電力系統負荷對電壓穩定性的影響

劉 晶

陜西省榆林供電局，陜西榆林 719000

伴隨著負荷水平的持續增長，遠距離較大容量的輸電也在迅速增加，電壓系統中穩定性問題越來越受到關注。世界范圍內在近年來出現了很多電壓失穩的案例，同時大部分的電壓失穩問題都會致使電力系統產生崩潰，引起較大面積出現停電事故，不僅僅給點力部門及用電的企業經濟帶來了巨額的損失，對人民的生活帶來了極大困擾。因此，對電壓穩定問題進行深入研究，具有重要的現實意義。

1 電壓穩定的概述

從物理學角度分析，電力系統具有的穩定性是指電壓系統在某一運行極限之內維持負荷電壓的能力。這種能力主要決定于網絡向負荷傳輸的功率是否能夠能夠符合其自身的功率要求。假如被網絡傳送的功率無法使其符合本身的功率要求，符合的電壓將會出現下降的現象，情況嚴重時將會電壓失穩甚至電壓系統出現崩潰。國際上對電壓穩定的定義為：

1.1 電壓小干擾穩定

電力系統在既定的運行狀況下遭遇任何小干擾之后，處于負荷節點位置的電壓與干擾之前產生的電壓數值較為近似，則該系統在既定的運行點位置可認為是小干擾電壓的穩定性。

1.2 穩定平衡點電壓

電力系統在既定的運行情況下遭遇一定的干擾，假如干擾之后的負荷節點產生的電壓值恢復至干擾之后的平衡點位置的電壓數值，則該系統的電壓是穩定性的；這個時候，系統受到干擾后的情況將返回至干擾后處于平衡點位置的穩定的吸引域內。

1.3 電壓崩潰

電力系統在既定的情況下遭遇一定程度的干擾，干擾之后處于平衡位置的電壓數值比系統運行限制數值低，則統將會出現電壓崩潰；電壓崩潰有可能會造成整個系統的停電或是局部性停電。

2 電壓發生失穩的原理

最初認為電壓穩定屬于一個靜態問題，因此解釋電壓失穩的原理應從靜態的觀點出發。基于廣泛應用的各種潮流方程的靜態依據，其物理機制的靜態穩定的界定是電力網絡的傳輸能力。伴隨著電壓穩定的發展研究，考慮到發電設備及調節系統的動態性、負荷以及動態零件的其他影響，失穩動態機理隨之產生。可是因為電力系統屬于一個動力非線性的復雜系統，電壓失穩與崩潰的動態過程是非常復雜的，至今仍未研究徹底。國內對電壓失穩的機理做出了很多的解釋，其中普遍理解的電壓失穩原理為：電力系統受到干擾后，由于發電機中勵磁體系逐漸減少的強勵和負荷要求，系能能夠確保穩定性；當在電壓系統中反映的負荷超高壓水平下降時，變壓站中的變電器會在24min之內恢復至事故出現之前的水平，每次調整分接頭都會增加超高壓線路承受的負荷，增加了線路的耗損。增大電流，致使發電機整個系統增加無功輸出，當發電機出現越線無功功率的持續反應時，負荷電壓會迅速降低，系統將會更加容易出現不穩定的電壓，整個過程將會造成發電機組出現較大面積的停電現象。

3 影響電壓穩定的因素

電壓產生穩定的問題經常會出現在負載的體系中。造成電壓出現崩潰現象的原因有很多，可是電力系統的本身也存在著一些不足：聯線的輸電網絡比較弱，傳輸功率水平較低，不利的負荷特性，各種系統之間存在著不協調現象都是電壓失去穩定性的因素。因為在大規模電力系統中相互作用的元件都是非常復雜的，因此將影響電壓穩定的因素進行分離是比較困難的。

4 電力系統負荷對電壓穩定性的影響分析

4.1 負荷恢復對電壓穩定性的影響

負荷功率伴隨著電壓的下降而暫時性減小之后又開始增加的特點被稱之為負荷具備的恢復特性。恢復的負荷功率包含以下幾點：感應電動機數秒中在端電壓處降低，其有功的功率將恢復到與之相匹配的機械負載。分接頭的工作，將會在測電壓低壓位置實行恢復。負荷被恒溫控制在調節溫度設備的下逐漸對電網中吸收的功率進行恢復。恢復負荷產生的功率將會增強輸電線路中電壓降低，造成符合母線上的電壓持續降低，進而將系統推向失穩電壓的狀態。

4.2 負荷失穩電壓穩定性的影響

負荷失穩具體是指負荷零件因為電壓運行較低而維持正常情況下的轉換能量的功能，或者是因為運行的低電壓設備造成的損壞，或者是因為其本身發揮的保護作用將其從電網中自動切除。符合元件在低電壓條件下的失穩性，主要包含了電動機感應出現的失速甚至是堵轉、熒光燈出現的突發性熄滅等，符合元件發生失穩后，其在電網中吸入的有功與無功產生的功率將會出現較大的變化，對系統中電壓具備的穩定性發揮了重要的影響。

負荷具備的失穩特性對電壓系統的穩定性造成的影響應當視情況而定。電動機感應產生失速甚至是堵轉，在電網中被吸收的無功與電流將會迅速增大，這樣對系統的無功產生了嚴重的影響，對存在于輸電線路上的降低電壓造成了增大的影響，造成負荷電壓逐漸降低，這樣就會促成系統迅速出現電壓崩潰。在低電壓環境中電動機感應實施了保護功能，熒光燈出現的驟然熄滅，系統功率的不足起到了緩解作用，促使電壓逐漸恢復。

4.3 負荷對電壓穩定性影響的研究

因為干擾使得端電壓出現下降狀況，結合負荷具備的響應特點，及其該響應特點同端電壓之間發生的失穩聯系。特別是在各種設備中負荷特性發揮主要的響應特點，包含電動機感應裝置、調節配電電壓裝置、空調、冰箱等。

構建分析穩定電壓的負荷準確模型。因為系統遭遇干擾后各種設備中的綜合負荷出現了不同的快慢響應，在電壓穩定的不同時間其負荷綜合特性也不同，因此使用的負荷模型也不一樣。分析電壓穩定性的模型應符合負荷特性的實際精準度，還要對電壓穩定性進行廣泛的分析。

5 結論

伴隨著電壓穩定問題的逐漸深入，電力系統中負荷對電壓穩定性產生了重要影響。本文結合了負荷自身特性，對電力系統中負荷產生的影響進行了定性分析。構建有使用價值的負荷模型，對研究電壓穩定的發展具有促進作用。

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