電力系統負荷對電壓穩定性影響因素研究

中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司 蘇 萬

1 緒論

改革開放以來，我國城市化建設的進程越來越快，城市居民人口的大量增多，使得城市的電力系統供應的負擔增大，原有的電力供應系統能力已經滿足不了現代居民的日常生活需求，造成城市電壓極不穩定。因此為緩解我國城市電力系統供電的壓力，電力系統及電壓的穩定性受到越來越多的學者們的重視，穩定的電力供應系統及電壓被越來越多的人們所關注，并且穩定的電力系統和電壓使我國城市的現代化建設得到了良性的發展以及完善了我國城市電網，其也更適于城市建設中居民的日常生活需求[1]。伴隨著我國經濟的快速發展，當前我國的電網建設進入了前所未有的發展階段，換言之，目前是我國的電網建設與發展的一個新浪潮時期，因此建設穩定的供電系統以及電壓已經成為國民建設的重中之重。穩定的電力系統與電壓不穩定或電壓崩潰的情況相比更加便捷、智能，也為城市居民生活提供了更多的便利。但是我國的電網在建設過程中還存在一些問題，電壓不穩定和電壓崩潰的情況還時常發生，因此本文主要以電力系統及電壓的穩定性為研究對象提出當前我國電網建設過程中存在的問題，并針對這些問題結合現代化城市建設的特點提出符合我國國情和城市建設需要的對策建議。

2 電壓失穩概述

2.1 電壓發生失穩的原理

我國的電力系統目前主要以火力發電為主，由發電站發出、輸電線進行遠距離輸送到負荷中心，再經配電線路將電能配送到各個用戶。電壓穩定表現為靜態特征，所以通常需要以靜態為切入點對電壓失穩的原因加以分析闡述。靜態穩定性（物理機制）實質上就是網絡傳輸容量。分析電壓穩定性既有研究成果可以發現，不穩定的動態機制之所以會形成，主要原因在于動態部件（發電企業、控制系統）的壓力和動態等因素。但是，因為缺少動態線性的電力系統本身相對復雜，所以無論是電壓失穩還是電壓崩潰，其過程都復雜異常，尚未得到深入的研究。其中一個是普遍接受的緊張不穩定原則：如果電力系統中斷，系統可以保證穩定，電壓系統中的承載EHV 值降低時，基板轉換器在24米內返回支架。超高壓線路的應力、線路損耗均會因各種設備而增大。增大電流，致使發電機整個系統增加無功輸出，當發電機出現越線無功功率的持續反應時，負荷電壓會迅速降低，系統將會更加容易出現不穩定的電壓，整個過程將會造成發電機組出現較大面積的停電現象[2]。

2.2 影響電壓穩定的因素

隨著我國經濟社會的發展，我國的電網建設也迅速發展，電力系統屬于基礎設施，關系到人們的基本生活，因為經濟發展提高了公眾的收入水平，改善了公眾的生活質量，主要表現之一即為公眾生活的各種用電設備大量增加，為公眾創造了空前便利。公眾電力服務體驗、電器設備精細化發展均要求更高質量的電力產品及服務供應，因此電力系統的建設對于我國經濟發展非常重要。在高負荷情況下，電壓穩定性會下降。甚至有可能發生電壓崩潰。其原因通常來自電力系統本身和外部因素兩方面。前者包括系統間協調性差、負荷特征拖累、傳輸功率能力欠缺、輸電網絡功能不足等。因為在大規模電力系統中相互作用的元件都是非常復雜的，因此將影響電壓穩定的因素進行分離是比較困難的[3]。

3 電力系統負荷對電壓穩定性的影響因素

3.1 負荷恢復對電壓穩定性的影響

伴隨著我國經濟的快速發展，我國的高壓電網建設不斷向特高壓升級，就此進一步增大了電力系統負荷。負荷恢復特性實質上是指負荷功率因電壓下降而變小（暫時性）但迅速重新增大的現象。感應電機有功功率恢復至機械負載狀態（和其匹配）即負荷功率恢復。電力系統分接頭處的恢復部位則為低壓位置（在測電壓）。負荷被溫度調節裝置調節控制在恒溫狀態條件下將會逐步恢復電網功率。在恢復的過程中由恢復負荷產生的功率將會增強輸電線中電壓降低，造成符合母線上的電壓持續降低，進而將系統推向失穩電壓的狀態[4]。

3.2 負荷失穩電壓穩定性的影響

我國電網的建設速度較快，一些城市為了提升自身電力系統建設的速度而罔顧施工過程中出現的建設不合理的問題，導致了我國的電網系統較為薄弱。通常情況下，我們會認為負荷不穩定的特性對電壓系統穩定性的影響應根據當時的情況而決定。電網電流、電網吸收的無功功率與無功功率之間均具有正相關性，正因如此，無功功率增加即會嚴重影響電網的無功效率，提高輸電線的降壓，逐漸降低負荷的電壓，從而導致系統的電壓在短時間內穩定性改變而發生崩潰。當電壓較低時，電機會迅速感應到電壓的改變而啟動保護的機制，此時熒光燈就會熄滅，進而系統電源不足的問題得到緩解，電壓也會逐漸恢復。我們通常所說的負荷失穩是指在電壓較低前提下由于其基本自保需要而自電網內將其自行剔除，或由于低壓裝置運行導致毀損，或正常能量轉換作用保障。符合元件在低電壓條件下的失穩性，主要包含了電動機感應出現的失速甚至是堵轉、熒光燈出現的突發性熄滅等，符合元件發生失穩后，其在電網中吸入的有功與無功產生的功率將會出現較大的變化，對系統中電壓具備的穩定性發揮了重要的影響[5]。

3.3 負荷對電壓穩定性影響的研究

縱觀當前我國現行的城市電網建設，隨著特高壓網架技術與產業變革的日新月異，我國很多城市加快了建設特高壓網架的腳步，但是原有的配電線路沒有隨產業發展實時更新，導致線路負荷較低。伴隨我國經濟的發展，城市建設的速度也在越來越快，城市用電越來越多，而很多城市的電力系統建設已經跟不上城市現代化建設的變化，與實際情況出現偏差。從分析電壓穩定性模型構建方面來看，由于每種裝置負荷響應速度在系統受影響前提下存在明顯差異，電壓穩定用時不一樣，則其同樣存在差異化負荷綜合特征，所需負荷模型同樣存在區別。所以這種模型必需與負荷特征相吻合，才能有效分析電壓穩定性，提供精確的分析結論。

4 加快推動我國電網建設的措施

4.1 重點強化電網的規劃管理

隨著信息時代的發展，工業進程的推進，大數據也在快速的發展，各行各業為了滿足管理的需要都制定了相應的信息系統，實行了智能化的管理。因此，隨著我國城市化建設腳步的加快，電力需求的增高，城市電力系統的建設也需要推廣智能化的管理，從而實現更好的城市經濟發展，引導城市電力系統的建設[6]。

電網規劃事關國家整體經濟發展，會直接影響到社會各行各業的發展實踐，因此想要最大化電網規劃功能，就必需要確保電網規劃可以有效過渡并銜接林業、土地、城鄉乃至各級整體發展規劃等，才能真正在促進電網自身發展的同時，為社會經濟統籌協調穩定發展提供實質性或基礎性保障。從發展實踐來看，電網規劃必需基于前瞻性思想展開，也就是說，應基于適度超前思維來整體規劃、發展、建設電網，通常應統一考慮電網輸電線路走廊矢量圖、規劃用地方案，形成報告，提交政府相關部門，以便政府統籌安排，在“多規合一”管理模式中納入用地需求。電網規劃嚴肅性必需引起各方關注，應基于既有規劃方案嚴格控制輸電線路走廊與變電站建設用地（已列入總體規劃），基于規劃選定的線路路徑、站址均不可以隨意變更或調節；確需調整的，要征求能源主管部門及電網企業意見，由各方協商解決。

4.2 提升管理人員的素質

在研究我國的電力系統以及穩定電壓的改進措施時除了發現要加強城市電力系統的建設、推廣智能化規劃管理外，還發現提升管理人員的素質也是改進我國電網建設的重要措施，高質量的建設和運營人才是城市電力系統建設可持續發展的重要保障，各級政府都應重視電力系統建設和運營人才的培養。提升管理人員的素質主要包括培養專業的人才、對已有的工作人員進行定期培訓以及吸收外來人才等。

4.3 電網系統的完善清晰目標

隨著大數據時代的到來，電力系統建設工程的造價預算與工程的質量直接掛鉤。高標準的工程造價可以建設一個安全、高質量的電力系統。而安全、高質量的電力系統則給國民提供了穩定的電壓輸出，減少了電壓不穩定或者電壓崩潰的情況發生，給國民經濟的穩定發展到了一定的保障。但是安全、高質量的電力系統建設直接影響了工程造價以及經濟的投入。城市電力系統建設過程中應結合實際情況，在建設過程中要有完善清晰的導向目標，以實現其自身價值。雖然很多城市已經建立了完善的電網系統，但是在實際的應用過程中仍然存在管理不足的情況，導致發現問題不及時、問題糾正不徹底、同一問題反復發生，經常會出現電壓不穩定甚至電壓崩潰的情況。政府部門應加強對電力系統建設不足的管理力度，使在電力建設過程中真正意識到不消除事故隱患及其他不利帶來的嚴重后果，迫使和引導在電力系統建設過程中對事故隱患自查自糾，發揮監管的威懾作用，以提高我國電力系統的良好建設以及電壓的穩定性，為國民提供一個良好的用電環境[7]。

4.4 充分認識到電網建設的重要性

我國城市的現代化發展在很大程度上依賴于電力系統的建設，穩定的電壓在一定程度上極大地促進了城市經濟的發展。目前總體來看，我國的電網建設正在逐步走向良性發展道路，相應的居民在日常生活中得到了極大的便利，此時穩定的電壓、完善的電網系統對推動城市經濟的良性發展有著深遠的影響意義。所以，在城市電力系統的建設過程中企業及相關部門應加大監督和引導電力系統的建設，增強工作的積極性、主動性以及創造性。在城市電力系統建設的過程中企業及相關部門要根據現實情況，符合科學發展觀，對電力系統進行統籌規劃利用，在最大限度地充分利用電力的情況下穩定電壓，應以三位一體思路為基礎傾力打造合力，構建有序理想的電網發展氛圍，以此提高我國電力系統的建設質量。

當前我國很多城市人口眾多、電力負荷較大。完善的電力系統的建設可以良好地穩定電壓、顯著的緩解電力需求的問題，從而實現資源的合理化利用，同時減少電壓不穩定或者電壓崩潰的情況發生，使人、電力、經濟三者關系更加的和諧。順暢的電力系統可以減少居民的生活成本，改變居民的生活方式，給居民的日常生活帶來極大的便利，還可以在一定程度上減少不可再生能源的利用，減少各種污染的排放，例如汽車尾氣、秸稈的燃燒等，從而在一定程度上提高國民的生活質量和工作效率，促進我國經濟的快速發展。

5 結語

隨著大數據時代的到來，工業進程的推進，國民的生活方式也在不斷地進步，數字城市的建設越來越先進，電力系統的建設也越來越重要，并且良好的電力系統、穩定的電壓對一個城市經濟的發展具有重要的影響意義，是推動城市現代化建設的關鍵。良好的電力系統還可以緩解我國能源緊張的壓力，滿足國民日常生活的需要。隨著我國經濟的快速發展、城市化進程的推進，圍繞建立和現代城市化生活需要相適應的電力系統就顯得格外重要。我國正在努力建設高負荷的電力系統，以期望能給予國民穩定的電壓。在建設的過程中，相關部門應根據實際情況努力制定合理的電網發展規劃，大力推進和城市布局、城市發展協同推進的城市電力系統體系，努力引導我國電力系統建設規范化，從而充分發揮其帶動城市經濟快速發展的優勢。