電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的特征及其提高電壓穩(wěn)定性的措施研究

錢 洋 樊婷婷

(1.國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司 變電運(yùn)檢組，寧夏 吳忠751100；2.國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司 電力調(diào)度控制中心，寧夏 吳忠751100)

0 引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性是非常重要的任務(wù)。系統(tǒng)穩(wěn)定破壞可能導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解和大面積停電等災(zāi)難性事故，給社會(huì)帶來巨大的損失。

1 電壓失穩(wěn)的特征

（1）起始事件可能由不同的原因引起：小的逐漸的系統(tǒng)變化，如系統(tǒng)負(fù)荷的自然增長(zhǎng)，或大的突然擾動(dòng)，如失去發(fā)電機(jī)組或重負(fù)荷線路。有時(shí)，看上去不大的初始擾動(dòng)可能導(dǎo)致相繼事件，最終引起系統(tǒng)崩潰。

（2）問題的核心是系統(tǒng)不能滿足其無功要求。通常（但不總是）電壓崩潰與帶有重負(fù)荷線路的系統(tǒng)條件有關(guān)。當(dāng)從相鄰地區(qū)輸入無功時(shí)，任何需要額外無功支持的變化，都可能導(dǎo)致電壓崩潰。

（3）電壓崩潰通常表現(xiàn)為電壓緩慢衰減。這是由設(shè)備、控制裝置及保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作和相互的累積過程的結(jié)果。崩潰的時(shí)間過程在這種情況下，可能是幾分鐘。在一些情況下電壓崩潰的動(dòng)態(tài)過程的持續(xù)時(shí)間可能很短，大約在幾秒鐘時(shí)間里。這些事件通常是由不利的負(fù)荷成分引起，如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或直流輸電換流器，這種類型的電壓崩潰的時(shí)間范圍與轉(zhuǎn)子角度失穩(wěn)的時(shí)間相同。在許多情況下，電壓和角度不穩(wěn)定之間的區(qū)別可能不明顯，兩種現(xiàn)象的一些方面都可能存在。

（4）電壓崩潰受系統(tǒng)工況和特性影響很大。

（5）電壓崩潰問題可能因?yàn)檫^量地使用并聯(lián)電容器而變得更加嚴(yán)重。合理地選擇并聯(lián)電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及同步調(diào)相機(jī)的組合，可以使無功補(bǔ)償更為有效。

2 提高電壓穩(wěn)定性的措施

2.1 電網(wǎng)規(guī)劃

一個(gè)規(guī)劃得好的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，而一個(gè)結(jié)構(gòu)上不健全或不合理的電網(wǎng)很難保證不發(fā)生穩(wěn)定破壞事故。所謂好的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括兩方面的內(nèi)容：其一，是為了適合負(fù)荷的需要，配置足夠的、布置合理的、單機(jī)容量和電廠容量不過分集中的電源。其二，是與電源容量和負(fù)荷水平相適應(yīng)的、有足夠傳輸能力的、在正常運(yùn)行時(shí)具有必要的靈活性并且足以應(yīng)付運(yùn)行中各種偶然情況，特別是事故情況下的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

對(duì)于大電源集中的遠(yuǎn)距離向負(fù)荷中心送電的方式，應(yīng)通過各種途徑來提高其抗擾動(dòng)的能力。加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建設(shè)，在發(fā)電機(jī)和負(fù)荷之間增加新的輸電線路。電力網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，特別是從發(fā)電側(cè)向負(fù)荷側(cè)輸送無功功率的能力應(yīng)引起重視。對(duì)于新建線路，采用高波阻抗功率值的線路可以提高電壓穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^應(yīng)用分裂導(dǎo)線和緊湊型線路來實(shí)現(xiàn)，增加每相線路分裂導(dǎo)線的數(shù)目，可以減小電抗，其等價(jià)于對(duì)線路進(jìn)行均勻分布的補(bǔ)償。

在長(zhǎng)距離重負(fù)荷的輸電線路中間裝設(shè)串聯(lián)電容器，串聯(lián)電容器能有效地縮短線路的電氣長(zhǎng)度，理想的串聯(lián)電容器提供的無功功率正比于線路電流的平方而與母線電壓無關(guān)，這將對(duì)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生有利的影響。

功率平衡原則是電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則，受端系統(tǒng)應(yīng)作為實(shí)現(xiàn)合理電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)予以加強(qiáng)，從根本上提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。

對(duì)于傳輸巨大功率的輸電系統(tǒng)，維持其電壓穩(wěn)定性和最小的損耗是十分重要的。裝設(shè)足夠的無功補(bǔ)償裝置，不僅要滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行中系統(tǒng)內(nèi)需要的無功功率，減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，而且滿足緊急狀態(tài)下系統(tǒng)的無功需求。無功補(bǔ)償裝置的大小，容量和地點(diǎn)的選擇必須根據(jù)所有保證系統(tǒng)能滿意運(yùn)行的最為繁重的系統(tǒng)工況的詳細(xì)研究確定。

合理地分散配置并聯(lián)電容器以及并聯(lián)電抗器，特別是應(yīng)增加在故障期間能進(jìn)行快速投入和斷開的控制裝置。另外在遠(yuǎn)距離大容量負(fù)荷線路的受端接入大容量并聯(lián)電容器時(shí)，必須特別注意可能產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行

對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員來講應(yīng)采用合理的運(yùn)行方式，及時(shí)投切電壓和無功功率調(diào)整設(shè)備。在電力系統(tǒng)重載或緊急情況下，運(yùn)行人員必須應(yīng)用可以支配的手段保持輸電電壓在允許的高水平，確保電壓的分布，使負(fù)荷母線電壓處于臨界電壓值以上。如果使用現(xiàn)有的無功補(bǔ)償裝置不能達(dá)到上述要求，就必須限制傳輸功率，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組以提供電壓支持。

許多發(fā)電機(jī)運(yùn)行在高功率因數(shù)狀態(tài)。為了提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行人員進(jìn)行電壓穩(wěn)定性的基本知識(shí)的培訓(xùn)。當(dāng)電力系統(tǒng)處于罕見的緊急狀況，需要發(fā)電機(jī)輸送大量的無功功率時(shí)，要求運(yùn)行人員不能降低發(fā)電機(jī)的無功功率的輸出。在一些情況下，減少特定發(fā)電機(jī)的有功出力可以獲得更多的無功功率，從而改善電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

正常狀態(tài)下通過投入并聯(lián)補(bǔ)償裝置，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在適中的或較低的勵(lì)磁狀態(tài)，以提供足夠的“旋轉(zhuǎn)”無功備用。

實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)合理地采用帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭的變壓器。分接頭的調(diào)節(jié)目標(biāo)在于維持低壓側(cè)電壓的恒定，分接頭調(diào)整使用不當(dāng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的消極后果，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很不利的影響。故障情況下，應(yīng)首先考慮投入無功功率電源。

低壓減載是解決電壓穩(wěn)定性問題的重要后備手段，是解決電壓穩(wěn)定性的一種有效的分散型控制措施。當(dāng)電壓低到一定程度時(shí)，立即切除部分負(fù)荷，在事故發(fā)生后，要確保主要地區(qū)的供電，而不能保證所有地區(qū)都能供電。在實(shí)際運(yùn)行中通過甩負(fù)荷來維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的方法還很少用，這是維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的最后一道防線。

2.3 電壓安全監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，為建立電壓安全監(jiān)控系統(tǒng)，幫助調(diào)度員發(fā)揮作用提供了條件。

電壓安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能，告訴調(diào)度人員電力系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的電壓穩(wěn)定性如何；當(dāng)電壓穩(wěn)定裕度不夠時(shí)向調(diào)度人員提供可以采取的措施，顯示電壓穩(wěn)定易于破壞的薄弱區(qū)域；當(dāng)切負(fù)荷成為不可避免的手段時(shí)，告訴調(diào)度人員在哪些節(jié)點(diǎn)，分別切除多少負(fù)荷最為合適。

開發(fā)出具備以上功能的軟件將極大的提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的水平，使電力系統(tǒng)運(yùn)行能夠防患于未然。調(diào)度員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致電壓失穩(wěn)的誘因，采取及時(shí)必要的措施予以排除，從而使電力系統(tǒng)運(yùn)行于安全、經(jīng)濟(jì)、可靠條件下，產(chǎn)生出巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 建立正確計(jì)算模型做好充分預(yù)案準(zhǔn)備

由于負(fù)荷組成的復(fù)雜性，負(fù)荷模型和實(shí)際情況相差較大成為制約仿真結(jié)果正確性的主要因素。負(fù)荷特性及配電系統(tǒng)電壓控制裝置是影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。掌握一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的負(fù)荷特性的詳細(xì)資料，對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行意義重大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)綜合負(fù)荷數(shù)據(jù)，進(jìn)行總體測(cè)辯建模，以確定負(fù)荷模型的參數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的意義。準(zhǔn)確的負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的研究至關(guān)重要。對(duì)負(fù)荷模型的研究工作正在受到日益關(guān)注。研究解決如何建立符合實(shí)際情況的負(fù)荷模型將成為未來仿真軟件的主要任務(wù)之一。

3 結(jié)束語

總之，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展壯大，電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題成為越來越重要的問題。

［1］周雙喜，朱凌志，郭錫玖，等.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

［2］程浩忠，吳浩.電力系統(tǒng)無功電壓穩(wěn)定性[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［3］韓楨祥.電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].北京：中國(guó)電力出版社，1995.

［4］王奔.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［5］馬維新.電力系統(tǒng)電壓[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.