電壓穩定性受電力系統負荷的影響分析

吳裕善

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518048）

一、起因

電壓的不變性也被稱為負荷不變性，其意思是指電力體系在必然的外部前提或遭到擾動以后體系仍然能連結輸出電壓的不變的本領，可是當必然的外部前提的產生轉變或遭到較大的不受控的擾動以后，輸出電壓呈現不穩定的狀況，此中首要的身分是體系無法提供無功功率的必要。

在研究之初，此類的研究主要是從靜態的狀態去分析和計算的，但是無論是在物理、數學等學科上，靜態只是一種理論上的狀態，而現實中電力系統是一個動力非線性的復雜系統，電壓的穩定和失控實際是一種復雜的動態過程，因此在解釋電壓失穩原理時，我們主要考慮的是電力系統受到干擾后情況，其他部件的調整電壓的情況，首先是在主體發電機中的電磁體系逐漸減少而得到激勵和負荷都符合要求后，系統才能夠確保穩定；其次是當電壓系統中反映的負荷超高壓水平下降時，變壓器就會進行相應的調整，而且每次調整都會增加超高壓線路承受的負荷、增加線路的損耗和增大電流這些變化；最后使發電機整個系統增加無功輸出，持續增加無功功率，負荷的電壓就會下降，系統更加容易出現不穩定電壓。這就是電壓穩定性的原理。

二、負荷對穩定性的影響

圖1 仿真網絡拓撲圖

圖2 為單機大系統在不同負荷功率因數下的關系曲線

圖3 單機大系統在不同負荷功率因數喜愛的V-PL特性

我們研究電力系統電壓穩定性時，主要研究電力系統受到擾動條件下負荷的變化引起的不穩定性的調節及出現的一些必要的調整。所以，電力系統的負荷都會在受到外部的干擾時發生變化，從而會影響到整個系統的電壓穩定性，這主要是動態而非理論上的靜態過程，主要原因就是負荷的兩大特性的作用，分別是恢復特性和失穩特性，下面本文就這種講解一下這兩個主要特性。

1 電力系統受干擾后的負荷的恢復特性

負荷的恢復特征是指負荷功率隨輸入電壓的下降而臨時減小隨后又逐步增加的特征。我們從下面幾個實例進行解釋負荷功率恢復的現象：首先是感應電動機出現端電壓降低后的數秒內，它的有功功率就會恢復至與機械負載相匹配，這就是負荷的恢復特征的一種；其次是OLTC分接頭動作，恢復其低壓側電壓，從而恢復對電壓反應靈敏的用電設備的功率，這也是負荷的恢復特征的一種表現；最后一種現象是恒溫控制負荷在溫度調節裝置控制下恢復從電網吸收的功率，這也是負荷的恢復特征的一種。負荷的這種強大的恢復特性使得輸出電路的電壓有很大的起伏，引起負荷母線電壓的進一步下降，從而使系統的電壓穩定性下降。所以就要研究負荷的恢復特性，來解決這樣引起的失穩現象。

同前面的靜態分析不同的是負荷的功率恢復這種過程是一個動態過程，這個過程的描述我們可以用一個簡單的微分方程進行解釋。我們在分析解釋負荷對電壓穩定性時，必須對負荷進行相關動態數學建模進行分析，負荷功率的恢復不是靜止的過程，而是一個動態的過程，這就需要從一個具體的過程進行解釋。但是從靜態的模式進行解釋的話就會造成計算各方面的不準確，不能保證正常的運行；通過計算可知，無功的負荷采用靜態恒定功率模型得出電壓輸出曲線的下半支是穩定的結果，這是采用靜態模式計算的結果不準確的，這也說明不能采用靜態的模式來解釋負荷的恢復特性。

但是現在的相關研究只是對相關穩定圖像的研究過程，還沒得到一個準確的負荷功率恢復的相關表達式或者數學過程，因此研究此過程多在考慮得到的穩定圖像是不是與理想的相近，還要加強這方面的研究來從數學上解決相關的問題，這樣既準確又節約成本。

以IEEE-30節電力胸進行負荷恢復為例盡心高反正，研究發電機選擇與路徑的優化，其網絡拓撲如圖1所示，實線為恢復路徑，虛線為未恢復路徑。節點{1,2,13,22,23,27}為已恢復電源節點，系統各支路已經恢復，節點1-30為待恢復節點，系統節點待恢復負荷約為最大負荷的40%。當前系統總負荷為3.5280p.u。

通過仿真計算，系統可恢復量是0.3566p.u，是系統當前負荷量的10.1%，恢復量比較樂觀。

2 電力系統受干擾后的負荷失穩特性

負荷失穩是指負荷元件因其運行電壓太低而不得不采取保持其正常的能量轉換功效的措施，或因其低電壓運行而損壞內部核心裝備，或者因為自己的保護行為而暫時切斷電源。負荷失穩的一些情況，主要是低電壓條件下負荷元件失穩，主要有感應電動機的失速乃至堵轉（包括空調、熱泵、冰箱等帶壓縮機負載的感應電動機的失速和堵轉）、熒光燈的突然熄滅等情況，負荷元件失穩后，就會導致有功和無功功率發生急劇的變化，嚴重的影響到整個系統的電壓穩定性。

什么原因造成負荷的失穩特性？主要原因是負載的在失穩后將要從線路中吸收電流，但是這樣的電流的無功功率將會不斷增加，從而導致傳輸系統的無功功率不足，使得線路的電壓降落增大，結果就是負荷的電壓進一步減小，這就造成線路的電壓不穩。因此如同熒光燈突然熄滅，電動機保護停轉都是為了緩解系統的無功功率不足，再等到電壓穩定后在此工作。

此現象的出現可以通過靜態負荷特性對電壓穩定產生影響進行分析，靜態負荷特性指的是電壓變化后進入穩態時電壓與負荷功率之間的關系。以單機系統為例，圖2為單機大系統。

從圖中可看出，系統負荷在增大到極限值以后，如果繼續增加，那么系統將失去穩定。靜態電壓穩定分析方法采用靜態模型描述負荷，以靜態觀點解釋電壓崩潰機理。用代數方法對系統當前運行到的極限點距離進行求職，對于運行人員來說，最直觀的是系統運行的功率極限。負荷較高的時候，可通過負荷的改變對功率的不穩定性進行控制，即在符合阻抗降低的時候，使功率也得到降低，負荷特性決定了電壓是否穩定、系統是否穩定。

結語

隨著社會的發展，無論是家庭還是工業中對電力的要求越來越多，對遠距離的電力傳輸的考驗越來越重，這其中電壓的穩定性問題是基礎性難題，電壓的失穩是各個方面的原因，現在還沒有得到徹底的研究，很多技術方面的原因有待進一步的研究。在研究負荷的影響方面，主要從負荷自身的原因進行分析，其表現在構成復雜、隨機時變、地域分散和非線性等特點,以及負荷本身的組成龐大、隨機時變、地區分離和非線性等特色，這些條件就會影響到在解釋電力系統的變化時都要認真的考慮，通過大量的試驗后做出分析。因此，建立精確、耐用的負荷模型對于電壓不變而產生的進步都將會有很大的增強。

[1]郭瓊，姚曉寧.淺析電力系統負荷對電壓穩定性的影響[J].電力系統及其自動化學報.2004.

[2]林舜江，李欣然，劉楊華.電力系統電壓穩定性及負荷對其影響研究現狀[J].電力系統及其自動化學報.2008.

[3]吳伯強.負荷對電力系統電壓穩定性的影響[J].浙江水利水電專科學校學報.2002.

[4]范廣偉.電力系統負荷建模與電壓穩定性分析的研究[J].西安理工大學.2010.

[5]彭志煒，胡國根，韓禎祥.電力系統負荷電壓穩定性研究──第2部分實例分析[J].電力系統自動化.1997.