電壓失穩現象的特征及其提高電壓穩定性的措施研究

錢 洋 樊婷婷

(1.國網吳忠供電公司 變電運檢組，寧夏 吳忠751100；2.國網吳忠供電公司 電力調度控制中心，寧夏 吳忠751100)

0 引言

在電力系統運行中，保持系統的穩定性是非常重要的任務。系統穩定破壞可能導致系統瓦解和大面積停電等災難性事故，給社會帶來巨大的損失。

1 電壓失穩的特征

（1）起始事件可能由不同的原因引起：小的逐漸的系統變化，如系統負荷的自然增長，或大的突然擾動，如失去發電機組或重負荷線路。有時，看上去不大的初始擾動可能導致相繼事件，最終引起系統崩潰。

（2）問題的核心是系統不能滿足其無功要求。通常（但不總是）電壓崩潰與帶有重負荷線路的系統條件有關。當從相鄰地區輸入無功時，任何需要額外無功支持的變化，都可能導致電壓崩潰。

（3）電壓崩潰通常表現為電壓緩慢衰減。這是由設備、控制裝置及保護系統的動作和相互的累積過程的結果。崩潰的時間過程在這種情況下，可能是幾分鐘。在一些情況下電壓崩潰的動態過程的持續時間可能很短，大約在幾秒鐘時間里。這些事件通常是由不利的負荷成分引起，如感應電動機或直流輸電換流器，這種類型的電壓崩潰的時間范圍與轉子角度失穩的時間相同。在許多情況下，電壓和角度不穩定之間的區別可能不明顯，兩種現象的一些方面都可能存在。

（4）電壓崩潰受系統工況和特性影響很大。

（5）電壓崩潰問題可能因為過量地使用并聯電容器而變得更加嚴重。合理地選擇并聯電容器、靜止無功補償器以及同步調相機的組合，可以使無功補償更為有效。

2 提高電壓穩定性的措施

2.1 電網規劃

一個規劃得好的電網結構是保證電力系統安全穩定運行的物質基礎，而一個結構上不健全或不合理的電網很難保證不發生穩定破壞事故。所謂好的電網結構包括兩方面的內容：其一，是為了適合負荷的需要，配置足夠的、布置合理的、單機容量和電廠容量不過分集中的電源。其二，是與電源容量和負荷水平相適應的、有足夠傳輸能力的、在正常運行時具有必要的靈活性并且足以應付運行中各種偶然情況，特別是事故情況下的電網結構。

對于大電源集中的遠距離向負荷中心送電的方式，應通過各種途徑來提高其抗擾動的能力。加強系統網架結構的建設，在發電機和負荷之間增加新的輸電線路。電力網絡的傳輸能力，特別是從發電側向負荷側輸送無功功率的能力應引起重視。對于新建線路，采用高波阻抗功率值的線路可以提高電壓穩定性。可以通過應用分裂導線和緊湊型線路來實現，增加每相線路分裂導線的數目，可以減小電抗，其等價于對線路進行均勻分布的補償。

在長距離重負荷的輸電線路中間裝設串聯電容器，串聯電容器能有效地縮短線路的電氣長度，理想的串聯電容器提供的無功功率正比于線路電流的平方而與母線電壓無關，這將對電壓穩定性產生有利的影響。

功率平衡原則是電網規劃的基本原則，受端系統應作為實現合理電網結構的關鍵環節應予以加強，從根本上提高系統的安全穩定水平。

對于傳輸巨大功率的輸電系統，維持其電壓穩定性和最小的損耗是十分重要的。裝設足夠的無功補償裝置，不僅要滿足系統正常運行中系統內需要的無功功率，減少無功功率在電網中的流動，而且滿足緊急狀態下系統的無功需求。無功補償裝置的大小，容量和地點的選擇必須根據所有保證系統能滿意運行的最為繁重的系統工況的詳細研究確定。

合理地分散配置并聯電容器以及并聯電抗器，特別是應增加在故障期間能進行快速投入和斷開的控制裝置。另外在遠距離大容量負荷線路的受端接入大容量并聯電容器時，必須特別注意可能產生的電壓不穩定現象。

2.2 系統運行

對于電力系統的運行人員來講應采用合理的運行方式，及時投切電壓和無功功率調整設備。在電力系統重載或緊急情況下，運行人員必須應用可以支配的手段保持輸電電壓在允許的高水平，確保電壓的分布，使負荷母線電壓處于臨界電壓值以上。如果使用現有的無功補償裝置不能達到上述要求，就必須限制傳輸功率，啟動發電機組以提供電壓支持。

許多發電機運行在高功率因數狀態。為了提高電力系統的電壓穩定性，應當對發電廠運行人員進行電壓穩定性的基本知識的培訓。當電力系統處于罕見的緊急狀況，需要發電機輸送大量的無功功率時，要求運行人員不能降低發電機的無功功率的輸出。在一些情況下，減少特定發電機的有功出力可以獲得更多的無功功率，從而改善電力系統的電壓穩定性。

正常狀態下通過投入并聯補償裝置，使發電機運行在適中的或較低的勵磁狀態，以提供足夠的“旋轉”無功備用。

實際應用中，應合理地采用帶負荷調節分接頭的變壓器。分接頭的調節目標在于維持低壓側電壓的恒定，分接頭調整使用不當可能產生嚴重的消極后果，對系統的穩定性造成很不利的影響。故障情況下，應首先考慮投入無功功率電源。

低壓減載是解決電壓穩定性問題的重要后備手段，是解決電壓穩定性的一種有效的分散型控制措施。當電壓低到一定程度時，立即切除部分負荷，在事故發生后，要確保主要地區的供電，而不能保證所有地區都能供電。在實際運行中通過甩負荷來維持系統電壓穩定性的方法還很少用，這是維持系統電壓穩定的最后一道防線。

2.3 電壓安全監控系統

隨著計算機技術的日益發展，為建立電壓安全監控系統，幫助調度員發揮作用提供了條件。

電壓安全監控系統應該具備以下功能，告訴調度人員電力系統當前運行狀態的電壓穩定性如何；當電壓穩定裕度不夠時向調度人員提供可以采取的措施，顯示電壓穩定易于破壞的薄弱區域；當切負荷成為不可避免的手段時，告訴調度人員在哪些節點，分別切除多少負荷最為合適。

開發出具備以上功能的軟件將極大的提高電力系統安全運行的水平，使電力系統運行能夠防患于未然。調度員能夠及時發現可能導致電壓失穩的誘因，采取及時必要的措施予以排除，從而使電力系統運行于安全、經濟、可靠條件下，產生出巨大的社會和經濟效益。

2.4 建立正確計算模型做好充分預案準備

由于負荷組成的復雜性，負荷模型和實際情況相差較大成為制約仿真結果正確性的主要因素。負荷特性及配電系統電壓控制裝置是影響系統電壓穩定性的關鍵因素。掌握一個實際系統的負荷特性的詳細資料，對系統的規劃運行意義重大。根據現場實測綜合負荷數據，進行總體測辯建模，以確定負荷模型的參數，對電力系統的生產運行、規劃設計具有重要的意義。準確的負荷模型對電壓穩定的研究至關重要。對負荷模型的研究工作正在受到日益關注。研究解決如何建立符合實際情況的負荷模型將成為未來仿真軟件的主要任務之一。

3 結束語

總之，隨著我國電力系統的發展壯大，電力系統穩定問題成為越來越重要的問題。

［1］周雙喜，朱凌志，郭錫玖，等.電力系統電壓穩定性及其控制[M].北京：中國電力出版社，2003.

［2］程浩忠，吳浩.電力系統無功電壓穩定性[M].北京：中國電力出版社，2004.

［3］韓楨祥.電力系統穩定[M].北京：中國電力出版社，1995.

［4］王奔.電力系統電壓穩定性[M].北京：電子工業出版社，2008.

［5］馬維新.電力系統電壓[M].北京：中國電力出版社，1996.