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电力系统电压稳定性研究

作者:鸿运手机版登陆 更新时间:2015年10月26日 21:04:51

摘 要:本文通过对大的电力系统事故的分析来,得出发生电压崩溃的主要原因,并在负荷模型基础上,考虑采用更好的方法来进行电压稳定性评的研究,值得同行参考。

关键词:电力系统,电压失稳,稳定性
引言
    电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统,随着电力工业发展和商业化运营,电网规模不断扩大,对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中,电压不稳定、电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此,对电压稳定性问题进行深入研究,仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。
一、电压崩溃主要原因分析
  近年来,随着电力工业的发展,电力系统规模日益扩大,逐步进入高电压、大机组、大电网时代,同时伴随电力改革和电力市场的实践,长线路、重负荷及无功储备不足的特征逐渐突出,系统的电压安全裕度倾向于越来越小,使电力系统常常运行在稳定的边界。目前系统运行操作人员并不能准确掌握系统的电压安全状态。所以事故发生时,缺乏足够的安全信息来采取相应的措施,导致了事故的扩大。
    从国内外一些大的电力系统事故的分析来看,发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电)t.不稳定/崩溃的程度和范围,难以拟定预防和校正的具体措施。此外,电力系统还具有许多[&1有特性,如:(I)系统的运行结构调整频繁,运行工况不断变化;(2)负荷波动,谐波干扰以及随机扰动难以估计;(3)规模庞大,维数高,控制分散性强,完整的运行信息难以获取:(4)存在饱和、死区、限幅等强非线性因素;(5)时变性强,对控制速度要求很高。这些特性使建立电力系统的精确模型变得极为困难,而且即使建立了较精确的数学模型,其结构也过于复杂,难以实现快速有效的实时控制。因此,实时在线评估电力系统电压安全、预测电压崩溃是十分重要的。
二、负荷模型的结构分析
    1.静态负荷模型
    静态负荷模型主要适用于潮流计算和以潮流计算为基础的稳态分析中。在电力系统动态分析中,一般适用于计算结果对负荷模型不太敏感的负荷点。
  (1)指数负荷模型
   通常一个指数函数在电压变化范围比较大的情况下仍能较好地描述许多负荷的静态特性。忽略频率变化对负荷有功、无功功率变化的影响,在一定的电压变化范围下,其指数函数模型可表示为:
                
  式中,P0、Q0、V0分别为扰动前稳态情况下负荷所吸收的有功、无功功率和节点电压,指数和的值取决于负荷的类型。
  (2)多项式负荷模型
  这是将功率与电压幅值关系表达为多项式方程形式的静态负荷模型,不计频率变化时通常有如下形式:
    
  这种模型实际上相当于认为负荷由三部分组成。系数A、B、C分别表示恒定阻抗(Z)、恒定电流(I)和恒定功率(P)部分在节点总负荷,!,所占的比例。因此这种负荷模型也称为负荷的ZIP模型。
  2.动态负荷模型
    为了描述负荷的动态特性,低阶的传递函数或电动机模型被用来描述负荷特性。动态负荷模型进一步分为机理式和非机理式,合理的机理式模型可以反映负荷动态过程的物理本质,而非机理式模型在确定参数方面则比较简单。
(1)机理式模型
   机理式模型就是从负荷的物理特性出发建立的系统模型。电振稳定分析中最常用的机理式模型是感应电动机模型。感应电动机在电力系统负荷(尤其是工业负荷)中占有较大比重,对电力系统运行与控制具有相当大的影响,在不少电力系统计算软件包中均包含感应电动机模型,其动态特性主要表现为:(1)故障后功率在短时间内恢复;(2)功率因数低,无功需求大:(3)电压低于一定的极限时,吸收的无功功率急剧增加,易于失速停转。鉴于以上原因,感应电动机负荷模型的建立在电仄稳定动态分析中显得非常重要。
   根据不同的应用领域和分析计算目的,己提出了多种感应电动机模型,比较详细的是五阶电磁暂态模型,其中考虑了定子绕组、转子绕组的电磁暂态特性以及转子的机械动态特性。当忽略定子绕组的电磁暂态特性时,则得到三阶的机电暂态模型。如果进一步忽略转子绕组的电磁暂态特性,就获得一阶的机械暂态模型。一般来说,感应电动机定子绕组的暂态过程比转子绕组的暂态过程要快得多,且更快十电力系统暂态过程。所以,就感应电机对电力系统的影响而言,是否计及定子的暂态过程影响不大,采用三阶模型就能很好地反映感应电动机的动态性能,因此可将综合负荷等值为一个感应电动机和静态负荷的并联,模型结构如图1所示。
              
   3.非机理式模型
   当负荷群中动态元件类型不止一种,或者虽然类型一单一但特性相差较大时,就难以用一个简单.的机理式模型去描述。为了克服机理式模型结构复杂及参数估计困难的缺点,人们开始研究负荷的非机理动态模型。
   非机理式模型也称作输入/输出模型(1/0模型)。将需要研究的负荷群看作为一个“系统丫,其输入变量是负荷母线电压U及母线频率f,输出变量是负荷群吸收的总的有功功率P和无功功率Q。当输入变量U,f变化时,输出变量P,Q也随之而变化,输入/输出模型是一组能够描述系统输入/输出特性的数学方程。如图2所示:
              
   结论
   电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。尽管电压稳定问题及其相关现象十分复杂,在过去二十年间,人们己经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。随着系统规模的不断发展,新型控制设备的不断投入运行以及电力市场化的不断深入,人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据,需要将电压安全评估与控制不断推向在线应用。
   
参考文献:
【1】罗毅,赵冬梅,潘学龙.基于PMU技术的电压稳定研究. 2006, 23 (2)