電力系統(tǒng)負荷對電壓穩(wěn)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(xù)增長，遠距離較大容量的輸電也在迅速增加，電壓系統(tǒng)中穩(wěn)定性問題越來越受到關注。世界范圍內在近年來出現(xiàn)了很多電壓失穩(wěn)的案例，同時大部分的電壓失穩(wěn)問題都會致使電力系統(tǒng)產生崩潰，引起較大面積出現(xiàn)停電事故，不僅僅給點力部門及用電的企業(yè)經(jīng)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(wěn)定問題進行深入研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 電壓穩(wěn)定的概述

從物理學角度分析，電力系統(tǒng)具有的穩(wěn)定性是指電壓系統(tǒng)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(wǎng)絡向負荷傳輸?shù)墓β适欠衲軌蚰軌蚍掀渥陨淼墓β室蟆＜偃绫痪W(wǎng)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(xiàn)下降的現(xiàn)象，情況嚴重時將會電壓失穩(wěn)甚至電壓系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。國際上對電壓穩(wěn)定的定義為：

1.1 電壓小干擾穩(wěn)定

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

1.2 穩(wěn)定平衡點電壓

電力系統(tǒng)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(jié)點產生的電壓值恢復至干擾之后的平衡點位置的電壓數(shù)值，則該系統(tǒng)的電壓是穩(wěn)定性的；這個時候，系統(tǒng)受到干擾后的情況將返回至干擾后處于平衡點位置的穩(wěn)定的吸引域內。

1.3 電壓崩潰

電力系統(tǒng)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(shù)值比系統(tǒng)運行限制數(shù)值低，則統(tǒng)將會出現(xiàn)電壓崩潰；電壓崩潰有可能會造成整個系統(tǒng)的停電或是局部性停電。

2 電壓發(fā)生失穩(wěn)的原理

最初認為電壓穩(wěn)定屬于一個靜態(tài)問題，因此解釋電壓失穩(wěn)的原理應從靜態(tài)的觀點出發(fā)。基于廣泛應用的各種潮流方程的靜態(tài)依據(jù)，其物理機制的靜態(tài)穩(wěn)定的界定是電力網(wǎng)絡的傳輸能力。伴隨著電壓穩(wěn)定的發(fā)展研究，考慮到發(fā)電設備及調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)性、負荷以及動態(tài)零件的其他影響，失穩(wěn)動態(tài)機理隨之產生。可是因為電力系統(tǒng)屬于一個動力非線性的復雜系統(tǒng)，電壓失穩(wěn)與崩潰的動態(tài)過程是非常復雜的，至今仍未研究徹底。國內對電壓失穩(wěn)的機理做出了很多的解釋，其中普遍理解的電壓失穩(wěn)原理為：電力系統(tǒng)受到干擾后，由于發(fā)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(wěn)定性；當在電壓系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)電機整個系統(tǒng)增加無功輸出，當發(fā)電機出現(xiàn)越線無功功率的持續(xù)反應時，負荷電壓會迅速降低，系統(tǒng)將會更加容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的電壓，整個過程將會造成發(fā)電機組出現(xiàn)較大面積的停電現(xiàn)象。

3 影響電壓穩(wěn)定的因素

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

4 電力系統(tǒng)負荷對電壓穩(wěn)定性的影響分析

4.1 負荷恢復對電壓穩(wěn)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(shù)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(jié)溫度設備的下逐漸對電網(wǎng)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(xù)降低，進而將系統(tǒng)推向失穩(wěn)電壓的狀態(tài)。

4.2 負荷失穩(wěn)電壓穩(wěn)定性的影響

負荷失穩(wěn)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(fā)揮的保護作用將其從電網(wǎng)中自動切除。符合元件在低電壓條件下的失穩(wěn)性，主要包含了電動機感應出現(xiàn)的失速甚至是堵轉、熒光燈出現(xiàn)的突發(fā)性熄滅等，符合元件發(fā)生失穩(wěn)后，其在電網(wǎng)中吸入的有功與無功產生的功率將會出現(xiàn)較大的變化，對系統(tǒng)中電壓具備的穩(wěn)定性發(fā)揮了重要的影響。

負荷具備的失穩(wěn)特性對電壓系統(tǒng)的穩(wěn)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(wǎng)中被吸收的無功與電流將會迅速增大，這樣對系統(tǒng)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(tǒng)迅速出現(xiàn)電壓崩潰。在低電壓環(huán)境中電動機感應實施了保護功能，熒光燈出現(xiàn)的驟然熄滅，系統(tǒng)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(wěn)定性影響的研究

因為干擾使得端電壓出現(xiàn)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(fā)生的失穩(wěn)聯(lián)系。特別是在各種設備中負荷特性發(fā)揮主要的響應特點，包含電動機感應裝置、調節(jié)配電電壓裝置、空調、冰箱等。

構建分析穩(wěn)定電壓的負荷準確模型。因為系統(tǒng)遭遇干擾后各種設備中的綜合負荷出現(xiàn)了不同的快慢響應，在電壓穩(wěn)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(wěn)定性的模型應符合負荷特性的實際精準度，還要對電壓穩(wěn)定性進行廣泛的分析。

5 結論

伴隨著電壓穩(wěn)定問題的逐漸深入，電力系統(tǒng)中負荷對電壓穩(wěn)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(tǒng)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(wěn)定的發(fā)展具有促進作用。

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