电力系统电压崩溃风险评估

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1、1绪论1.1问题的提出和意义电力系统是一个复杂的大规模非线性动态系统，其稳定性研究一直是电力系统规划与运行的重要课题。随着科学技术的发展和电能需求量的日益增加，电力系统的规模越来越庞大，以高参数、大机组、大电厂、大电网、超高压、远距离及高度自动化为特征的大电力系统成为电力工业发展的客观要求和必然趋势。大电力系统在带来巨大效益的同时，也带来了运行的复杂性，因为电力系统的运行正越来越接近其极限状态，这给电力系统的安全运行带来一些新问题。其中之一便是电压失稳或电压崩溃引起的局部丢失负荷或大面积停电造成的恶性事故。

2、20世纪70年代以来，由于电压崩溃而导致电力系统瓦解的事故在国内外一些大电网多次发生，导致了多起长时间大面积的停电事故，造成了巨大的经济损失和社会生活紊乱。例如：1978年12月19日，法国电网发生的电压崩溃事故，中断负荷29GW，累计损失电量100GWh，事故经济损失估计在2～3亿元。1982年8月4日，比利时电网发生电压崩溃事故，有2400MW的负荷停电，停电时间最长达1小时28分。1987年7月23日，日本东京电网发生电压崩溃事故，有8168MW的负荷停电，停电时间最长达3小时21分。1996年7月2

3、日和8月10日，美国西部电网相继发生两次电压崩溃事故。时隔不久，在2003年8月14日，美加电网发生了电压崩溃事故，造成了美国东北部和加拿大部分地区长时间大面积停电。文献[1]的附录F对七十年代以来见诸报道的世界各大电网发生的20余起恶性电压崩溃事故进行了归纳总结。文献[2]和文献[3]也就其中一些影响广泛的典型事故的事故过程进行了比较详尽的描述和分析。这类事故的一个共同点是：系统发生扰动时，其频率和角度基本维持不变，而某些节点电压连续下降且不可控制，最终导致系统损失大量负荷或瓦解。电压崩溃事故的屡屡发生，

4、引起了电力工作者的极大关注，推动了电压稳定问题的研究，并使其成为电力系统领域的一个研究热点。近二十年来，经过广大电力工作者的研究和探索，关于电压稳定问题的研究取得了很大的进展。在目前形势下，借鉴国外恶性电压崩溃事故和我国以往局部电压失稳的经验和教训，研究电压崩溃发生的机理、电压稳定的安全指标、电压稳定的预防（紧急）校正控制措施，对于避免电压崩溃事故的发生，具有重要的意义[4]。1.2电压稳定的定义及分类国际电工与电子工程师协会（IEEE）电压稳定工作小组在1990年的报告中提1出，如果系统能维持电压以确保负

5、荷导纳增加时，负荷消耗的功率也增加，并且功率和电压都是可控的，就称电压稳定，反之就称电压不稳定[5]。CIGRETF38.02.10工作组在1993年提出了与一般动态系统稳定性定义相类似的电压稳定定义和分类，指出电力系统是一个动态系统，电压稳定是电力系统稳定的一个子集。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

6、后的系统在扰动后的稳定平衡点的吸引域中。电压崩溃指，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。电压不稳定指不满足电压稳定的条件而导致的电压持续下降或上升。该文献中还指出，电压崩溃和电压不稳定这两个术语经常可以互相替换；电压稳定亦称负荷稳定；电压不稳定和电压崩溃几乎总由大扰动引起，如负荷的大幅度增加，尽管如此，运行点处的线性化分析对评估稳定程度仍是有用的[6,7]。我国在2001年出版的电力系统安全稳定导则中，参照了CIGRE在1993年

7、的定义，并结合最新的研究成果，将电压稳定定义为电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力，并将电压失稳按其表现分为静态小扰动失稳、暂态大扰动失稳、大扰动动态失稳、长过程失稳[8]。IEEE/CIGRE联合工作组结合最新的研究成果，并考虑到电力工业界的实际需求，于2003年重新对电力系统电压稳定问题进行了定义，文中指出，电压稳定是指系统经受扰动后所有节点保持稳定的电压的能力，同时电压稳定可以按照扰动大小和时间框架分别进行划分。按扰动大小分，电压稳定可以分为小扰动电压稳

8、定和大扰动电压稳定，其中，小扰动指的是诸如负荷缓慢增长之类的扰动，大扰动指的是诸如系统事故、发电机被迫切除之类的扰动；按时间框架分，电压稳定可以分为短期电压稳定和长期电压稳定，短期电压稳定的研究对象主要是感应电动机、高压直流输电（HVDC）变流器等，时间范围一般在几秒以内，长期电压稳定的研究对象主要是变压器分接头调节、发电机励磁限流器等，时间范围一般在几分钟到几十分钟之间。该文同时指出，以前经常使用的“暂态电压稳