电力系统电压稳定性分析

电力自动化设备电力系统电压稳定性分析陈金富1彭飞进\王星华\段献忠\张榕林2王大光2（1.华中科技大学电力工程系，湖北武汉430074；2福建电力试验研究院，福建福州3511⑴）态电压稳定性分析，并讨论了系统在（n*1）检验后的电压稳定性；对系统的暂态电压稳定性也进行了仿真分析。指出了福建省电力系统的电压稳定簿弱区域，并为预防系统电压失稳提出几点建议。 研究电力系统电压稳定性对电力系统的安全稳定运行有着重要的意义。针对福建省电力系统，利用电压稳定灵敏度指标和裕度指标对系统进行了静态电压稳定性分析1，对几种典型故障或操作后的稳态进行了分析，对系统的暂态电压稳定性也进行了探讨，为预防和控制电压失稳、保证系统安全运行提供信息，同时还为预访系统电压失稳提出几点建议。 1静态电压稳定指标介绍目前己提出的安全性指标主要有：灵敏度指标、潮流雅可比矩阵奇异值指标、*小模特征值指标、负荷状态空间中潮流多解间的距离指标、临界电压指标和裕度指标。灵敏度指标从定性的物理概念出发，利用系统中某些量的变化关系分析稳定性问题，得到了广泛应用。100%.其中：：cr为系统的极限有功负荷，P0为系统的初始有功负荷。 2静态电压稳定性分析长期以来，福建省电力系统存在着北电南送、远距离输电的格局。世界上许多恶性电压崩溃事故表明，这种远距离输送大量电能的电力系统容易发生电压失稳。本文对此进行了大量计算表1、表2列出了各典型运行方式下静态电压稳定裕度指标和（n表1典型状态下的电压稳定性裕度指标（Kp）负荷又比较重，缺乏足够的动态无功支撑。在正常在一个区域，一旦发生失稳，则可能引起系统崩溃，省负荷的80%以上，在系统受到扰动时，才会出现对系统的安全稳定运行威胁很大。较长时间（大于1s）的低电压过程（这主要是由于大嵩屿电厂和后石电厂的出力对维持系统南部地量的动态负荷需要吸收大量无功所致）且电压仍可bookmark3区电压鲤有很大的作用。由于南部地区电源少Ms慢恢复到正常运行水平上：http://www.cnki.netbookmark4注：20SD1：福建20⑴年夏季大方20SD2：福建20⑴年夏季大方式（少开水电，后石双机全载）20WX1：福建2⑴0年冬季小方20WX2：福建20年冬季小方式（少开水电，后石单机全载）表2（n―1）检验下的电压稳定性裕度指标（KP）类型裕度类型裕度类型裕度类型裕度注：a1：水口一郊尾5⑴kV线路断开；a2：郊尾一泉州5⑴kV线路断开；a3：后石一厦门5⑴kV线路断开；a4：潭平一总山220kV线路断开；a5：水口一马站220kV线路断开；a6：嵩屿切一台机u运行方式同表1注解。 表3典型运行方式下负荷节点电压稳定性排序古山U*梧路U-.惠安L（4.甘棠U-.故县U-.东海U-5.杏北U-5.福建电力系统南部地区是电压稳定性薄弱区域。灵敏度分析和裕度分析中电压稳定薄弱节点较集中于南部地区变电站。电压稳定性差的节点集中的运行方式下，保持嵩屿电厂和后石电厂的部分无功出力作为备用，对维持南部地区电压稳定，提高抗干扰能力具有特别重要的意义。 在所列的6种操作中，按操作类型排序，影响依次为嵩屿切机影响*大，500kV线路退出运行影响其次，220kV线路退出运行影响*小，其电压稳定性裕度指标与正常状态下的指标相差很小。嵩屿切机时，系统的动态电压支撑能力大大减弱，特别是在20SD2方式下，这时后石电厂仅开机2台，满负荷运行，无功备用少。当嵩屿电厂切机时，系统的电压稳定裕度指标减小为7.4%.此时若再发生其它电力系统事故，则将严重威胁电网的安全运行。500kV线路退出运行对系统电压稳定性也有较大的影响，电压稳定裕度指标有明显的减小，但在多数情况下不会导致系统失稳。 3暂态电压稳定性分析电力系统是一个动态大系统，在正常运行状态下，系统中各元件都处于一种动态平衡中，即稳态运行。外界的扰动会破坏这种平衡关系，元件能否维持其稳定，取决于外界扰动的大小和元件本身的稳定程度。因此，仅仅进行静态分析不能全面反映其稳定情况，需要分析系统在暂态过程中的电压稳定性。 在暂态稳定计算中，多数发电机采用E，模型，并考虑励磁调节系统和原动机调速系统的作用，少数发电机采用E；模型，调相机采用E模型，负荷采用等值电动机加恒定阻抗模型。运行方式为4种方式（见表1的注解）故障类型为500kV线路三相短路、机组失磁等。3. 1500kV线路短路对暂态电压稳定性的影响随着后石电厂的建成投产及福建省内500kV系统的形成，福建全省的电源分布将趋于平衡，北电南送的功率比例逐渐减少，全网的稳定性水平有了大幅度的提高，特别是电压稳定水平提高得更为明显。在500kV线路短路单重故障条件下，全网的电压都处在一个较稳定的水平上。 3.2动态负荷对暂态电压稳定性的影响暂态计算中动静负荷之比采用4：6可能不符合福建电力系统目前的实际情况。在工业负荷中，大部分为动态负荷；在民用负荷中，在夏季大方式下，空调、冰箱等动态负荷的比例很大，在中午高峰和傍晚高峰更是如此。因为动态负荷比例对电压稳定性影响比较大，所以进行了专门的分析，如（a）及（b）所示。通过计算发现，只有当动态负荷占全（b）嵩屿电厂一台机组失磁系统中负荷的动静特性比例为8：2 20SD2方式下电压稳定情况3.3机组失磁对暂态电压稳定性的影响南部电网，特别是厦、漳、泉地区，在全省电网中占有较大的负荷，因此，保持嵩屿电厂及后石电厂的无功出力作为南部地区的动态无功备用是非常重要的。若后石电厂退出运行，则必须确保嵩屿电厂的正常运行，并且不用嵩屿电厂的无功出力来调节系统正常运行时的静态电压水平，保证系统受到扰动0寸，嵩屿电厂能投入较多的无功出力，用以支撑南部地区的电压水平，防止南部电网发生电压失稳。从可以看出，在嵩屿电厂机组失磁情况下，将导致电压失稳。因此，应尽量避免出现这种情况。一方面，应提高励磁系统的工作可靠性，减少励磁系统事故；另一方面可以在系统中装设动态无功补偿装置，提高系统动态过程中的电压稳定性。 比较和（b）可以看出，后石电厂的接入运行，将会有利于提高福建电网南部地区的电压。 3.4励磁系统的强励倍数对暂态电压稳定的影响这里主要讨论后石机组励磁系统的强励倍数对选择的运行方式为夏季大方福建电网将要面临的电压问题主要表现为小负荷运行方式下的系统高电压问题，在目前的情况下，只能依靠多投电抗器或机组进相运行实现。 从整个系统上看，福建电力系统南部地区电压稳定性相对仍较为脆弱，在正常运行时，应保证后石电厂及嵩屿电厂有一定容量的无功出力作为备用，使其在系统受到扰动时能对南部电网的电压提供支撑，防止南部电网发生电压崩溃事故，保证整个系统的安全运行。 电网（主要（是M系统）电定性的作用和影暂暂态电压稳定性的作用不明显由于福建电网目前的暂态电压稳定水平较高，提高后石机组励磁系统的强励倍数对提高系统针对以上情况，福建电网主要应考虑以下一些措施对电压进行控制：机组失磁对局部地区的电压稳定性影响较大，应提高励磁系统工作的可靠性，减少励磁系统事故。各运行方式下南部电网应至少保证有2台机组并网运行，且有一定的无功出力作为备用，这样可在一定程度上提高南部电网的电压稳定性，防止南部电网发生电压失稳，危及整个系统的安全运行。 前面的分析结果表明，动态无功备用对维持系统电压稳定极为重要。在所讨论的几种故障中，嵩屿切机使得无功电源减少时，对系统电压稳定性影响*大。这说明动态无功备用对故障后系统电压稳定性十分重要。在未来适当的时候，应在南部电网的适当位置上（一般在薄弱母线位置）加装动态无功补偿装置，对南部电网进行动态无功补偿以减少南部电网对发电机无功出力的依赖，提高南部地区暂态过程中的电压稳定性。 进行部分机组的进相运行试验，这样可在小方式下，当系统电压过高时，由机组进相运行吸收适量的无功功率，降低整个系统的电压水平。 5结论静态电压稳定性分析表明，福建电网南部地区是电压稳定薄弱区域。不论是从世界上己发生的电压崩溃事故，还是从对福建电力系统的分析结果看，当一个系统中远距离输送大量电力时，受端的电压稳定性是比较薄弱的。特别是当受端形成的区域集中了电压稳定性较差的节点时，一旦发生失稳，容易引起连锁反应，导致系统崩溃，给系统和用户造成的损失将是巨大的。 在静态电压稳定性分析所讨论的几种故障情况中，嵩屿切机导致系统无功电源减少时对系统的电压稳定性影响*大，说明系统的动态无功备用对维持系统故障后的电压稳定性极为重要。 从4种运行方式的计算结果看，福建电网的暂态电压稳定问题不是十分突出，不同运行方式下的各种扰动对电压稳定性的影响具有相似性，即4种运行方式在各种扰动下的稳定情况基本相同。随着福建500kV系统的建成，系统的电压稳定性有了很大的提高。 动态负荷和机组失磁对系统暂态电压稳定性的影响再次表明，足够的动态无功备用对维持系统的电压稳定性有着重要的作用。为了缓解这个问题，可以在系统中装设动态无功补偿装置，同时应提高励磁系统的可靠性，保证机组正常运行。 近二十年来，世界各国发生的多次电压失稳和恶性电压崩溃事故使得电压稳定问题日益突出。在我国目前电力系统向高压大电网和远距离输电发展的情况下，电压稳定问题的威胁不容忽视。借鉴国外的经验和教训，对我国的电力系统进行电压稳定分析是一个刻不容缓的任务。