因素除了功率传输水平和输电网络的强度外，还可能由于发电机励磁的限制、负荷特性、有

5、载调压变压器以及无功补偿装置特性等原因产生电压失稳现象[8][9]。其中电压失稳的驱动性因素是负荷特性，所以电压稳定时常被称为负荷稳定[10]。通常认为电压失稳的实质其实是系统受到扰后的负荷的动态特性，为了恢复其功率消耗而超过发、输电系统所提供功率的水平。电压稳定可以根据其扰动大小，分为大、小干扰的电压稳定这两种，其中，大干扰电压稳定指的是当系统遭受了较大扰动（如系统发生短路、切机以及线路故障等）依然能维持系统电压稳定性[11][12]。为判断系统是否为大扰动电压稳定需考虑一段时间范围内（研究时间通常为几秒到几十分钟）的电力系统非线性相应的特性

6、。小干扰电压稳定指的是当系统受到小扰动（如负荷增加等）系统内所有母线依然能维持电压稳定的能力，在做此类电压稳定的分析时，在必要时可在给定的运行点处对系统方程线性化处理。第二章戴维南等值理论的研究及其参数分析2.1戴维南等值理论戴维南定理是1883年由法国人L.C.戴维南所提出的，将任意一含源的线性时不变一端口网络对外用一个电压源和一个阻抗所串联的支路来等效，这个电压源的电压称为开路电压，将此网络内的所有的独立电源置零后的输入阻抗视为等效阻抗，将此定义为戴维南定理。2.2戴维南等值原理在电力系统中，对于任意含有独源的线性受控源和线性电阻的二端网络

7、（又称之为单口网络），都可等效为一个电压源和电阻串联的电路。这个电压源的电压称为此二端网络的开路电压，若将此网络内的所有的独立电源置零后的输入阻抗则视为等效阻抗。例如一个二端网络其中包含电流源、电压源和电阻，则它可用一个电压源0E串联一个电阻0Z的等效电路来表示。0E为此二端网络在开路时的开路电压；0Z为此二端网络当从端口看进去时，所有独立源置零时的等效电阻，故0Z可称之为戴维南等效电阻。如图所示。戴维南等值理论在具体系统中应用时，可利用其对二端口网络等效得到相应内电源与内阻抗，再利用该电路的等效参数计算出原电路的功率大小及电流大小。可知该理论

8、仅对外电路等效起作用，而对内电路不等效。戴维南等值理论不适用于含非线性元件的有源二端网络，只适用于线性的有源二端网络。电力系统中最基本最重要的就是潮流