电力系统电压稳定与功角稳定问题综述

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1、电力系统电压稳定与功角稳定问题综述王永智，袁越（河海大学电气工程学院，江苏南京210098）4摘要：稳定性问题是电力系统中一个复杂的问题。随着大系统互联方兴未艾，同时市场化之后的电力系统在经济性的驱动下常常在稳定极限边缘运行，系统稳定性成为日益严峻的实际问题，尤其近年屡次出现大系统的稳定破坏事故，更使它成为研究的焦点问题。本文综合论述了电力系统稳定性问题的研究成果，展示了电力系统稳定性问题的一个整体上的掠影。关键词：稳定性；电压稳定；功角稳定0引言稳定性问题是电力系统中一个及其复杂的问题，早在上世纪二十年代起就被作为一个课题正

2、式提出[1,2]。如今，由于大系统互联已成为电力事业发展不可逆转的历史潮流，加上大系统稳定性破坏事故的屡次发生，使得稳定性问题成为倍受关注的焦点问题。基于此现状，本文综合论述了电力系统稳定性问题研究的方方面面。从宏观上，根据研究着眼点不同划分，稳定性问题大体上可以归结为电压稳定与功角稳定两个大的方向。经过几十年的发展，两者分别在各自领域取得了丰硕的成果。本文首先对电压稳定与功角稳定破坏的现象和机理进行了描述，然后对稳定性研究的理论依据以及分析方法进行了论述与归纳，进而讨论了提高电力系统稳定性的途径。最后叙述了稳定性研究的未来发

3、展方向。1稳定性破坏的现象和机理1.1电压失稳的现象和机理电压稳定性，是指正常运行情况下或遭受干扰后电力系统维持所有母线电压在可以接受的稳态值的能力[2]。运行着的电力系统在遭受干扰后的几秒或几分钟内，系统中一些母线电压可能经历大幅度、持续性的降低，从而使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常地传给用户。这种情况称为系统电压不稳定[3]。电压不稳定最严重的后果是导致电压崩溃。电压崩溃是指系统发生一系列事故后导致一些母线电压持续降低，而功角稳定性有可能并没有破坏的迹象，从而很难预先察觉[3]。电压崩溃会导致大量负荷的丢失，严重时会

4、造成系统解列。近年来发生的几起电力系统大停电事故就是电压崩溃的例子。电压崩溃事故是电力系统中发生的灾难性事故，每每造成巨额直接经济损失以及长期大面积停电，成为世界各国致力于杜绝的最严重事故之一。通常认为电压稳定破坏是同负荷特性相关联的，从而电压稳定性有时也称为负荷稳定性。从这种认识出发，无功平衡能否维持就成了电压稳定的关键。举个例子说明：当负荷大幅度上涨后,系统的无功补偿能力严重不足,调度在全网电压下降过程中未能果断切除部分负荷；当系统无功功率供应不足时,如果继续保持负荷侧的电压水平,势必造成上一级电网电压下降,严重时会拖垮

5、高压电网电压,发展为电压崩溃[4]。1.2功角失稳的现象和机理概括地说，电力系统功角稳定性破坏从根本上是由于发电机输入、输出功率不平衡造成的。在正常的稳态运行情况下，电力系统中各发电机组输出的电磁转矩和原动机输入的机械转矩平衡，因此所有发电机转子速度保持恒定。但在大的扰动发生后，由于系统的结构或参数发生了较大的变化，系统的潮流及各发电机的输出功率发生了较大的变化，从而破坏了原动机和发电机之间的功率平衡，在发电机转轴上产生不平衡转矩，导致转子转速变化[5]。这样，不同发电机转子之间将产生相对运动，而转子之间相对角度的变化又反过来

6、影响各发电机的输出功率，从而使各个发电机的功率、转速和转子之间的相对角度继续发生变化。这样循环下去可能使系统中的发电机相对角度超越稳定极限造成失稳。这就形成了一个以各发电机转子机械运动和电磁功率变化为主体的机电暂态过程。由于功角失稳的着眼点在于发电机功角能否保持在允许的范围之内，所以功角稳定性也被称为发电机稳定性。单机无穷大母线模型可以模拟一个纯粹的功角稳定性问题。电力系统正常运行的一个必要条件是各台发电机的转子保持同步速，表现为各发电机的功角保持定值。功角失稳4使得部分机组的转子与系统其它机组失去同步，造成稳定运行的破坏，严

7、重时会导致系统解列。1.3电压稳定与功角稳定的联系功角稳定和电压稳定虽然是稳定问题的两个方面,但是它们之间常存在千丝万缕的联系,在受到小扰动的情况下,很难判断系统在什么条件下发生电压失稳,在什么条件下发生功角失稳。这两种稳定问题在电力系统中可能同时存在,只是在一定的条件下,功角稳定问题更严重些;而在另外的条件下,则是电压稳定问题比较突出。提高电力系统的稳定性，应综合考虑两者所产生的影响。2稳定性研究的理论依据2.1研究电压稳定的理论依据电压稳定包括静态电压稳定和动态电压稳定两个方面，前者已存在许多基于潮流的实用计算、分析工具，

8、而后者则从理论上更能准确地反映稳定性问题的动态本质，但其工程应用尚待时日。静态电压稳定研究普遍认为：负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓慢下降,在到达电力系统承受负荷增加能力的临界值或接近临界值时,任何使系统状态越出临界值的扰动,如负荷的继续增加、系统故障或系统运行的正常操作都