電力系統電壓穩定理論若干問題研究

王清鋒（國網山東省電力公司莒南縣供電公司，山東　臨沂　276600　）

電力系統電壓穩定理論若干問題研究

王清鋒
（國網山東省電力公司莒南縣供電公司，山東臨沂276600）

隨著社會科技的快速發展，我們對于電力的需求亦逐漸增大，但是受到經濟與環境的限制，電力系統也逐漸處于極限負荷狀態，電壓穩定問題的解決迫在眉睫。本文針對電力系統電壓穩定的相關問題進行了研究，重點進行了動態電壓穩定性、功角穩定關系與動態穩定的延拓算法進行了分析。

延拓算法；電壓穩定；動態穩定；功角穩定

0　引言

穩定的電力系統是社會發展的必要基礎，但同時對于電壓穩定的研究又具有一定的復雜性。因此有必要對電壓穩定的理論基礎進行深入的分析研究，同時也要對電壓失穩可能出現的問題與現象進行簡化描述，這樣才能方便相關工作人員對可能出現的問題進行判斷與預防控制，為我國的工農業生產與日常生活提供一個穩定、良好的電力系統。電壓穩定性的分析是眾多學者進行研究的重點領域之一，也已經取得了不少成果，本文概述了電壓穩定性的研究背景及現狀，總結分類了現今的電壓穩定性分析方法，分析問題并進行了評述。基于負荷特性在電壓穩定性的研究中起到非常關鍵的作用，因此本文還進行了負荷靜態和動態模型對于電力系統中的電壓穩定性的研究。

1　動態系統的平衡點延拓算法

電力系統作為一個具有參數變化的動態系統，可以通過分析其平衡點的變化特性來進行研究。因此我們采用微分代數方程來描述電力系統，并且在此基礎上研究電壓的穩定特性。隨著系統負荷的參數值不斷增大，需要獲取其增長極限，即電壓穩定值，以此獲得電力系統的各種信息。本文采用延拓算法進行動態平衡點的參數求取，并且描繪出P-V曲線。應用此方法可以消除使用常規計算方法時出現的電壓失穩點的發散問題，并能夠精確的得出電壓的穩定裕度。裕度指標即是指從系統設定的初始運行狀態開始，以某種設定好的方式，通過負荷增長的累積達到的電壓臨界值。它的大小能夠直觀的反映出目前電力系統工作負荷與故障擾動、保持電壓穩定的能力大小。筆者根據非線性微分動力學系統，得出以下方程組

式（1.1）中，X為電力系統中的狀態參數，p是系統參數，f是光滑映射。筆者在只有一個變量而其他的參數作為定值的情況下，求解電力系統的平衡點隨狀態參量的變化情況。由以下（1.2）的方程組得出X隨參量λ的改變而發生的變化情況。

筆者通過預先測定-校正改進方式的延拓算法，根據以下步驟進行討論研究：（1）平衡點的狀態參量的選定（2）預先測定下一個平衡點（3）校正改進預測值（4）增加延拓算法的步長限制。

2　電力系統動態穩定性的解析延拓分析

學者對于電力系統的研究已經持續了很久，也相繼提出了很多方法來分析研究電壓的穩定性與穩定裕度等問題。在數學上，我們采用微分代數方程對其進行完整的描述。但是實際研究中，由于涉及到所有電子元器件的動態特性的影響，分析該方程組變得十分復雜。因此，本文采用小擾動方法對方程組進行一定程度上的簡化，本文通過控制變量法分別修改各個狀態參數的方法獲得系統狀態參數的矩陣。最后進行了算例研究，實驗結果顯示：相較于其他獲取電壓穩定值的方法，小擾動方法可以穩定的運行于P-V曲線的下半支。恒功率負荷對電力系統小擾動穩定性的負面影響較恒電流負荷要大，恒功率負荷成分越大，系統小擾動穩定裕度越小。在各類負荷中，具有負指數特性的負荷對系統穩定性的影響最嚴重，恒功率負荷次之，再次為恒電流負荷和恒阻抗負荷。

在電力系統靜態分析中通常以網絡潮流方程為基礎，如式（2.1）所示

通過延拓算法連續跟蹤潮流方程的特征值的變化情況，可以得出系統的最易失穩的情況。然后利用狀態參數與控制參數的分析判斷出失穩的類型。

3　基于廣域測量系統的電壓穩定評估

當電力系統在實際使用過程中處于超負荷工作狀態時，系統中任何環節出現擾動或系統的負荷累積都有可能引發電壓失穩，甚至是電網的電壓崩潰的情況發生。因此對于電力系統的運行維護人員來說，只有充分的了解整個系統的每一個電壓穩定節點，才能保證系統的安全穩定運行。本文通過廣域測量系統來獲取同步電壓相量，分析電力系統的穩定性。利用同步電壓相量與節點戴維南等效方法的結合使用，通過部分同步電壓值的測量來分析與其相連接的同步電壓量，以此分析評估電力系統的穩定性。

通過在電力系統的關鍵節點安裝電源管理單元來建立一個廣域測量系統。在廣域測量系統中，一個向量數據集中器可以整合多個電源管理單元，再進行數據整合，最終傳輸給控制單元。在整個廣域測量系統中，采用分層的結構進行管理。將電源管理單元作為最基層的單元，由向量數據集中器逐步或直接地通過高速的通信網絡傳輸至控制中心。控制中心就可以對這些數據進行分析處理完成對電網的穩定性評估。

廣域測量系統的典型組成如圖（3.1）所示：

4　結語

電壓的穩定性研究是電力系統分析的重要組成部分，關系著整個系統能否穩定可靠的運行。本文對電壓穩定性的若干問題進行了深入的分析，但仍存在以下幾點值得進一步研究：（1）電壓穩定性的原理分析。（2）進一步探索發電機對于電壓的穩定性的影響（3）分析電壓的穩定性與電能質量的關系（4）分析電壓的穩定性與直流輸電的關系。

［1］何攻，李軍，喬梁.電力系統電壓穩定分析方法綜述［J］.東北電力大學學報，2013（05）：16-19.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.152