电压失稳现象的特征及其提高电压稳定性的措施研究

钱 洋 樊婷婷

(1.国网吴忠供电公司 变电运检组，宁夏 吴忠751100；2.国网吴忠供电公司 电力调度控制中心，宁夏 吴忠751100)

0 引言

在电力系统运行中，保持系统的稳定性是非常重要的任务。系统稳定破坏可能导致系统瓦解和大面积停电等灾难性事故，给社会带来巨大的损失。

1 电压失稳的特征

（1）起始事件可能由不同的原因引起：小的逐渐的系统变化，如系统负荷的自然增长，或大的突然扰动，如失去发电机组或重负荷线路。有时，看上去不大的初始扰动可能导致相继事件，最终引起系统崩溃。

（2）问题的核心是系统不能满足其无功要求。通常（但不总是）电压崩溃与带有重负荷线路的系统条件有关。当从相邻地区输入无功时，任何需要额外无功支持的变化，都可能导致电压崩溃。

（3）电压崩溃通常表现为电压缓慢衰减。这是由设备、控制装置及保护系统的动作和相互的累积过程的结果。崩溃的时间过程在这种情况下，可能是几分钟。在一些情况下电压崩溃的动态过程的持续时间可能很短，大约在几秒钟时间里。这些事件通常是由不利的负荷成分引起，如感应电动机或直流输电换流器，这种类型的电压崩溃的时间范围与转子角度失稳的时间相同。在许多情况下，电压和角度不稳定之间的区别可能不明显，两种现象的一些方面都可能存在。

（4）电压崩溃受系统工况和特性影响很大。

（5）电压崩溃问题可能因为过量地使用并联电容器而变得更加严重。合理地选择并联电容器、静止无功补偿器以及同步调相机的组合，可以使无功补偿更为有效。

2 提高电压稳定性的措施

2.1 电网规划

一个规划得好的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的物质基础，而一个结构上不健全或不合理的电网很难保证不发生稳定破坏事故。所谓好的电网结构包括两方面的内容：其一，是为了适合负荷的需要，配置足够的、布置合理的、单机容量和电厂容量不过分集中的电源。其二，是与电源容量和负荷水平相适应的、有足够传输能力的、在正常运行时具有必要的灵活性并且足以应付运行中各种偶然情况，特别是事故情况下的电网结构。

对于大电源集中的远距离向负荷中心送电的方式，应通过各种途径来提高其抗扰动的能力。加强系统网架结构的建设，在发电机和负荷之间增加新的输电线路。电力网络的传输能力，特别是从发电侧向负荷侧输送无功功率的能力应引起重视。对于新建线路，采用高波阻抗功率值的线路可以提高电压稳定性。可以通过应用分裂导线和紧凑型线路来实现，增加每相线路分裂导线的数目，可以减小电抗，其等价于对线路进行均匀分布的补偿。

在长距离重负荷的输电线路中间装设串联电容器，串联电容器能有效地缩短线路的电气长度，理想的串联电容器提供的无功功率正比于线路电流的平方而与母线电压无关，这将对电压稳定性产生有利的影响。

功率平衡原则是电网规划的基本原则，受端系统应作为实现合理电网结构的关键环节应予以加强，从根本上提高系统的安全稳定水平。

对于传输巨大功率的输电系统，维持其电压稳定性和最小的损耗是十分重要的。装设足够的无功补偿装置，不仅要满足系统正常运行中系统内需要的无功功率，减少无功功率在电网中的流动，而且满足紧急状态下系统的无功需求。无功补偿装置的大小，容量和地点的选择必须根据所有保证系统能满意运行的最为繁重的系统工况的详细研究确定。

合理地分散配置并联电容器以及并联电抗器，特别是应增加在故障期间能进行快速投入和断开的控制装置。另外在远距离大容量负荷线路的受端接入大容量并联电容器时，必须特别注意可能产生的电压不稳定现象。

2.2 系统运行

对于电力系统的运行人员来讲应采用合理的运行方式，及时投切电压和无功功率调整设备。在电力系统重载或紧急情况下，运行人员必须应用可以支配的手段保持输电电压在允许的高水平，确保电压的分布，使负荷母线电压处于临界电压值以上。如果使用现有的无功补偿装置不能达到上述要求，就必须限制传输功率，启动发电机组以提供电压支持。

许多发电机运行在高功率因数状态。为了提高电力系统的电压稳定性，应当对发电厂运行人员进行电压稳定性的基本知识的培训。当电力系统处于罕见的紧急状况，需要发电机输送大量的无功功率时，要求运行人员不能降低发电机的无功功率的输出。在一些情况下，减少特定发电机的有功出力可以获得更多的无功功率，从而改善电力系统的电压稳定性。

正常状态下通过投入并联补偿装置，使发电机运行在适中的或较低的励磁状态，以提供足够的“旋转”无功备用。

实际应用中，应合理地采用带负荷调节分接头的变压器。分接头的调节目标在于维持低压侧电压的恒定，分接头调整使用不当可能产生严重的消极后果，对系统的稳定性造成很不利的影响。故障情况下，应首先考虑投入无功功率电源。

低压减载是解决电压稳定性问题的重要后备手段，是解决电压稳定性的一种有效的分散型控制措施。当电压低到一定程度时，立即切除部分负荷，在事故发生后，要确保主要地区的供电，而不能保证所有地区都能供电。在实际运行中通过甩负荷来维持系统电压稳定性的方法还很少用，这是维持系统电压稳定的最后一道防线。

2.3 电压安全监控系统

随着计算机技术的日益发展，为建立电压安全监控系统，帮助调度员发挥作用提供了条件。

电压安全监控系统应该具备以下功能，告诉调度人员电力系统当前运行状态的电压稳定性如何；当电压稳定裕度不够时向调度人员提供可以采取的措施，显示电压稳定易于破坏的薄弱区域；当切负荷成为不可避免的手段时，告诉调度人员在哪些节点，分别切除多少负荷最为合适。

开发出具备以上功能的软件将极大的提高电力系统安全运行的水平，使电力系统运行能够防患于未然。调度员能够及时发现可能导致电压失稳的诱因，采取及时必要的措施予以排除，从而使电力系统运行于安全、经济、可靠条件下，产生出巨大的社会和经济效益。

2.4 建立正确计算模型做好充分预案准备

由于负荷组成的复杂性，负荷模型和实际情况相差较大成为制约仿真结果正确性的主要因素。负荷特性及配电系统电压控制装置是影响系统电压稳定性的关键因素。掌握一个实际系统的负荷特性的详细资料，对系统的规划运行意义重大。根据现场实测综合负荷数据，进行总体测辩建模，以确定负荷模型的参数，对电力系统的生产运行、规划设计具有重要的意义。准确的负荷模型对电压稳定的研究至关重要。对负荷模型的研究工作正在受到日益关注。研究解决如何建立符合实际情况的负荷模型将成为未来仿真软件的主要任务之一。

3 结束语

总之，随着我国电力系统的发展壮大，电力系统稳定问题成为越来越重要的问题。

［1］周双喜，朱凌志，郭锡玖，等.电力系统电压稳定性及其控制[M].北京：中国电力出版社，2003.

［2］程浩忠，吴浩.电力系统无功电压稳定性[M].北京：中国电力出版社，2004.

［3］韩桢祥.电力系统稳定[M].北京：中国电力出版社，1995.

［4］王奔.电力系统电压稳定性[M].北京：电子工业出版社，2008.

［5］马维新.电力系统电压[M].北京：中国电力出版社，1996.