第一篇：電力系統電壓穩定分析與研究

武漢大學本科畢業論文

電力系統電壓穩定分析與研究

院（系）名 稱： 武漢大學

專 業 名 稱

： 發電廠及電力系統 學 生 姓 名

： 楊

帆

指 導 教 師

： 江

波

教授

摘 要

電力系統是一個具有高度非線性的復雜系統，隨著電力工業發展和商業化運營，電網規模不斷擴大，對電力系統穩定性要求也越來越高。在現代大型電力系統中，電壓不穩定/電壓崩潰事故已成為電力系統喪失穩定性的一個重要方面。因此，對電壓穩定性問題進行深入研究，仍然是電力系統工作者面臨的一項重要任務。

關鍵詞:

電力系統

電壓穩定

電壓崩潰 2

目 錄

1.前 言

1.1 電壓穩定性及其類型 1.2 電壓穩定的研究內容 1.3 電壓穩定的研究展望 2.現今對于電壓崩潰機理的認識 2.1 短期電壓失穩 2.2 長期電壓失穩

2.3 由長期動態造成的短期不穩定性 3.電壓穩定性的分析方法 3.1 靈敏度分析方法 3.2 最大功率法 3.3 Q-U 法 電壓穩定的研究方法 4.1 靜態分析方法 4.1.1靈敏度分析法

4.1.2特征值分析法、模態分析法和奇異值分解法 4.1.3連續潮流法 4.1.4非線性規劃法 4.1.5零特征根法

4.2 動態分析方法 4.2.1小干擾分析法 4.2.2大干擾分析法 4.2.3非線性動力學方法 4.2.4電壓穩定的概率分析 4.電壓穩定研究的進一步發展

5.結語

上個世紀七十年代后期以來，世界范圍內先后發生了多起由電壓崩潰引起的前 言

大面積停電事故，造成了巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。我國雖然還沒有發生過大范圍的惡性電壓崩潰事故，但電壓失穩引起的局部停電事故卻時有發生，例如1972年7月27日湖北電網、1973年7月12日大連電網等。這些事故的發生使人們對長期被忽視的電壓穩定問題投以極大的關注，認識到了電壓穩定性的研究對確保電力系統安全可靠的運行具有重要意義。由此，電壓穩定的研究開始逐漸進入電力工業界和學術界的視野，研究成果不斷涌現。

近年來，隨著電力工業的發展，電力系統規模日益擴大，逐步進入高電壓、大機組、大電網時代，同時伴隨電力改革和電力市場的實踐，長線路、重負荷及無功儲備不足的特征逐漸突出，系統的電壓安全裕度傾向于越來越小，使電力系統常常運行在穩定的邊界；而目前系統運行操作人員并不能準確掌握系統的電壓安全狀態。所以事故發生時，缺乏足夠的安全信息來采取相應的措施，導致了事故的擴大。

目前，電力系統中電壓穩定問題趨于嚴重的原因主要有以下 4 點：①由于環境保護以 及經濟上的考慮，輸電設施使用的強度日益接近其極限值； 發、②并聯電容無功補償增加了，這種補償在電壓降低時，向系統供出的無功按電壓平方下降； ③長期以來人們只注意了功角 穩定性的研究，并圍繞功角穩定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩定性的 問題； ④隨著電力市場化的進程，各個有獨立的經濟利益的發電商以及電網運營商很難象以 前垂直管理模式下那樣統一的為維護系統安全穩定性做出努力。在我國電壓不穩定和電壓崩潰出現的條件同樣存在，首先我國電網更薄弱，并聯電容器的使 用更甚，再加之城市中家用電器設備的巨增，我國更有可能出現電壓不穩定問題。目

前國內 電壓穩定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數有裁調壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施，而后一措施應該是防止電壓不穩定問題的最后 一道防線，不應過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負荷的使用將受到更大的限 制。因此在我國應加緊電壓穩定問題的研究。

1.1電壓穩定性及其類型

電力系統的穩定性是在遠距離輸送大功率負荷情況下突出的問題。在初期的電力系統中，輸電線路距離較短，負荷較小，顯然穩定問題不是很重要的問題。而目前，在我國的電力網越來越大，輸送距離越來越長，輸送容量越來越大，電壓等級越來越高。在這樣的電力系統中，主要靠廣大工程技術人員（用戶）提供可靠而不間斷的電力，保證電力系統運行的安全、可靠、優質，穩定性問題顯得十分重要。電力系統穩定性的破壞，是危害很嚴重的事故，會造成大面積停電，給國民經濟帶來不可估量的損失，這種后果促使人民嚴重關注電力系統的穩定問題。可以說現代電力 系統的很多方面都與穩定性問題密切相關的。

所謂電力系統的穩定性，是指當系統在某種正常運行狀態下突然受到某種干擾時，能否經過一定的時間后又恢復到原來的穩定運行狀態或者過渡到一個新的穩定運行狀態的能力。如果能夠，則認為系統在該正常運行方式下是穩定的。反之，若系統不能回到原來的運行狀態，也不能建立一個新的穩定運行狀態，則說明系統的狀態變量（電流、電壓、功率）沒有一個穩定值，而是隨著時間不斷增大或者振蕩，系統是不穩定的。知道電網甩去相當大的一部分負荷，甚至是系統瓦解成幾個部分為止，這種穩定性的喪失帶來的后果極為嚴重。

電力系統的穩定性，按系統遭受到大小不同的干擾情況，可分為靜態穩定性和暫態穩定性。

電力系統的靜態穩定性，是指系統在某種正常運行狀態下，突然受到某種小干擾后，能夠自動恢復到原來的運行狀態的能力。實際上電力系統中任意小的干 6

擾是隨時都存在的，例如，某個用戶需要增減一點負荷，風雨造成的搖擺，系統末端的小操作，調速器、勵磁調節器工作點變化等。在小干擾作用下，系統中各狀態變量變化很小。

電力系統的暫態穩定性，是指系統在某種正常運行狀態下，突然受到某種較大的干擾后，能夠自動過渡到一個新的穩定運行狀態的能力。可見，電力系統的暫態穩定性即是大干擾下的穩定性。系統運行中的大干擾包括正常操作和故障情況引起的。正常操作如大負荷的投入或切除，大容量發電機、變壓器及高壓輸電線路的投入或切除，都可能對系統產生一個較大的擾動。故障情況如系統中發生各種形式的短路、斷路，這對系統的擾動極為嚴重。電力系統受到較大擾動時，系統中的運行參數（電壓、電流和功率）都將發生急劇的、不同程度的變化。由于電源測原動機調速系統具有相當大的慣性，致使原動機的機械功率與發電機的電磁功率失去了平衡，于是在機組大軸上相應將產生不平衡轉矩，在這個不平衡轉矩的作用下，轉子的轉速將發生變化。而系統中各發電機轉子相對位置的變化，反過來又將影響系統中電流、電壓和功率的變化，且各狀態變量的變化較大。

綜上所述，不論是靜態穩定性還是暫態穩定性問題，都是研究電力系統受到某種干擾后的運行過程。由于兩種穩定性問題中受到的干擾不同，因而分析的方法也不同，除此之外，還有一種動態穩定。

動態穩定是指當系統受到某種大干擾將使系統喪失穩定，當采用自動調節裝置后，可將系統調節到不致喪失穩定，把這種靠自動調節裝置作用得到的穩定叫做動態穩定。所謂動態穩定是指電力系統都到大干擾后，在計及自動調節和控制裝置的作用下，保持系統穩定運行的能力。

當系統遭受到某種擾動，而打破系統功率平衡時，各發電機組將因功率的不平衡而發生轉速的變化。由于各發電機組的轉動慣量不等，因此它們的轉速變化也各不相同有的變化較大，有的變化較小，從而在各發電機組的轉子之間產生相對運動。電力系統的穩定問題，主要是研究電力系統中發電機之間的相對運動問題。由于牽涉到機械運動，所以分析電力系統的穩定性也稱電力系統的幾點暫態過程的分析。

電力系統的穩定問題，還可以分為電源的穩定性和負荷大穩定性兩類，電源的穩定性就是要分析同步發電機是否失步；負荷的穩定性就是要分析異步電動機是否失速、停頓。但往往是電源和負荷同時失去穩定。

1.2 電壓穩定的研究內容

目前的研究工作按照其目的的不同可以分為三大類：電壓失穩現象機理探討、電壓穩定安全計算和預防/控制措施研究。

(1)電壓失穩機理探討：其目的是要弄清楚主導電壓失穩發生的本質因素，以及電壓穩定問題和電力系統中其它問題的相互關系，電力系統中眾多元件對電壓穩定性的影響，在電壓崩潰中所起的作用，從而建立起分析電壓穩定問題的恰當系統模型。在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現象的剖析、小干擾分析方法和時域仿真計算。早期的靜態研究中機理認識集中體現在P-V曲線和Q-V曲線分析、潮流多解的穩定性分析和基于靈敏度系數的物理概念討論。動態因素受到重視以后，負荷的動態特性，OLTC的負調壓作用受到了普遍關注。目前普遍認為無功功率的平衡、發動機的無功出力限制、OLTC的動態和負荷的動態特性與電壓崩潰關系密切。但是對電壓崩潰的機理認識還很不一致，不同研究人員所采用的系統模型也有很大差別，這種現狀表明迫切需要全面深入地分析電壓穩定問題，分析它與電力系統中其它問題的相互關系，弄清各種因素的作用，抓住問題的本質，為不同情況下的電壓穩定研究建模提供必要的指導原則。

(2)電壓穩定安全計算：主要包括兩個方面，即尋找恰當的穩定指標和快速且有足夠精度的計算方法。電壓穩定指標（多為靜態指標）總體上分成兩類：裕度指標和狀態指標。目前已提出的主要有：各類靈敏度指標、最小模特征值指標、電壓穩定性接近指標、局部指標、負荷裕度指標等。現在又提出了很多新的指標，如的快速電壓穩定指標FVSI，通過常規潮流程序計算每條線路的靜態穩定指標，并按指標排列。從而確定特定運行點到崩潰點的距離，來判斷系統的安全性。這個指標實現容易、計算簡單、概念清晰，且預測結果較精確，可作為警告指標來

預防電壓崩潰；在線電壓穩定指標Lvsi, 反映的是系統在當前運行狀態下，某一支路電壓穩定的程度；基于網損靈敏度理論的二階指標ILSI，可以很好指示電壓穩定水平，并具有良好的線性度，也可用于在線評估；提出將整個系統等值為一個簡單的兩節點系統，在此基礎上計及感應電動機負荷，得到負荷母線在線小干擾電壓穩定指標。

兩類指標都能給出系統當前運行點離電壓崩潰點距離的某種量度。狀態指標只取用當前運行狀態的信息，計算比較簡單，但存在非線性；而裕度指標能較好地反映電壓穩定水平，但其計算涉及過渡過程的模擬和臨界點的求取問題，計算量較大。從目前研究看，盡管許多電壓穩定指標已被提出，但由于各種指標都采用了不同程度的簡化，其準確性與合理性需要進一步驗證和改進。

這方面目前需要解決的主要有以下三個問題：①快速、準確的指標計算方法；②根據動態機理對各類指標的合理性、準確性進行檢驗，為運行部門選擇指標提供依據；③在快速算法中計及影響電壓穩定的主要動態元件的作用，比如發電機無功越限和負荷特性的影響等。

(3)預防/控制措施的研究：以日本和法國采取的事故對策最為出色。前者強調增強事故狀態下的電壓控制能力，后者以其對電壓崩潰過程的時段的劃分，側重于事故發生前的緊急狀態下的預防措施。目前普遍認為，加強無功備用、提高無功應變能力、防止無功功率的遠距離傳輸、緊急切負荷、閉鎖甚至反調OLTC是預防嚴重事故的有效措施。

1.3 電壓穩定的研究展望

電壓穩定研究作為電力系統領域的一個重要的實際課題，在近三十年來取得了許多重要的成果，一些電網工程人員研制了電壓穩定分析和監測應用軟件。但目前理論研究和應用實踐表明，對電壓穩定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩定問題研究所取得的理論認識深度及應用成果相比擬，還不能通過對電壓穩定全面的分析、預防、監測、控制確保電力系統的安全可靠運行。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有：

(1)電壓崩潰的機理研究；

(2)對各種元件的動態特性還缺乏全面的分析和統一的認識，負荷建模仍然是電壓穩定研究的最大難題；

(3)影響電壓穩定的主要隨機因素的統計特性的獲取，以及這些隨機因素統計特性比較復雜時，如何進行電壓穩定概率分析；

(4)根據各種不同的電壓穩定裕度指標，開發相應的監測應用軟件，使電壓

2.現今對于電壓崩潰機理的認識

電力系統穩定運行的前提是必須存在一個平衡點，最重要的一類電壓不穩定性場景就是對應 于系統參數變化導致平衡點不再存在的情況。由于負荷需求平滑緩慢地增加而使負荷特性改 變直至不再存在與網絡相應曲線的交點，固然是其中的一種場景，但事實上，更為重要的場 景對應于大擾動，如發電和／或輸電設備的停運，這種大擾動使網絡特性急劇變動，擾動后 網絡的特性(如 PV 曲線)不再同未改變的負荷的相應特性相交，失去了平衡點，而導致電壓 崩潰。所以也需要研究由于大的結構和系統參數的突然變化所引起的不穩定機制。

2.1 短期電壓失穩

研究認為，引起暫態電壓崩潰的主要原因：①短期動態擾動后失去平衡點；②缺乏把系統拉 回到事故后短期動態的穩定平衡點的能力；③擾動后平衡點發生振蕩(實際系統中未觀察 到)；④長期動態引起的短期失穩(如平穩點丟失，吸引域收縮和振蕩)。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，區分它們往往很困難。一種典型的 純電壓穩定問題場景是單機單負荷系統，負荷主要由感應電動機組成。這里的暫態失穩主要 是指系統受擾動之后，感應電動機等快速響應元件失去了平衡點，或者由于故障不能盡快切 除，使系統離開了干擾后的吸引域。

2.2 長期電壓失穩

系統擾動之后，系統已獲短期恢復，可用長期動態近似．此后造成動態失穩的原因 有：①失去長期動態平衡點；②缺乏把系統拉回到長期穩定平衡點的能力；③電壓增幅振蕩(實際系統中未觀察到)。

2.3 由長期動態造成的短期不穩定性

此種失穩機制也可以劃分為 3 種情況： ①由長期動態造成的短期平衡點丟失； ②由長期動態 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；③由于長期動態而造成的短期動態的振蕩不穩定性。

3.電壓穩定性的分析方法

3.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析在電壓穩定研究中應用越來越廣泛，其突出的特點是物理概念明確，計算簡單。靈敏度分析方法屬于靜態電壓穩定研究的范疇，它以潮流計算為基礎，以定性物理概念出發，利用系統中某個感興趣的標量對于某些參數的變化關系，即它們之間的微分關系來研究系統 的電壓穩定性。例如，人們常常考察負荷增長裕度對于發電機出力、線路參數變化的靈敏度 以求得較好的控制電壓安全的措施。在潮流計算的基礎上，只需少量的額外計算，便能得到 所需的靈敏值。靈敏值計算缺乏統一的靈敏度分析理論作基礎，各文獻都按自己的方法進行 靈敏度分析，沒有統一的標準；在計算靈敏度指標時，沒有考慮負荷動態的影響、沒有計及 發電機無功越限、有功經濟調度的影響；靈敏度指標是一個狀態指標，它只能反映系統某一 運行狀態的特性，而不能計及系統的非線性特性，不能準確反映系統與臨界點的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個樸素的物理觀點，當負荷需求超出電網極限傳輸功率時，系統就會出現 象電壓崩潰這樣的異常運行現象。最大功率法的基本原則是將電網極限傳輸功率作為電壓崩 潰的臨界點，從物理角度講是系統中各節點到達最大功率曲線族上的一點。電壓崩潰裕度是 系統中總的負荷允許增加的程度。常用的最大功率判據有：任意負荷節點的有功功率判據、無功功率判據以及所有負荷節點的復功率之和最大判據。當負荷需求超過電力系統傳輸能力 的極限時，系統就會出現異常，包括可能出現電壓失穩，因此將輸送功率的極限作為靜態電 壓穩定臨界點。負荷如果從當前的運行點向不同的方向增加，就會有不同的電壓穩定臨界點，有不同的電壓穩定裕度，但在這些方向中總會有一個方向的電壓穩定裕度最小。計算出這個 方向和電壓穩定臨界點，就能為防止電壓失穩提出有效的對策。把這個方向定義為參數空間 中最接近電壓穩定極限的方向，這個電壓穩定臨界點定義為最接近電壓穩定臨界點。3.3 Q-U 法

CIGRE 對電壓崩潰十分重視，在 1987 年提出電網應按照防止電壓崩潰的準則 進行規劃設計，并提出了防止電壓崩潰的 Q-U 法。Q-U 法是將電網中的某節點或母線作為 研究對象，通過一系列潮流計算，確定其 Q-U 特性曲線，并根據無功儲備準則或電壓儲備 準則，來確定所需的無功功率。該方法的優點是物理概念明確，缺點主要是潮流方程在電壓崩潰點處不易收斂。電壓穩定的研究方法

根據所采用的數學模型一般可以分為以下兩大類：基于穩態潮流方程的靜態分析方法，基于非線性微分方程的動態分析方法。4.1 靜態分析方法

靜態分析方法大多都基于電壓穩定機理的某種認識，主要研究平衡點的穩定性問題，即把網絡傳輸極限功率時的系統運行狀態當作靜態電壓穩定極限狀態，以系統穩態潮流方程進行分析。其研究內容主要包括計算當前運行狀態下的電壓穩定指標、確定系統的薄弱環節、尋找提高系統電壓穩定裕度的控制策略等。靜態分析方法眾多，以下扼要地綜述一些廣泛使用的、具有代表性的方法。4.1.1靈敏度分析法

靈敏度法是通過計算在某種擾動下系統變量對擾動的靈敏度來判別系統的穩定性。靈敏度分析的物理概念明確，求解方便，計一算量小，因此在電壓穩定分析的初期受到了很大的重視，對簡單系統的分析也較為理想。目前最常見的靈敏度判據有：dVL/dEG、dVL/dQL、dQG/dQL、d?Q/dVL等，其中VL、QL和EG、QG分別為負荷節點、無功源節點的電壓和無功功率注入量，?Q為電網輸送給負荷節點的無功功率與負荷無功需求之差。在簡單系統中，各類靈敏度判據是等價的，且能準確反映系統輸送功率的極限能力，但在推廣到復雜系統以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準確反映系統的極限輸送能力。目前，靈敏度方法在確定系統薄弱環節、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應用價值。4.1.2特征值分析法、模態分析法和奇異值分解法

它們都是通過分析潮流雅可比矩陣來揭示系統的某些特性。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統的穩定指標；模態分析法在假設某種功率增長方向的基礎上，利用最小特征值對應的特征向量，計算出各節點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應的奇異向量與特征值分析法對應的特征向量有相同的功能，在數值計算中前者只涉及實數運算，后者可能出現最小特征值為復數的情況，故前者更受研究人員的歡迎。考慮到電壓和無功的強相關性，這三種方法在分析時往往采用降階的雅可比矩陣。

電力系統是一個高度非線性系統，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統電壓穩定程度作出全面、準確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應用價值。4.1.3連續潮流法

連續潮流法是求取非線性方程組隨某一參數變化而生成的解曲線的方法，其關鍵在于引入合適的連續化參數以保證臨界點附近解的收斂性，此外，為加快計算速度，它還引入了預測、校正和步長控制等策略。目前，參數連續化方法主要有局部參數連續法、弧長連續法及同倫連續法。在電壓穩定研究中，連續潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線和QV曲線。由于能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件，計算得到的功率裕度能較好地反映系統的電壓穩定水平，連續潮流法已經成為靜態電壓穩定分析的經典方法。4.1.4非線性規劃法

非線性規劃法是將電壓崩潰點的求取轉化為非線性目標函數的優化問題，它以總負荷視在功率最大或任意負荷節點的有功功率最大為目標函數，采用非線性優化的方法來求解。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規劃問題要復雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具有更大的實用價值。目前，非線性規劃法已用于電壓穩定裕度計算、電壓穩定預防校正控制策略、最優潮流、電力系統經濟調度等各種問題。4.1.5零特征根法

零特征根法是一種直接計算系統臨界點的方法。它把臨界點特性用非線性方程組描述出來，并從數學上保證該方程組在臨界點處可解。在電壓穩定研究中，一般將靜態電壓穩定臨界點描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程組：

?f(x,?)?0?f(x,?)?0??w'f?0 或 ??fxv?0 x?l(w)?0?l(v)?0??兩式中的第一個方程描述了潮流關系，第二、三個方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，根據需要第三個方程可采用模2范數等

多種形式。

零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。同時，零特征根法難以考慮不等式約束條件，而現有的幾種試圖考慮不等式約束的策略在實際系統下的效果都不佳，有待進一步研究。

總之，基于潮流方程的靜態分析方法經歷了較長時間的研究，并取得了廣泛的經驗。但本質上都是把電力網絡的潮流極限作為靜態穩定極限點，不同之處在于抓住極限運行狀態的不同特征作為臨界點的判據。4.2 動態分析方法

電壓穩定本質上是一個動態問題，只有在動態分析下，動態因素對電壓穩定的影響才能體現，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態分析的結果。目前，動態電壓穩定分析方法主要分為小擾動分析法和大擾動分析法，其中大擾動方面主要有時域仿真法及能量函數法。除此以外，還有非線性動力學方法。4.2.1小干擾分析法

小擾動分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統受到小擾動時的情形。它的主要思路是將描述電力系統的微分-代數方程組在當前運行點線性化，消去代數約束后形成系統矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統的穩定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統主要元件相關動態的模型。目前，小擾動分析已用于有載調壓變壓器(OLTC)、發電機及其勵磁控制系統和負荷模型等對電壓穩定影響的研究。4.2.2大干擾分析法

潮流解的存在和小干擾電壓穩定分析的重點在于把電力系統置于一個具有一定安全裕度的運行方式。電力系統遭受線路故障和其它類型的大沖擊，或在小干擾穩定裕度的邊緣負荷的增加，都可能使系統喪失穩定。這是系統動態行為的數學描述必須保留其非線性特性的原因。這方面的研究主要有時域仿真法和能量函數法。

（1）時域仿真法是研究電力系統動態電壓特性的最有效方法,目前主要用來認識電壓崩潰現象的特征，檢驗電壓失穩機理，給出預防和校正電壓穩定的措施 17

等，適合于任何電力系統動態模型。但是，電壓穩定的時域仿真研究還存在一些難點，主要包括時間框架的處理、負荷模型的適用性以及結論的一般化問題。

（2）能量函數法是直接估算動態系統穩定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數得到狀態空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統的穩定吸引域，并據此判斷系統在特定擾動下的穩定性。能量函數法在判斷暫態功角穩定方面已取得了相當多的成果，為系統中電壓穩定薄弱區域的識別和不同規模系統間電壓穩定性的比較提出了良好的依據，但它對于具有復雜的動態特性和有損耗的輸電系統而言，并不能保證能量函數存在，目前在研究電壓穩定方面仍處于起步階段。4.2.3非線性動力學方法

電壓穩定裕度指標算法的研究都是針對線性化了的系統方程，即假設初始條件的微小變化只能導致輸出的微小變化，但由于電力系統是一個非線性的動力學系統，臨界點附近系統狀態的劇烈變化，使得臨界點附近這一假設往往不成立。有時，它也不能回答如果系統越過穩定極限點時，其狀態將如何變化的問題。為了確保電力系統的安全性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，基于非線性動力學的研究日益增多，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中研究最多的是分岔理論。

分岔是非線性科學研究的一種現象，主要研究當一組微分方程所描述的解的動態特性與方程所含參數的取值相關，并隨著參數取值的改變而發生的變化，包括系統一些重要特性，例如穩定性、穩定域和平衡點的變化。運用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩的機理，且能夠在一定程度上將功角穩定與電壓穩定問題聯系起來提供統一的數學分析基礎。目前存在的主要問題是要進行復雜的化簡運算以便減少大量的計算量，因此尚需進行廣泛深入的探索。4.2.4電壓穩定的概率分析

電力系統具有非線性和不確定性特點，使得電力系統中的一些參數由于測量、估計或計算上的誤差具有一定的隨機性，擾動及其相應的保護動作均是隨即過程，計及系統參數和擾動的隨機性進行電壓穩定分析具有一定意義。根據負荷潮流雅可比矩陣奇異的可能性來定義電壓穩定概率指標，在30節點電力系統上 18

校驗了該指標的有效性。提出了一種進行電力系統電壓崩潰風險評估的方法。該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果，量化了風險指標，通過兼顧風險指標和經濟效益為確定系統的最佳運行方式提供了依據。6節點系統和IEEE 300節點系統的評估結果證明了該方法的可行性和有效性。

盡管電壓穩定靜態分析方法從原理上講并不嚴密，所得結果也難以令人信服，但卻計算簡單，且不需要難以準確獲得的負荷動態特性。與此相對應的電壓穩定動態分析方法，不僅面臨著負荷動態建模的困難，而且在研究實際大規模系統時還存在著數值計算上的困難。因此人們對電壓穩定靜態分析方法仍持積極的態度，并努力尋求潮流雅可比矩陣的性質與系統電壓穩定性之間的關系。并在積極的探索將電力系統動態分析方法和靜態分析方法結合起來的電壓穩定的分析方法。

4.電壓穩定研究的進一步發展

更精確的電壓穩定極限確定所需的模型 對于系統電壓穩定極限做出更精確的描述是現代電力系統發展的需要，為此有必要考慮更實 際的負荷模型，采用更有效的方法。感應電動機負荷是非常重要的一類負荷，在以往的電壓 穩定極限計算中，對這一類負荷常常以靜態負荷替代，或是用具有功率恢復特性的動態負荷 模型近似，研究表明，基于恒穩態功率恢復特性的動態負荷的小擾動分析所得的 SNB 點與 基于靜態負荷的 CPF 所得的 Fold 分岔點是一致的，而考慮具體的感應電動機負荷后刻畫電 壓穩定極限的工作變得更為復雜：首先很有可能在 Fold 分岔點之前就出現由于電動機滯轉 引起的 SNB 點；其次，這些 SNB 點不一定會造成系統出現電壓崩潰，其性質還要依系統的 具體情況進行分析。因此，在更精細的描述系統電壓穩定極限的工作中，對于感應電動機負 荷模型應予充分重視。

不斷發展的計算方法 迅速發展的計算機技術以及基于幾何概念的非線性動力學定性理論促進了非線性動力系統 數值計算方法的發展和應用，目前已有 AUTO，MAPLE 等著名商業軟件可供選擇。但是目前 還沒有用來分析多機電力系統的穩定性的好經驗。在電力系統的分岔與混沌研究中，圍繞如 何求取平衡解流形曲線，如何自動修正步長，如何越過常規 Newton-Raphson 算法中的奇異 點，如何跟蹤大型電力系統的 PV 曲線，如何搜索解曲線上的分岔點并判別其類型等一系列 問題，進行了廣泛的研究。目前一般采用延拓算法，較典型的有預估-校正法、弧長法等。例如用解軌線的切線或割線的方法預測，而用局部參數化或利用解軌線與垂直于切向量的超平面的交點的方法(準弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述 SNB 點附近的潮流解，并用可控步長來加速計算。面對感應電動機模型對于電壓穩定分析造成的復雜性，需要有效的精確判定系統的穩定極限 的方法，CPF 或是基于恒穩態功率負荷模型的小擾動分析在這種系統中給出的結論一般都傾 向于樂觀；計及感應電動機負荷的分岔方法雖然可以通過 SNB 點附近的平衡點的情況來判 斷出現的 SNB 點的性質，但對大系統而言，“兩步法”更為適用，針對擁有大量感應電動機 負荷的系統，在“兩步法”之后通過時域仿真確定所發現的 SNB 的性質也是非常必要的。

5.結語

電力系統電壓穩定問題的研究有著十分重大的社會經濟意義。盡管電壓穩定問題及其相關現 象十分復雜，在過去二十年間，人們已經在電壓失穩機理以及負荷模型建立、分析手段上取 得了很多重要研究成果。隨著系統規模的不斷發展，新型控制設備的不斷投入運行以及電力 市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩定性指標以及實用判據，需要將電壓安全評 估與控制不斷推向在線應用。

參考文獻

[1] 余貽鑫，電壓穩定研究評述[J].電力系統自動化，1999 [2] 薛禹勝，徐泰山.暫態電壓穩定性及電壓跌落可接受性[J].電力系統自動化，1999，[3] 段獻忠。有載調壓變壓器與電壓穩定性關系的動態分析[J].電力系統自動化，1995，[4] 彭志煒。有載調壓變壓器對電力系統電壓穩定性影響的動態分析[J].中國電機工程學 報，1999

第二篇：電力系統的電壓穩定的研究

摘要：對國內外電壓穩定問題研究的現狀進行了概述，特別介紹了對電壓失穩機理的認識以及當前廣泛采用的幾種電壓穩定性的分析方法，而且還介紹了電壓穩定研究進一步發展的方向。1.引言

自從20世紀70年代以來世界上一些大電網(1977年美國紐約電網、1978年法國電網、1982年比利時電網和加拿大魁北克電網、1983年瑞典電網、1987年日本東京電網)因電壓不穩定發生事故，造成了巨大經濟損失和大面積長時間停電，此后電壓穩定問題開始逐漸受到了關注。目前，電力系統中電壓穩定問題趨于嚴重的原因主要有以下4點：①由于環境保護以及經濟上的考慮，發、輸電設施使用的強度日益接近其極限值；②并聯電容無功補償增加了，這種補償在電壓降低時，向系統供出的無功按電壓平方下降；③長期以來人們只注意了功角穩定性的研究，并圍繞功角穩定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩定性的問題；④隨著電力市場化的進程，各個有獨立的經濟利益的發電商以及電網運營商很難象以前垂直管理模式下那樣統一的為維護系統安全穩定性做出努力[1]。

在我國電壓不穩定和電壓崩潰出現的條件同樣存在，首先我國電網更薄弱，并聯電容器的使用更甚，再加之城市中家用電器設備的巨增，我國更有可能出現電壓不穩定問題。目前國內電壓穩定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數有裁調壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施，而后一措施應該是防止電壓不穩定問題的最后一道防線，不應過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負荷的使用將受到更大的限制。因此在我國應加緊電壓穩定問題的研究。2.現今對于電壓崩潰機理的認識

電力系統穩定運行的前提是必須存在一個平衡點，最重要的一類電壓不穩定性場景就是對應于系統參數變化導致平衡點不再存在的情況。由于負荷需求平滑緩慢地增加而使負荷特性改變直至不再存在與網絡相應曲線的交點，固然是其中的一種場景，但事實上，更為重要的場景對應于大擾動，如發電和／或輸電設備的停運，這種大擾動使網絡特性急劇變動，擾動后網絡的特性(如PV曲線)不再同未改變的負荷的相應特性相交，失去了平衡點，而導致電壓崩潰。所以也需要研究由于大的結構和系統參數的突然變化所引起的不穩定機制。2.1 短期電壓失穩

研究認為，引起暫態電壓崩潰的主要原因：①短期動態擾動后失去平衡點；②缺乏把系統拉回到事故后短期動態的穩定平衡點的能力；③擾動后平衡點發生振蕩(實際系統中未觀察到)；④長期動態引起的短期失穩(如平穩點丟失，吸引域收縮和振蕩)。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，區分它們往往很困難。一種典型的純電壓穩定問題場景是單機單負荷系統，負荷主要由感應電動機組成。這里的暫態失穩主要是指系統受擾動之后，感應電動機等快速響應元件失去了平衡點，或者由于故障不能盡快切除，使系統離開了干擾后的吸引域。

文獻[2]應用PV曲線和感應電動機的機械特性研究了擾動后感應電動機引起的暫態失穩機理，提出了足夠的電容補償能使處于低電壓解的負荷節點電壓恢復正常的觀點。文[3]研究了不同短路故障切除時間下單機單負荷系統的動態過程，指出暫態電壓穩定也存在故障臨界切除時間的概念，并把電壓失穩與負荷失穩聯系起來。文[4][5]用仿真手段研究了快速響應的靜止電容補償器對防止感應電動機負荷引起的電壓崩潰的作用，并指出斷路器投切的并聯電容補償不能達到同樣的目的。文獻[6]采用時域仿真重演了感應電動機負荷引起的暫態電壓失穩現象，改進了感應電動機暫態電壓穩定的判據，提出了感應電動機引起的暫態電壓穩定裕度的概念，并求取了與給定故障切除時間相應的極限動態負荷。文[7]把電力系統同時可接受保持暫態電壓穩定和暫態電壓跌落的狀態稱之為暫態電壓安全，并強調暫態安全應包括暫態功角穩定和暫態電壓安全兩方面。2.2 長期電壓失穩

系統擾動之后，系統已獲短期恢復，可用長期動態的QSS近似．此后造成動態失穩的原因有：①失去長期動態平衡點；②缺乏把系統拉回到長期穩定平衡點的能力；③電壓增幅振蕩(實際系統中未觀察到)。文獻[8]通過一簡單系統顯示和討論了有載調壓變壓器(OLTC)和發電機過勵限制器動態特性對系統電壓失穩過程的作用。文獻[9][10]就有載調壓變壓器對電力系統電壓穩定性的影響進行了動態分析，其結果還不能令人滿意，主要原因是所采用的元件模型存在差異，考慮的影響因素也不相同等。文獻[11]綜合考慮了對電壓失穩產生重要影響的負荷動態特性、有載調壓變壓器動態特性及發電機無功功率限制的作用，但難以得出清晰的概念。針對中長期仿真計算量大的問題，文獻[12]采用了自動變步長技術把快速響應和慢速響應動態元件綜合在一起進行仿真來研究系統的電壓穩定性。在研究長期現象時，對于快速系統可用準靜態(QSS)近似。QSS方法結合了靜態方法計算的高效性和時域方法的有效性。文獻[13]采用QSS法考慮了發電機模型中的非線性環節和仿真步長控制問題，并取得了很有意義的結果。

2.3 由長期動態造成的短期不穩定性

此種失穩機制也可以劃分為3種情況：①由長期動態造成的短期平衡點丟失；②由長期動態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；③由于長期動態而造成的短期動態的振蕩不穩定性。3.電壓穩定性的分析方法 3.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析在電壓穩定研究中應用越來越廣泛，其突出的特點是物理概念明確，計算簡單。靈敏度分析方法屬于靜態電壓穩定研究的范疇，它以潮流計算為基礎，以定性物理概念出發，利用系統中某個感興趣的標量對于某些參數的變化關系，即它們之間的微分關系來研究系統的電壓穩定性。例如，人們常常考察負荷增長裕度對于發電機出力、線路參數變化的靈敏度以求得較好的控制電壓安全的措施。在潮流計算的基礎上，只需少量的額外計算，便能得到所需的靈敏值。靈敏值計算缺乏統一的靈敏度分析理論作基礎，各文獻都按自己的方法進行靈敏度分析，沒有統一的標準；在計算靈敏度指標時，沒有考慮負荷動態的影響、沒有計及發電機無功越限、有功經濟調度的影響；靈敏度指標是一個狀態指標，它只能反映系統某一運行狀態的特性，而不能計及系統的非線性特性，不能準確反映系統與臨界點的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個樸素的物理觀點，當負荷需求超出電網極限傳輸功率時，系統就會出現象電壓崩潰這樣的異常運行現象。最大功率法的基本原則是將電網極限傳輸功率作為電壓崩潰的臨界點，從物理角度講是系統中各節點到達最大功率曲線族上的一點。電壓崩潰裕度是系統中總的負荷允許增加的程度。常用的最大功率判據有：任意負荷節點的有功功率判據、無功功率判據以及所有負荷節點的復功率之和最大判據。當負荷需求超過電力系統傳輸能力的極限時，系統就會出現異常，包括可能出現電壓失穩，因此將輸送功率的極限作為靜態電壓穩定臨界點。負荷如果從當前的運行點向不同的方向增加，就會有不同的電壓穩定臨界點，有不同的電壓穩定裕度，但在這些方向中總會有一個方向的電壓穩定裕度最小。計算出這個方向和電壓穩定臨界點，就能為防止電壓失穩提出有效的對策。把這個方向定義為參數空間中最接近電壓穩定極限的方向，這個電壓穩定臨界點定義為最接近電壓穩定臨界點。3． 3 Q-U法

CIGRE對電壓崩潰十分重視，38.01工作組在1987年提出電網應按照防止電壓崩潰的準則進行規劃設計，并提出了防止電壓崩潰的Q-U法。Q-U法是將電網中的某節點或母線作為研究對象，通過一系列潮流計算，確定其Q-U特性曲線，并根據無功儲備準則或電壓儲備準則，來確定所需的無功功率。

該方法的優點是物理概念明確，缺點主要是潮流方程在電壓崩潰點處不易收斂。4.電壓穩定研究的進一步發展

4.1 更精確的電壓穩定極限確定所需的模型

對于系統電壓穩定極限做出更精確的描述是現代電力系統發展的需要，為此有必要考慮更實際的負荷模型，采用更有效的方法。感應電動機負荷是非常重要的一類負荷，在以往的電壓穩定極限計算中，對這一類負荷常常以靜態負荷替代，或是用具有功率恢復特性的動態負荷模型近似，研究表明，基于恒穩態功率恢復特性的動態負荷的小擾動分析所得的SNB點與基于靜態負荷的CPF所得的Fold分岔點是一致的，而考慮具體的感應電動機負荷后刻畫電壓穩定極限的工作變得更為復雜：首先很有可能在Fold分岔點之前就出現由于電動機滯轉引起的SNB點；其次，這些SNB點不一定會造成系統出現電壓崩潰，其性質還要依系統的具體情況進行分析。因此，在更精細的描述系統電壓穩定極限的工作中，對于感應電動機負荷模型應予充分重視。4.2 不斷發展的計算方法

迅速發展的計算機技術以及基于幾何概念的非線性動力學定性理論促進了非線性動力系統數值計算方法的發展和應用，目前已有AUTO，MAPLE等著名商業軟件可供選擇。但是目前還沒有用來分析多機電力系統的穩定性的好經驗。在電力系統的分岔與混沌研究中，圍繞如何求取平衡解流形曲線，如何自動修正步長，如何越過常規Newton-Raphson算法中的奇異點，如何跟蹤大型電力系統的PV曲線，如何搜索解曲線上的分岔點并判別其類型等一系列問題，進行了廣泛的研究。目前一般采用延拓算法，較典型的有預估-校正法、弧長法等。例如用解軌線的切線或割線的方法預測，而用局部參數化或利用解軌線與垂直于切向量的超平面的交點的方法(準弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述SNB點附近的潮流解，并用可控步長來加速計算。

面對感應電動機模型對于電壓穩定分析造成的復雜性，需要有效的精確判定系統的穩定極限的方法，CPF或是基于恒穩態功率負荷模型的小擾動分析在這種系統中給出的結論一般都傾向于樂觀；計及感應電動機負荷的分岔方法雖然可以通過SNB點附近的平衡點的情況來判斷出現的SNB點的性質，但對大系統而言，“兩步法”更為適用，針對擁有大量感應電動機負荷的系統，在“兩步法”之后通過時域仿真確定所發現的SNB的性質也是非常必要的。5.結語

電力系統電壓穩定問題的研究有著十分重大的社會經濟意義。盡管電壓穩定問題及其相關現象十分復雜，在過去二十年間，人們已經在電壓失穩機理以及負荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。隨著系統規模的不斷發展，新型控制設備的不斷投入運行以及電力市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩定性指標以及實用判據，需要將電壓安全評估與控制不斷推向在線應用。參考文獻

[1] 余貽鑫，電壓穩定研究評述[J].電力系統自動化，1999，23(21):1-7 [2] 徐泰山，薛禹勝，韓禎祥。感應電動機暫態電壓失穩的定量分析[J].電力系統自動化，1996，20(5):62-67 [3] 薛禹勝，徐泰山.暫態電壓穩定性及電壓跌落可接受性[J].電力系統自動化，1999，23(14):4-8 [4] 段獻忠。有載調壓變壓器與電壓穩定性關系的動態分析[J].電力系統自動化，1995，19(1):14-19 [5] 彭志煒。有載調壓變壓器對電力系統電壓穩定性影響的動態分析[J].中國電機工程學報，1999，19(2):61-65 [6] Vu K T.Dynamic mechanisms of voltage collapse[Z].System Control Letters, 1990,15:319-328 [7] Kurica A.Multiple time-scale power system dynamic simulation[C].IEEE Paper 92WM 129-9, New York, 1992 [8] 顧群。中期電壓穩定的建模和快速仿真[J].電力系統自動化，1999，23(21):25-28

標簽：分析無功補償研究

摘 要：闡述了國內外電力系統無功電壓控制的問題和發展方向、AVC 研究現狀及電網動態電壓穩定的策略;國外二三級電壓調控的運行現狀、國內幾個省網無功平衡和電壓控制的研究，以及對無功補償設備采取的配置原則、調節手段，并提出了幾點無功電壓調控與管理的相關措施等。

關鍵詞：無功補償;電壓控制;電力系統

電網無功平衡是保證電壓穩定的基本條件，由于電力系統中無功功率的發、供、用呈現強烈的分散性，因而無功功率只有在分層、分區，分散合理平衡的基礎上，才能實現電網電壓的合理分布和維持電網的穩定運行。信息來源:http://www.tmdps.cn

——不能反映電網實時網絡拓撲變化對分區影響，可能造成誤控;

——采用下達電壓目標指令的方式，難以很好控制無功潮流;

雖然存在以上問題，但由于存在巨大的潛在效益，因而十幾年來法國和意大利電網一直在運行中不斷完善和改進其自動電壓控制技術。信息來自:www.tmdps.cn

南方電網從多饋入交直流輸電系統電壓穩定狀況展開研究。在多饋入的交直流輸電系統中，直流輸電元件的電壓穩定和無功控制是一個嶄新的課題，通過分析典型運行方式下的靜態、動態、暫態電壓穩定性問題，分析系統存在的電壓穩定薄弱環節和隱患，研究改進措施并制訂防止電壓失穩的預防和校正控制的策略。信息來自:www.tmdps.cn

kV 變電站補償容量研究、變電站主變額定電壓選擇和抽頭比較與配合選擇研究、無功分層和分區平衡情況分析和支路無功經濟分點的數學驗證。信息來自:www.tmdps.cn

廣東電網根據無功補償配置原則，詳細分析配電網無功補償的工程實際問題，構造制約函數求解并以變遲度法進行尋優。研究配電網無功優化補償 信息來源:http://www.tmdps.cn

2.5 無功電壓控制的發展方向 信息來自:www.tmdps.cn

因此，分層分區和分散就地的關聯控制兼顧了全局優化和局部優化的問題。信息來源:http://tede.cn AVC 研究現狀 [2-3] 信息請登陸:輸配電設備網

基于最優潮流(OPF)的實時電壓自動控制(AVC)集安全性和經濟性于一體，可實現安全約束下的經濟性閉環控制。正常運行情況下，AVC 通 信息來源:http://tede.cn

過實時監視電網無功電壓情況，進行在線優化計算，分層調節控制電網無功電源及變壓器分接頭，調度自動化主站對接入同一電壓等級、電網各節點的無功補償可控設備實行實時最優閉環控制，滿足全網安全電壓約束條件下的優化無功潮流運行，達到電壓優質和網損最小。省級電網研究的AVC 是集中控制型的，也即在電網調度自動化系統SCADA、EMS與現場調度裝置之間通過閉環控制實現AVC。信息來源:http://www.tmdps.cn

湖南電網提出了采用經濟壓差進行全局無功優化的思想，以每條線路電壓降落的縱分量最小為目標求解最優潮流，計算各發電廠和變電站注入系統的無功功率，而各發電廠和變電站通過安裝電力系統無功電壓調整裝置，自動調節無功出力和變壓器的分接頭，使其實際輸出無功功率為計算出的無功優化值。

福建電網無功電壓AVC 控制系統能在很短的時間內實現無功電壓二級協調控制，提高無功資源的合理分配和可靠利用。其特點是： 信息來自:輸配電設備網

——適應電網運行方式變化，能實施不同的無功電壓優化運行方案;信息來源:http://www.tmdps.cn

為此，應本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償。在補償方式上宜采用集中補償和分散補償相結合，以分散為主;高壓補償和低壓補償相結合，以低壓為主的原則。并安裝自動補償投切裝置。在電網中采用有載調壓變壓器，安裝無功——電壓優化自動控制裝置，可以實現經濟調壓。信息請登陸:輸配電設備網

電網的無功、電壓調節和管理的必要措施如下： 信息來自:www.tmdps.cn

(2)加強電網無功及電壓的調節和管理;信息來源:http://www.tmdps.cn

(3)電力系統分區并確定各個區的電壓中樞點以便對電壓進行分級分布式控制;信息來源:http://www.tmdps.cn

(4)合理配置無功補償設備，做到無功就地補償、分層分區平衡;信息請登陸:輸配電設備網

(5)加強送、受端電網建設，能提高運行可靠性、調度靈活性和通道的輸送能力，并能提供足夠短路容量和足夠大慣性的系統;

(6)在長距離、大容量送電線路中大量采用串聯補償，以提高電網輸送能力、改善運行電壓水平;信息來源:http://www.tmdps.cn

(7)在落點集中的負荷中心、受端電源少、受端大規模接受西電東送的落點采用動態無功設備;信息來自:輸配電設備網

(8)研究廣東電網受端系統電壓穩定和動態無功補償問題，根據研究成果合理配置無功電源，使之滿足電網動態無功備用;

(9)對省網進行無功優化調節控制，實施分級分布式的控制策略，實現整個省網的閉環實時控制，實現全網無功優化配置;信息來源:http://www.tmdps.cn

(10)運用“無功電壓優化集中控制系統”，完善電壓自動監測網絡，實現數據自動采集、自動傳輸和自動統計分析，實現全網無功優化實時控制。

參考文獻：

[1] 周雙喜, 劉明波, 李端超, 等.電力系統電壓穩定及電壓無功優化控制研討會會議資料[C].廣東省電機工程學會電力系統專委員會,2005.信息來源:http://www.tmdps.cn

[2] 許文超, 郭偉, 李海峰, 胡偉.AVC 應用于江蘇電網的初步研究[J].繼電器, 2003, 31(5): 23-26.信息來源:http://www.tmdps.cn

[3] 曾紀添, 等.電力系統無功補償及電壓穩定性研究: 科技專集[C].廣州: 廣東電網公司電力科學研究院, 2007.信息來自:www.tmdps.cn

[4] 國家電網公司.國家電網公司2005 年電壓無功專業總結報告[R].國家電網公司, 2006.

第三篇：大學本科生電力系統電壓穩定性試題

大學本科生電力系統電壓穩定性試題

（附試題答案）

一、單項選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在相應的括號內，錯選、多選或未選均無分。

1、分析簡單電力系統并列運行的暫態穩定性采用的是（）。

A、小干擾法；

B、分段計算法；

C、對稱分量法。

2、不計短路回路電阻時，短路沖擊電流取得最大值的條件是（）。

短路前空載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

B、短路前帶有負載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

C、短路前空載，短路發生在電壓瞬時值最大時。

3、電力系統并列運行的暫態穩定性是指（）。

A、正常運行的電力系統受到小干擾作用后，恢復原運行狀態的能力；

B、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，保持同步運行的能力；

C、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，恢復原運行狀態的能力。

4、對于旋轉電力元件（如發電機、電動機等），其正序參數、負序參數和零序參數的特點是（）

A、正序參數、負序參數和零序參數均相同；

B、正序參數與負序參數相同，與零序參數不同；

C、正序參數、負序參數、零序參數各不相同。

5、繪制電力系統的三序單相等值電路時，對普通變壓器中性點所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點阻抗僅以出現在零序等值電路中；

B、中性點阻抗以3出現在零序等值電路中；

C、中性點阻抗以出現三序等值電路中。

6、單相接地短路時，故障處故障相短路電流與正序分量電流的關系是（A）。

A、故障相短路電流為正序分量電流的3倍；

B、故障相短路電流為正序分量電流的倍；

C、故障相電流等于正序分量電流。

7、對于接線變壓器，兩側正序分量電壓和負序分量電壓的相位關系為（C）

A、正序分量三角形側電壓與星形側相位相同，負序分量三角形側電壓與星形側相位也相同；

B、正序分量三角形側電壓較星形側落后，負序分量三角形側電壓較星形側超前

C、正序分量三角形側電壓較星形側超前，負序分量三角形側電壓較星形側落后。二、判斷題（下述說法是否正確，在你認為正確的題號后打“√”，錯誤的打“×”，每小題3分，共12分）

1、快速切除故障有利于改善簡單電力系統的暫態穩定性。（）

2、中性點不接地系統中發生兩相短路接地時流過故障相的電流與同一地點發生兩相短路時流過故障相的電流大小相等。（）

3、電力系統橫向故障指各種類型的短路故障（）

4、運算曲線的編制過程中已近似考慮了負荷對短路電流的影響，所以在應用運算曲線法計算短路電流時，可以不再考慮負荷的影響。（）

三、簡答題

（每題15分，共60分）

1、二次電壓控制的目的是什么？

2、為什么說感應電動機負荷是在電力系統電壓穩定性評估中的一個重要設備？

3、采取抑制長期不穩定性校正措施的目的是什么？

4、在穩定性研究中所采用的建模方法通常依賴的假設是什么？

大學本科電力系統電壓穩定性試題答案

選擇題

1.B

2.A

3.B4、C5、B6、A7、C

判斷題

1.√

2、×

3、√

4、√

簡答題

答：（1）確保主導點電壓在一個特定整定值上；（2）使每臺發電機的無功輸出正比于它的無功容量。

答：（1）它是在1s的時間框架內的一個快速恢復復合；（2）它是一個低功率因數負荷，具有很高的無功功率需求；（3）當電壓較低或機械負荷增加時，它趨于停轉。

3、答：（1）恢復長期平衡（足夠快，以至于這個平衡是吸引的；（2）避免短期動態的短期-長期不穩定性；（3）阻止系統惡化；

4答：（1）忽略變壓器電壓；（2）通常的速度變化相對于w。很小；（3）電樞電阻非常小；（4）忽略電磁飽和。

第四篇：電力系統電壓和無功管理條理

電力系統電壓和無功管理條理

1.電壓是電能的主要質量指標之一。電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質量和一個重要因素。各級電力部門和各用電單位都要加強對電壓和無功電力的管理，切實改善電網電壓和用戶端受電電壓。

2.為使各級電壓質量符合國家標準，各級電力部門做好好電網的規劃、建設和管理，使電網結構、布局、供電半徑、潮流分布經濟合理。各級電壓的電力網和電力用戶都要提高自然功率因數，并按無功分層分區和就地平衡以及便于調整電壓的原則，安裝無功補償設備和必要的調壓裝置。

3.電壓和無功電力實行分級管理。各網、省局、地（市）縣供電（電業）局都要切實做好所屬供電區的無功電力和電壓質量管理工作。制訂職責范圍和協作制度，并指定一個職能部門設專（兼）職負責歸口管理。

各級電力部門要對所管轄電網（包括輸櫝電線路、變電站和用戶）的電壓質量和無功電力、功率因數和補償設備的運行監察、考核。各電力用戶都要向當地供電部門按期報送電壓質量和無功補償設備的安裝容量和投入情況，以及無功電力和功率因數等有關資料。電網和用戶都要提高高壓裝置和無功補償設備的運行水平。

1.電力調度部門要根據電網負荷變化的和調整電壓的需要，編制和下達發電廠、變電站的無功出力曲線或電壓曲線。

2.發電廠的發電機的變電站的調相機要嚴格按照調度下達的無功出力曲線或電壓曲線按逆調壓的原則運行，沒有特殊情況或未經調度同意，不得任意改變無功出力，并要按調度部門的規定，定期報送發電機的有功一無功負荷曲線（――曲線）。水、火電廠在系統需要時，按調度指令，發電機可改為調相運行。

3.變電站裝設的并聯電容器、電抗器組，除事故和危及設備安全情況外，都要按照調度命令或電壓曲線按逆調壓的原則運行。

4.當電網電壓偏移和波動幅度較大時，按設計規程，應采用有載調壓變壓器，對220V千伏（直接帶10千伏地區負荷）和110千伏及以下電壓的變電站至少采用一級有載調壓；已建成的上述變電站和分接頭不合適的變壓器應根據需要逐步改造和更換為有載調壓變壓器。對220千伏（不帶10千伏地區負荷）及以上電壓的變電站根據系統調壓是否需要，對變壓器可靠性的影響及投資進行綜合研究后確定。用電單位若需裝置調壓設備，應報請電力部門批準。

變壓器的分接頭要按照電壓管理范圍分級管理，有載調壓變壓器的分接頭要按照電壓曲線或調度命令及時調整。

1.用戶在當地供電局規定的電網高峰負荷時的功率因數，應達到下列規定：

高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶功率因數為0．90及以上；其他100千伏安（千瓦）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站功率因數為0．80及以個；躉售和農業用電功率因數為0．80及以上。

凡功率因數未達到上述規定的新用戶，供電局可拒絕接電。

2.電力用戶裝設的各種無功補償設備（包括調相機、電容器、靜補和同步電動機）要按照負荷和電壓變動及時調整無功出力，防止無功電力倒送。

自備電廠、地方電廠、小水電、余熱電廠的機級都應按照雙方協議或調度規定方式運行。

3.為調動用戶改善電壓，管好無功設備的積極性，凡受電容量在一百千伏安（千瓦）及以上的用戶均應按國家批準的《功率因數調整電費辦法》的有關規定，實行功率因數考核和電費調整。

1.各級電力部門和電力用戶都要按無功電力分層分區和就地平衡的原則，做好無功補償設備的規劃、設計、建設、合理安排無功電源。電力部門在建設有功電源同時，應根據電網結構、潮流分布等情況建設相應的無功補償設備，不留缺口，并應納入建設計劃與有功配套建設，同時投產。

2.新建或擴建的電電機，不僅應能送出無功，而且應能吸收無功；調相機應合理擴大遲相容器，以適應高電壓、大電網無功補償的需要。

1.各網、省局可結合本地區實際情況，制定本條例的實施細則。

本條例自發布之日起施行。2.

第五篇：大學本科生電力系統電壓穩定性試題

大學本科生電力系統電壓穩定性試題

（附試題答案）

一、單項選擇題（每題4分，共28分）在每小題后備選答案中有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在相應的括號內，錯選、多選或未選均無分。

1、分析簡單電力系統并列運行的暫態穩定性采用的是（）。

A、小干擾法；

B、分段計算法；

C、對稱分量法。

2、不計短路回路電阻時，短路沖擊電流取得最大值的條件是（）。

短路前空載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

B、短路前帶有負載，短路發生在電壓瞬時值過零時；

C、短路前空載，短路發生在電壓瞬時值最大時。

3、電力系統并列運行的暫態穩定性是指（）。

A、正常運行的電力系統受到小干擾作用后，恢復原運行狀態的能力；

B、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，保持同步運行的能力；

C、正常運行的電力系統受到大干擾作用后，恢復原運行狀態的能力。

4、對于旋轉電力元件（如發電機、電動機等），其正序參數、負序參數和零序參數的特點是（）

A、正序參數、負序參數和零序參數均相同；

B、正序參數與負序參數相同，與零序參數不同；

C、正序參數、負序參數、零序參數各不相同。

5、繪制電力系統的三序單相等值電路時，對普通變壓器中性點所接阻抗的處理方法是（）。

A、中性點阻抗僅以出現在零序等值電路中；

B、中性點阻抗以3出現在零序等值電路中；

C、中性點阻抗以出現三序等值電路中。

6、單相接地短路時，故障處故障相短路電流與正序分量電流的關系是（A）。

A、故障相短路電流為正序分量電流的3倍；

B、故障相短路電流為正序分量電流的倍；

C、故障相電流等于正序分量電流。

7、對于接線變壓器，兩側正序分量電壓和負序分量電壓的相位關系為（C）

A、正序分量三角形側電壓與星形側相位相同，負序分量三角形側電壓與星形側相位也相同；

B、正序分量三角形側電壓較星形側落后，負序分量三角形側電壓較星形側超前

C、正序分量三角形側電壓較星形側超前，負序分量三角形側電壓較星形側落后。二、判斷題（下述說法是否正確，在你認為正確的題號后打“√”，錯誤的打“×”，每小題3分，共12分）

1、快速切除故障有利于改善簡單電力系統的暫態穩定性。（）

2、中性點不接地系統中發生兩相短路接地時流過故障相的電流與同一地點發生兩相短路時流過故障相的電流大小相等。（）

3、電力系統橫向故障指各種類型的短路故障（）

4、運算曲線的編制過程中已近似考慮了負荷對短路電流的影響，所以在應用運算曲線法計算短路電流時，可以不再考慮負荷的影響。（）

三、簡答題

（每題15分，共60分）

1、二次電壓控制的目的是什么？

2、為什么說感應電動機負荷是在電力系統電壓穩定性評估中的一個重要設備？

3、采取抑制長期不穩定性校正措施的目的是什么？

4、在穩定性研究中所采用的建模方法通常依賴的假設是什么？

大學本科電力系統電壓穩定性試題答案

選擇題

1.B

2.A

3.B4、C5、B6、A7、C

判斷題

1.√

2、×

3、√

4、√

簡答題

答：（1）確保主導點電壓在一個特定整定值上；（2）使每臺發電機的無功輸出正比于它的無功容量。

答：（1）它是在1s的時間框架內的一個快速恢復復合；（2）它是一個低功率因數負荷，具有很高的無功功率需求；（3）當電壓較低或機械負荷增加時，它趨于停轉。

3、答：（1）恢復長期平衡（足夠快，以至于這個平衡是吸引的；（2）避免短期動態的短期-長期不穩定性；（3）阻止系統惡化；

4答：（1）忽略變壓器電壓；（2）通常的速度變化相對于w。很小；（3）電樞電阻非常小；（4）忽略電磁飽和。