基于區域平衡的電力系統無功電壓管理

胡曉

摘 要：長久以來，因為電壓不穩而導致電力系統瓦解的事故時有發生，這給國家和人民的生活帶來了巨大的損失。電力系統電壓的崩潰多數是因為某個區域的電壓不穩進而擴散到整個電力系統導致的。如何防止電壓的不穩而造成的電力系統崩潰，已經成為了主要的問題，也引起了相關工作人員的重視。電力系統運行的穩定主要是從角度功角穩定、電壓的穩定以及頻率穩定三個方面來評定的。文章提出了一個無功/電壓管理的方法，而對區域進行劃分是進行電力系統的無功/電壓管理的重要方法。

關鍵詞：區域劃分；區域平衡；電力系統；無功電壓管理

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0105-01

伴隨著科技的進步，我國經濟的快速發展，人們的生活用電、工作用電等的需求都在不斷增長，為了能夠滿足人們對電力的需求，我國的電力系統也在不斷的進行改進。但是由于環境以及資金等多種因素的限制，并且我國的電網結構較為薄弱，使用的設備不夠先進，現如今，電網的運行狀態與最初的設計相比，改變很大，這些問題的存在不利于電力系統的正常運行，也帶來了一定的負面的影響，留下了安全隱患，同時，由于高壓直流輸電系統是并網運行的，如何維持電壓的穩定變得特別重要。這些安全隱患的存在，威脅著整個電網系統的安全正常運行，同時，這些隱患的存在也很容易導致電壓崩潰現象的產生。通常，某一個區域的電壓不穩定，若得不到及時解決，就會產生整個電力系統電壓崩潰的現象。

1 無功功率的平衡與電力系統穩定運行的關系

無功功率的平衡對整個電力系統的正常運行有著至關重要的作用，想要確保電力系統的正常運行就必須使無功功率保持平衡。無功功率指的是電網運行的過程中，所有無功產生的無功功率要與電力系統中各個環節上的無功功率損耗的和相等。電力系統的無功功率的損耗主要由線路和變壓器的無功損耗兩部分組成。在電力系統中，大多數情況下，用電設備所吸收的無功功率，與所加的電壓有著密不可分的關系。在額定電壓的附近，無功功率與電壓的變化是成正比的，電壓上升則無功功率增加，反之亦然。如果是電力系統中出現了無功功率缺額的現象，系統中所負荷的電壓下降，才能減少對無功功率的吸收，從而保證無功功率的平衡。電力系統中，系統無功的不穩定性是引起電壓崩潰現象產生的主要原因。在電力系統的電壓崩潰之前，系統往往是處于一種重負荷的狀態，系統的無功緊張，傳輸線路工作幾乎達到了極限。當電力系統的無功儲備充足時，電力系統的電壓能夠達到穩定的狀態，若無功儲備出現缺額的情況，將會引起電力系統的崩潰，從而導致部分或者整個系統停電。

2 區域的劃分以及區域平衡

電力系統的電壓不穩定以及電壓崩潰等事故的發生主要是因為電力系統局部區域存在無功儲備不足的情況。區域的無功儲備不充足主要有兩種情況，第一種是整個電力系統的無功儲備缺額，第二種則是電力系統的其他區域占用了較多的無功儲備卻不能夠傳遞給該區域。對于第一種情況，增加整個系統的無功儲備的方法可以使問題得以解決。對于第二種情況，通過對整個電力系統的無功流動進行相應的調配，可以將電力系統劃分成一些小的區域，進行無功的分別管理。區域的劃分應該遵循以下原則：

第一，各個分區域之間要確保相互獨立性，各區域之間的相互影響要盡可能的小。

第二，每個區域內都不能將其他區域的節點包含在內，同時，區域的節點之間的耦合度要盡可能的大。每個區域都要盡量確保有足夠的無功儲備。第三，進行整個電力系統的區域劃分，所劃分的區域數量要恰當，如若區域數量太多則會降低對系統進行整體管理的工作效率。數量太少就會使得工作變得繁瑣，不利于系統的管理。第四，所劃分的各個區域大小要合適，太大會導致管理不便，不利于工作的開展。

現如今，國內外都對區域劃分有一定的研究，得出的劃分方法也有很多，比如，按電網所屬的電力公司進行劃分，按照圖論的理論知識進行劃分，短路電流法，向上合并歸類法等。在實際的電力系統中，這些方法都有運用。

區域劃分的結果直接影響了電壓弱節點的選擇，因此，驗證區域劃分的結果是必不可少的。對于區域劃分結果的驗證主要有以下幾種方法。

第一種，判斷所劃分區域的數量和區域的大小。根據電網運行的實際情況來判斷所劃分區域的大小。區域內節點的數量多少要合適，同時，也應該確保鼓勵的節點不能劃分成為區域。第二種，分析所劃分區域的無功儲備。為了驗證劃分的各個區域的無功儲備是否充足，就必須對劃分的區域進行無功儲備的分析。如若存在某一區域的無功儲備不足的情況，就需要從相鄰區域接入無功電源，或者是將該區域與相鄰的區域進行合并形成一個新的區域。第三種，對整個系統的區域劃分結果進行總體衡量。這個方法主要是為了可以對區域內的節點耦合度以及區域間的耦合度大小進行檢驗。通過對區域內的節點以及先導節點的電氣距離按照一定的規則進行計算，將結果進行對比，則能夠對系統的區域劃分結果有整體的衡量。第四種，使用Sugeno-Yasukaw準則對區域劃分的合理性進行判定。

3 基于區域平衡的無功/電壓管理

無功/電壓管理方法的基本原理是利用電壓穩定與電力系統的無功儲備存在密切關系的思想，通過增加無功的方法來提高電力系統的電壓穩定裕度。

通過一系列的研究，如今，無功/電壓的管理往往側重于無功的管理和電壓的管理這兩個方面。

側重無功的管理的方法有以下幾種，一種是可以采用通過對電力系統中有功和無功的分布進行調整使得電壓得以穩定，這種方法將直接影響著系統的運行方式。還有一種方法是通過對無功電源的調整安排改善整個電力系統的電壓穩定性。但是這種方法忽略了有功損耗對整個系統的影響。另外一種方法是，將無功儲備的管理類似于一個優化問題來處理，這種方法是通過對發電機的無功注入進行重新合理的安排，使發電機的無功儲備得到增長，進而提高電力系統整體的電壓穩定性，同時，這種方法也能夠使得有功分布不做改變。該方法的最終目的是將發電機的無功儲備提升到最大，而將有功損耗降到最小。

側重于電壓的管理的方法是通過對區域劃分的了解，對區域內節點情況的掌握，選出區域內的電壓中樞節點，并將節點的電壓保持在所規定的范圍內，通常用到的方法是無功儲備以及無功補償。

在實際的電力系統的無功/電壓管理中，需要將無功管理與電壓管理的方法相結合。通過對所劃分區域的無功/電壓管理，保障每個區域的電壓穩定性，從而才能夠確保整個電力系統的電壓穩定性，避免電壓崩潰等事故的發生。不管是側重于無功的管理還是側重于電壓的管理，最終的目的都是為了能夠提高電力系統的電壓穩定性，防止電壓崩潰現象的產生。

4 結 語

由于某個薄弱區域的電壓不穩定得不到及時的處理會造成大規模甚至是整個電力系統的電壓崩潰。所以，根據特定的標準將電力系統劃分為不同的區域，對區域中容易產生電壓崩潰的節點進行重點監視，及時解決出現的問題，可以有效的防止電壓崩潰等事故的發生。本文提出了無功/電壓管理的方案，可以有效的解決區域電壓的問題，從而確保整個電力系統的正常運行。

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