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電力系統(tǒng)電壓崩潰綜述

2018-03-31 14:15:21 大云網  點擊量:1033 評論 (0)
  【摘 要】本文對國內、外電壓穩(wěn)定性的研究現狀進行了概述,特別介紹了電壓崩潰的概念、物理解釋及電壓崩潰的防范措施。  【關鍵詞】

    【摘 要】本文對國內、外電壓穩(wěn)定性的研究現狀進行了概述,特別介紹了電壓崩潰的概念、物理解釋及電壓崩潰的防范措施。


  【關鍵詞】電壓穩(wěn)定性 電壓崩潰 預防措施


  過去幾十年中,在發(fā)達國家中電壓崩潰事故屢屢發(fā)生,造成了巨大的損失。展望今后電力系統(tǒng)的發(fā)展,如下一些因素將使穩(wěn)定性問題繼續(xù)存在并有惡化的趨勢。

(1)因能源基地遠離負荷中心,這就造成線路電抗和傳輸功率的增大及潮流的不合理分布,從而使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。

(2)發(fā)電機單機容量的增大帶來發(fā)電機同步電抗增大和機組慣性時間常數減小,這兩者的后果都將惡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(3)輸電線路容量增大。這樣,當線路因事事故斷開時,送、受端系統(tǒng)出現更大的功率缺額,增加了對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的威脅。

(4)輸電線路的多回路增加了線路間多重故障的可能性。


  在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現的條件同樣存在。目前國內電壓不穩(wěn)定問題“暴露不突出”,原因之一可能是出于大多數有載調壓變壓器分接頭(LTC)未投入自動切換和電力部門采取甩負荷的措施,而后一措施是防止電壓不穩(wěn)定的最后一道防線,不應過早和過分的使用。為了提高可靠性,甩負荷的使用將會受到越來越大的限制。因此,在我國應加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。


  從電壓研究的內容來看主要分三方面:一是電壓崩潰的概念;二是電壓崩潰的物理解釋;三是關于電壓崩潰的預防措施。


  1電壓崩潰的概念


  在電力系統(tǒng)中,人們把因擾動、負荷增大或系統(tǒng)變更后造成大面積、大幅度電壓持續(xù)下降,并且運行人員和自動系統(tǒng)的控制無法終止這種電壓衰落的情況稱之為電壓崩潰。這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘,也可能長達10~20min,甚至更長,電壓崩潰是電壓失穩(wěn)的最明顯的特征,它會導致系統(tǒng)瓦解。


  2電壓崩潰的物理解釋


  對于電壓崩潰現象的物理解釋主要有:P—V曲線解釋、無功功率平衡解釋、OLTC負調壓作用解釋、同步馬達解釋和電網動態(tài)特性和負荷動態(tài)特性相互作用的解釋。


 ?。?)P—V曲線解釋。在簡單系統(tǒng)中,當負荷功率因數不變時,負荷節(jié)點的有功功率和電壓幅值的關系曲線就是P—V曲線。對于給定負荷功率,存在電壓水平不同的兩個解,曲線分為上下兩個半支。在下半支運行時,如果升高電源端電壓,反而會使負荷節(jié)點電壓下降,即電壓控制失去因果性。當負荷加重時,運行點不斷向極限點靠近,最后達到極限,如果負荷繼續(xù)加重,將發(fā)生分歧,導致電壓崩潰。


  (2)無功功率解釋。在電力系統(tǒng)中電壓水平的高低主要受無功功率的影響,這自然使人們把電壓崩潰與某種形式的無功功率的不平衡聯(lián)系起來,許多文獻中都把電壓失穩(wěn)歸因于系統(tǒng)不能滿足無功功率需求的增加。這類觀點典型的代表是傳統(tǒng)的dΔQ/dU判據,該判據的意義是:當某一節(jié)點無功功率不平衡量對該點電壓的導數小于0時,該節(jié)點是電壓穩(wěn)定的,大于0時則是電壓不穩(wěn)定的,等于0的狀態(tài)對應于靜態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界點。另外還有一種觀點是:當負荷節(jié)點電壓下降時,其從電網吸收的無功功率反而增多,無功功率在電網中遠距離傳輸導致電壓進一步下降,形成惡性循環(huán),導致電壓崩潰的發(fā)生。


 ?。?)有載調壓變壓器的負調壓作用。在正常情況下,有載調壓變壓器增大變比,將使副邊電壓上升,保證副邊電壓運行于給定的整定值,但是,但負荷特別重時,有載調壓變壓器增大變比,則可能使電壓反而下降,導致有載調壓變壓器在達到上限以前反復調節(jié),副邊電壓不斷下降,這就是負調壓作用。


  (4)同步馬達解釋。在主要的重負荷中心往往裝有與電力系統(tǒng)其它部分保持同步運行的發(fā)電機。有學者認為,在電壓穩(wěn)定研究中,采用同步電動機來表示這樣的負荷中心應該能更好地反映負荷特性,以同步電動機和無窮大電源構成的簡單系統(tǒng)為例,采用解析的小干擾分析和定性的物理討論相結合的方法,提出了同步電動機為維持功率平衡增大電流,負荷特性與網絡特性相互作用導致電壓崩潰機理的解釋。


?。?)電網動態(tài)特性和負荷動態(tài)特性相互作用的解釋。有學者提出電壓失穩(wěn)的根本原因在于負荷為維持有功功率平衡而自動調節(jié)其等效導納的特性和網絡的P—G曲線的錐形特性、V—G特性曲線單調下降特性,以及負荷特性和網絡特性的相互作用。目前,針對導致電壓不穩(wěn)定,電壓崩潰的主要因素這一問題,主流觀點是:電壓穩(wěn)定性就是負荷穩(wěn)定性。針對負荷的非線性性質和動態(tài)性質,及其對電壓穩(wěn)定性的影響,進行了大量的研究工作,主要成果負荷的靜態(tài)非線性性質可以用電壓的指數模型或多項式模型來描述;對于短期電壓穩(wěn)定問題,可采用計及感應電動機特性的綜合模型來描述其動態(tài)特性;對于長期電壓穩(wěn)定問題,可采用綜合負荷模型;對于一個實際的電力系統(tǒng),如何獲得其具體參數是一個關鍵問題,電壓穩(wěn)定的分析結果對這些參數較為敏感。

這種觀點的不足之處在于:盡管負荷的非線性性質和動態(tài)性質對電壓穩(wěn)定性有重大影響,但是電壓降落發(fā)生在輸電網,正是因為某些輸電線路上的電壓降落不斷增大,才導致了電壓不穩(wěn)定,崩潰,因此,負荷的非線性性質和動態(tài)性質只是導致了電壓不穩(wěn)定,崩潰的外因,而輸電網絡的特性才是內因。目前,基于輸電網絡的傳輸極限的電壓不穩(wěn)定,電壓崩潰機理研究開展的比較多。但是。沒有充分研究輸電網絡的動態(tài)特性。因此無法仿真得到電壓不穩(wěn)定,電壓崩潰的過程。無法全面、清晰地解釋導致了電壓不穩(wěn)定,崩潰現象以及目前防止電壓不穩(wěn)定,崩潰的措施的合理程度。為了尋求較快的分析方法,在電壓穩(wěn)定性的模型如何簡化這一問題上,最主流的觀點是:利用短期現象和長期現象之間存在的時間上的可分性,在研究長期現象時,對快子系統(tǒng)用偽靜態(tài)來近似定義。在研究短期動態(tài)是,可以近似認為慢變量在快暫態(tài)期間是常數。這種觀點過于直觀,可能忽視了導致了電壓不穩(wěn)定/崩潰的主要動態(tài)因素。


  3 電壓崩潰的預防措施


 
  4結束語


  盡管電壓穩(wěn)定性問題及其相關現象十分復雜,人們已在電壓失穩(wěn)機理的研究方面取得了不少成果,提出了各類電壓失穩(wěn)的防范措施。隨著電壓穩(wěn)定性問題研究的不斷深入,人們需要提出更為準確的電壓穩(wěn)定性指標和實用判據,需要編制實用化的電穩(wěn)定性分析軟件,實現有效的電壓穩(wěn)定安全評估體系,以減少、消除電壓穩(wěn)定問題造成的危害。


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責任編輯:電力交易小郭

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