電力系統電壓穩定性研究
電力系統穩定是一個統一的整體,其穩定性問題當然也應該是一個整體的概念,因 此系統應該只有穩定或不穩定兩種狀態,這也是早期人們只注意到了電力系統功角穩定 的原因之一電壓穩定問題的研究一般是相對于功角穩定而言的,他和功角穩定都從屬 于電力系統穩定問題。
電壓穩定的失穩特性、擾動大小和時間框架和功角穩定不同,早 期文獻一般認為,功角穩定問題是研究發電機在各種情況下的同步運行問題,而電壓失 穩是電力系統無功供給無力滿足負荷的無功需求的結果,因為通常情況下,電壓失穩是 以某些重負荷母線無功缺乏而導致的。即使現在看來,這種觀點在很大程度上也是正確 的,但是近年來對電壓穩定問題的認識的發展己經說明,電壓穩定問題實際上要復雜得 多。
研究電壓穩定問題,首先要有電壓穩定問題的定義,可是由于該問題研究歷史的短 暫因素和問題的復雜性,致使電壓穩定問題本身的定義經歷了一個很混亂的階段,一直 不能有一個最終統一的讓廣大學者和研究部門都接受的定義,直到最近幾年這種狀態才 稍稍改觀,但也仍然不能確定就是最終的定義。 本文的電力系統穩定性定義和分類是基于2004年IEEE和CIGRE聯合給出的定義 和分類方法,這種定義和分類目前已被國際電力界廣泛采納。
從物理本質上講,電力系統的電壓穩定性是電力系統維持系統所有的負荷點電壓處 于某一規定的運行范圍之內的能力,這種能力有時候主要取決于網絡輸送到負荷的功率 能否滿足負荷自身的功率要求。如果網絡輸送到負荷的功率不能滿足負荷自身的功率需 求,負荷電壓將會下降,嚴重時將失穩甚至系統電壓崩潰. 隨著電力系統的發展及電網規模的擴大,電力系統失穩的機理更加復雜。靜態穩定 和暫態穩定曾是早期電力系統穩定的主要問題,隨著電網互聯向著大電網、超高壓、大 機組、遠距離的發展,電壓失穩、頻率失穩和振蕩失穩己經成為電力系統失穩的更常見 現象。
IEEE電壓穩定工作小組和國際大電網會議的TF38.02.10工作組在上世紀九十年 代各自給出的定義基礎上又在2004年5月,聯合在一起開會討論并給出了一份關于電 力系統穩定性進行重新定義和分類的會議成果報告arm。這份聯合報告指出:電壓穩定 是指電力系統遭受擾動后系統中所有母線節點電壓都能保持在穩定的、可接受的水平, 它在一定程度上反應電力系統保持或恢復負荷需求的能力以及功率供給平衡的能力。 這份研究報告將電力系統穩定分為功角穩定、電壓穩定和頻率穩定三大類以及眾多 子類,具體分類框架所示。
1.大擾動電壓穩定:大擾動電壓穩定性關心的是大擾動,如:如系統故障、失去負 荷、失去發電機等大擾動之后系統控制電壓維持穩定的能力。它由系統、負荷特性、兩 者間連續和不連續控制及保護的相互作用所決定。大擾動電壓穩定性的判斷,需要考慮 系統的非線性響應特性。
2.小干擾電壓穩定:小擾動(或小信號)電壓穩定性關心的是小擾動(如負荷的緩慢 變化)之后系統控制電壓保持穩定的能力。它受負荷特性以及給定時間內的連續和不連 續控制作用的影響。這類問題可能是短期的也可能長期的,在分析時可適當的對系統方 程進行線性化,從而使方程變得簡單,計算速度大大提高。 根據研究的時間范疇,還可以將電壓穩定分為暫態電壓穩定、中期電壓穩定和長期 電壓穩定所示。
1.短期暫態電壓穩定:涉及的時間只有幾秒鐘,負荷的動態模型很重要,為微分方 程。研究認為,引起暫態電壓崩潰的主要原因是短期動態擾動,具體可分為:①短期動 態擾動后失去平衡點;②擾動后平衡點發生振蕩(實際系統中未觀察到):③由短期動 態造成的吸引域收縮而致使系統在受到隨機參數變化或小的離散轉移后,缺乏拉回到短 期穩定的平衡點的能力。短期動態擾動這一時段內可能同時出現功角失穩和電壓失穩, 由于它們包含相同的元件,區分到底是功角穩定問題還是電壓失穩往往很困難。引起暫 態電壓崩潰除短期動態擾動的因素外還有長期動態擾動,此種失穩機制也可以劃分為三 種情況:①由長期動態擾動造成的短期平衡點丟失;②由于長期動態擾動而造成的短期 動態的振蕩不穩定性:③由長期動態擾動造成的短期動態的吸引域收縮而致使系統在受 到隨機參數變化或小的離散轉移后,缺乏拉回到短期穩定的平衡點的能力.
2.長期電壓穩定:研究時間從幾分鐘到更長的時間,涉及系統內的幾乎所有慢動作 設備。長期電壓穩定問題通常是以一系列連鎖發生的設備停運為起點標志,而與最初的 擾動嚴重程度無關。
責任編輯:電力交易小郭
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