第一篇：春節期間電網無功電壓與功率因數的控制分析與研究

春節期間電網無功電壓與功率因數的控制分析與研究 1.引言

電壓、頻率、波形是電能質量的三要素，而電壓又與電力系統中的無功功率密切相關。

某地區是國家aaaaa級風景旅游區，同時該地區電網是典型的受端網絡，80%的負荷由周邊7座500kv變電站受入。城區電纜覆蓋率高達83%，低谷負荷期間，電纜產生大量容性無功，致使地區整體電壓偏高，功率因數難以控制在合格范圍。

2.現狀調查

某地區正常網供負荷大約為800萬千瓦，隨著工廠企業逐步停工，地區網供負荷逐步下降。2014年1月29日，地區網供負荷已下降至390萬千瓦，春節期間負荷將進一步下降，2月1日（大年初二），地區網供負荷將達到全年最低點220萬千瓦左右，約為正常負荷的30%。

負荷的大幅下降，導致地區電網220kv母線電壓超233kv，按照地區功率因數考核規定，當220kv母線電壓在233kv～236kv之間，功率因數應控制在0.94～0.97。2014年春節期間省公司將繼續采用負荷功率因數考核管理辦法，主要內容包括：

（1）功率因數考核關口為單座220kv變電站主變高壓側總加值。

（2）關口無功不得向上級系統倒送。

（3）關口功率因數需全天控制在0.97以下。

3.采取措施

3.1 220kv無載調壓變壓器分接頭調整

春節期間是全網電壓最高時段，受可靠性指標影響，地區將不安排220kv無載調壓變壓器分接頭調整檔位，各無載調壓變壓器下送的110kv和35kv變電所低壓側母線電壓依靠其主變有載開關調整。同時需要加強對無功電源的管理和輸變電設備的監視，來保證部分電壓偏高的無載主變電壓質量。

3.2 電抗器和電容器投切

3.2.1電抗器：

地區各220kv、110kv變電站電抗器春節前集中投運一批電抗器（目前地區電抗器總容量已達81萬千乏，接近全省的一半）并完成集中消缺工作，確保春節期間電抗器能正常使用，按要求投入運行。同時要求客戶中心安排用戶電抗器投入運行。

3.2.2電容器：

原則上，所有地區配網的電容器裝置在春節期間全部停用。春節期間用戶的容性無功補償裝置原則也應全部停用，如確需在春節期間組織生產，應根據電壓情況及時正確投切，停產用戶的無功補償裝置要一律退出，要求地區及各縣（市）供電公司及時通知用戶在節前做好電容器停用工作，春節后根據負荷、功率因數實際情況（要求功率因數低負荷時不高于0.95）逐步投入運行。

3.3 停役輕載主變和充電功率較大的110kv電纜

地區調度應根據負荷情況，做好輕載主變停用，春節前共完成17座110kv輕載主變停役。

3.4 地方電廠出力控制

3.4.1市區及各縣（市）供電公司須嚴格控制小火電出力。春節期間，燃油機組及不供熱的燃煤機組一律調停；供熱機組嚴格按以熱定電方式運行，并嚴格控制無功，要求功率因數不低于0.98。對不按規定調停的機組，調度要求機組解列，直至拉停并網線路。

3.4.2對于地區電網水電站：

春節期間根據來水情況，機組進相運行。進相運行工況根據各機組進相曲線運行，原則上進相運行深度功率因數小于-0.97以下（吸收的無功為有功出力四分之一以上占比）。若發電機組不能進相運行，則機組不能發電。

3.4.3地區及各縣（市）供電公司熱電機組仍需以熱定電方式發電，有進相運行條件的機組在春節期間需進相運行，原則上進相運行深度功率因數小于-0.97以下。

3.5 無功電壓控制系統（avc）

3.5.1春節期間，省調avc系統將關閉省地互聯，地調avc系統將獨自運行。

3.5.2春節期間地調avc系統將投入春節小負荷運行模式，接入地調avc系統的各個變電站（包括市區及各縣（市）供電公司已接入地調avc的220kv變電站、市區已接入地調avc系統的110kv、35kv變電站）內未閉鎖的電容器、電抗器將自動投切，主變有載檔位將自動調節，屆時電容器將自動全切除，電抗器將自動全投入，有關運行人員仍需加強電壓監視，同時需加強avc系統投切及調檔情況監視，若接入地調avc系統的變電站電容器、電抗器投切及主變調檔出現異常請及時消缺。當220kv變壓器在avc系統調節主變有載分接頭次數滿的情況下需根據電壓情況及時調整220kv有載分接頭。

3.5.3地區及各縣（市）供電公司avc系統根據電容器全切除、電抗器全投入的春節無功電壓策略投入運行，各個變電站仍需加強電壓監視。

3.5.4地區及各縣（市）供電公司及市區未接入avc系統的變電站、avc系統已閉鎖投切的變電站或站內新投運未接入avc系統的無功補償設備由人工實施電容器全切除、正常電抗器全投入的策略，值班人員應加強電壓監視，及時調整有載變壓器的分接頭。各縣（市）調對調度管轄范圍內需調整分接頭的無載主變請及時安排。

3.5.5 地區及各縣（市）供電公司需按供電關口將關口功率因數控制在0.96以下。

4.控制成效及后續整改措施

4.1控制成效

考核時間為2014年1月22日～2月6日，對于春節期間同業對標指標電壓全時段控制在233kv以下評判標準。考核期間地區功率因數總合格率為61.307%，電壓標準的總合格率為99.907%，但仍有3座220kv變電站出現長時間無功倒送，且無功倒送量均較大，最大值達到了-10mvar，2座220kv變電站存在短時無功倒送。

從電壓標準統計情況來看，春節期間地區電網220kv母線電壓均控制在233kv以內，較出色的完成了春節母線電壓控制的任務。

從傳統功率因數統計標準可以看出，春節功率因數控制水平較去年基本持平，但是無功倒送點較為集中和突出，單個220kv變電站的倒送量超去年水平。

4.2后續整改措施

為了在將來的春節能夠更好的控制功率因數，提高合格率，建議采取以下措施：

1、對110kv新出電纜線路及線路上改下需同步校核無功平衡，及時增裝電抗器。尤其是新出110kv用戶電纜線路，在變電站側需配套增加無功補償裝置。

2、從春節及日常功率因數控制角度出發，首先在可能出現無功倒送的部分220kv變電站增裝電抗器。

3、春節期間仍需加強對用戶及配網的電容器管理，這是決定春節期間無功情況的關鍵。

結束語

無功電壓控制既要保證對用戶供電的電壓質量，降低線損，又要保證電網的安全、經濟運行。因此，地區及各縣（市）公司按照無功功率分層分區和就地平衡的原則，合理建設無功電源，強化運行管理，優化無功潮流，使整個地區的無功潮流基本平衡，提高了地區電網的電能質量和經濟運行水平。

第二篇：地區電網電壓無功控制方案研究開題報告

西安科技大學高新學院

畢業設計（論文）

題

開 題 報 告 目_____地區電網電壓無功控制的方案研究____

院（系、部)____

西安科技大學高新學院畢業設計(論文)開題報告

第三篇：電壓質量與無功管理辦法

電壓質量與無功電力管理辦法

第一章

總 則

1.1提高電壓質量、保持無功電力平衡是保證電網穩定、經濟運行和供用電設備正常運行的重要手段。各職能部室要加強對所轄電網電壓質量和無功電力的綜合管理，不斷提高電壓質量和功率因數合格率水平。1.2堅持電壓質量和無功平衡綜合治理的原則，充分利用調壓和無功補償手段，改善農網電壓質量和功率因數。

1.3本辦法依據原電力部頒發《電力系統電壓和無功電力管理條例》、《電力系統電壓和無功技術導則》及省電力公司對農村電網電壓質量和無功管理辦法并結合我局實際情況制定本辦法。1.4本辦法適用于上蔡縣電業局電網電壓質量和無功電力管理工作。第二章 電壓質量標準

2.1農網各級標稱電壓值為：110KV、35KV、10KV、6KV、380V、220V。2.2供電電壓允許偏差值：

35KV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%。10KV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的-7%-+7%。220V單相供電電壓允許偏差值為標稱電壓的-10%-+7%。

對電壓質量有特殊要求的用戶，供電電壓允許偏差值由供用電協議確定。第三章 無功補償

3.1農網無功補償的原則和方式

3.1.1農網無功補償的原則為：統一規劃，合理布局，分級補償，就地平衡。

3.1.2農網無功補償的方式為：集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主。3.2功率因數要求

變電站主變壓器二次側功率因數在0.9及以上； 10（6）KV出線功率因數在0.9及以上； 公用配電變壓器二次側功率因數在0.85及以上；

100KVA及以上容量的用戶變壓器二次側功率因數在0.9及以上； 3.3 無功補償容量的確定

3.3.1 35KV及以上變電站的容性無功補償裝置以補償變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無功補償。無功補償裝置容量按主變壓器容量的10%-30%補償，并滿足35KV-110KV主變最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95。

3.3.2 110KV變電站的單臺主變容量為40MVA及以上時，每臺主變應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。110KV變電站無功補償裝置的單組容量不宜大于6Mvar，35KV變電站無功補償裝置的單組容量不宜大于3Mvar，單組容量的選擇還應考慮變電站負荷小時無功補償的需要。

3.3.3 配電網的無功補償以配變低壓側集中補償為主，以高壓補償為輔。配變的無功補償裝置容量可按變壓器最大負載率為75%，負荷自然功率因數為0.85考慮，補償到變壓器最大負荷時其高壓側功率因數不低于0.95，或按照變壓器容量的20%-40%進行配置。配電變壓器的電容器組應裝設以電壓為約束條件，根據功率因數（或無功電流）進行分組自動投切的控制裝置。

3.3.4 10（6）KV配電線路可以根據無功負荷情況采取分散補償的方式進行補償。

3.3.5 5KW及以上的交流異步電動機應進行隨機補償，其補償容量依據電動機額定容量的20-30%。第四章 專業管理及職責分工

4.1局成立電壓無功管理領導小組，組長由分管生產副局長擔任，成員由生產技術部、企業管理部、農電工作部、調度變電運行部、市場營銷部等部門負責人組成，負責全局的電壓無功決策性管理與領導。生產技術部為電壓無功綜合歸口管理部門，并設立專職，負責全局日常電壓無功管理與協調工作；調度變電運行部、市場營銷部、農電工作部和各供電所為具體實施部門，分別設（兼）專職負責人一名，負責本部室電壓和無功電力管理日常工作。4.2職責分工

4.2.1電壓無功領導小組職責

4.2.1.1負責研究落實上級有關電壓無功管理的法律、法規、方針、政策和管理制度、辦法，監督、檢查貫徹執行情況。

4.2.1.2負責審定中長期電網電壓無功設計規劃，批準提高電壓無功指標的計劃、措施，組織落實重大降損措施。

4.2.1.3負責審批本局有關電壓無功管理制度、電壓無功指標分解及考核方案。

4.2.1.3定期召開電壓無功分析例會，分析電壓無功完成情況及電壓無功管理過程中存在的問題，研究制定整改措施，并監督檢查有關部門整改實效。4.2.2企業管理部職責

4.2.2.1負責各級電壓無功管理部門的指標考核及獎懲兌現；對電壓無功管理部室和單位進行經常性的監督檢查和不定期抽查。4.2.3生產技術部職責

4.2.3.1組織貫徹執行上級的規程、政策、措施及相關工作。

4.2.3.2定期組織電壓質量和無功補償設備的運行分析，研究電壓和無功管理工作，提出改進措施。4.2.3.3監督考核各責任單位完成電壓、無功各項指標。

4.2.3.4匯總各種定期報表，按時上報并分析存在的問題，提出解決意見。

4.2.3.5組織開展專業技術培訓和技術交流工作，總結和推廣應用新技術、新成果、新經驗。4.2.4調度變電運行部職責

4.2.4.1負責A類電壓合格率的考核統計工作，采取有效措施，使A類電壓合格率達到局下達指標要求。4.2.4.2負責局屬各級電壓的監視，配合市調充分利用現有設備，合理編制、安排電網運行方式，每日及時調整各級電壓，使各監測點電壓在高峰、低谷時的電壓偏移符合規定標準。

4.2.4.3按季節負荷變化及電網運行方式，合理調度主變分接頭檔位和變電站集中無功補償裝置的投切。4.2.4.4每年進行一次在各典型運行方式下系統電壓和無功優化計算，并根據系統實際和規劃提出新增裝設無功補償裝置的建議。

4.2.4.5每月組織局屬變電站和重要用戶典型日、日典型點的有功、無功、電壓抄表并匯總分析，及時調整運行方式，調整無功出力，使電壓符合規定標準，使電網運行方式最經濟。

4.2.4.6每月繪出電網典型日及最大負荷日電網電壓有功、無功潮流圖，并報生產技術部及生產局長。4.2.4.7參與研究系統無功補償、調壓和電網完善等技術措施。

4.2.4.8加強變電站無功補償裝置的運行管理，使無功補償電容器可用率達到規定要求。

4.2.4.9加強對變電站10KV母線電壓的監視，每日定期抄表（8、10、12、20、22時）根據母線電壓及功率因數情況及時匯報縣調，及時投退無功補償裝置，并做好相關記錄，對補償裝置加強巡視，發現問題及時匯報。

4.2.4.10運行人員根據調度命令及時調整主變有載分接開關，并記錄檔位變化，無勵磁調壓主變分接頭檔位調整由檢修人員進行。

4.2.4.11加強電能質量管理搞好諧波監測分析，諧波符合國家有關規定。電壓正弦波畸變率：高壓供電網（35KV）≤3%；中壓配電網（10KV）≤4%。4.2.5市場營銷部職責

4.2.5.1負責用戶電壓和無功電力管理工作，組織督促用戶搞好無功補償設備的安裝投運工作，挖掘無功潛力，協同用戶做好改善電壓質量、提高力率的技術措施，及時反映用戶對電壓質量的意見。4.2.5.2負責城區配網的無功就地平衡及配網無功補償的規劃、布局及改造計劃。

4.2.5.3負責配網公用變和用戶變的電壓分接頭調整，及低壓無功補償裝置安裝及管理，確保配網、用戶電壓合格率符合上級要求。

4.2.5.4每年進行一次配網無功優化計算，并進行無功運行分析，提出配網優化建議。4.2.5.5參與研究系統無功優化，調壓等電網完善技術措施。

4.2.5.6每年進行一次用戶功率因數普查，重點是100KVA以上配變。

4.2.5.7實行配網經濟調度，合理調整配網運行方式，保持配變經濟運行，及時停運空載配變，提高配變利用率。

4.2.5.8負責C、D類電壓監測儀表的日常運行和維護，對C、D類電壓合格率進行統計考核。

4.2.5.9加強電能質量管理搞好諧波監測分析，諧波符合國家有關規定。電壓正弦波畸變率：低壓供電網（380V及以下）≤5%；中壓配電網（10KV）≤4%。4.2.6輸配電運行部職責

4.2.6.1負責用戶電壓和無功電力管理工作，組織督促用戶搞好無功補償設備的安裝投運工作，挖掘無功潛力，協同用戶做好改善電壓質量、提高力率的技術措施，及時反映用戶對電壓質量的意見。4.2.6.2負責城區配網的無功就地平衡及配網無功補償的規劃、布局及改造計劃。4.2.6.3參與研究系統無功優化，調壓等電網完善技術措施。4.2.6.4負責所屬10KV配電線路無功補償裝置的運行維護工作。4.2.7農電工作部及各供電所職責

4.2.7.1負責農村配網的無功就地平衡及無功補償的規劃、布局及改造計劃。

4.2.7.2負責農村用戶電壓和無功電力管理工作，組織督促用戶搞好無功補償設備的安裝投運工作，挖掘無功潛力，協同用戶做好改善電壓質量、提高力率的技術措施，及時反映用戶對電壓質量的意見。

4.2.7.3負責配網公用變和用戶變的電壓分接頭調整，低壓無功補償裝置的安裝及管理，確保配網、用戶電壓合格率符合上級要求。

4.2.7.4負責所屬10KV配電線路無功補償裝置的運行維護工作。4.2.7.5每年進行一次用戶功率因數普查，重點是100KVA以上變壓器。4.2.7.6每年進行一次農網無功優化計算，提出農網無功優化建議。

4.2.7.7實行配網經濟調度，合理調整配網運行方式，保持配變經濟運行，及時停運空載配變，提高配變利用率。

4.2.7.8參與研究系統無功優化，調壓等電網完善技術措施。

4.2.7.9負責D類電壓監測儀表的日常運行和維護，對D類電壓合格率進行統計考核。

4.2.7.10加強電能質量管理搞好諧波監測分析，諧波符合國家有關規定。電壓正弦波畸變率：低壓供電網（380V及以下）≤5%；中壓配電網（10KV）≤4%。4.2.8市場營銷部計量中心職責

4.2.8.1負責全局電壓監測儀表的安裝更換、修校工作。第五章

設備管理

5.1加強電壓質量調控和監測設備定期巡視檢查，發現問題及時進行檢修維護，確保設備可投運率達到95%及以上。

5.2 局新建變電站應采用節能型有載調壓變壓器，對已投運的無載調壓變壓器要逐步進行有載調壓改造。

5.3用戶端電壓過高或過低時，應及時對配電變壓器分接頭位置進行調整。

5.4積極應用地區電網和變電站無功電壓優化控制技術，努力提高各類電壓合格率水平。

5.5電壓無功專責人員應掌握電壓監測裝置的正確操作方法，并根據局電壓監測裝置定期檢查和校驗制度，加強對電壓監測裝置的運行巡視檢查(每月一次)，對不合格的裝置及時匯報主管部門組織進行更換，提高電壓監測的準確性和可靠性。第六章 電壓監測

6.1各類電壓監測點的定義：

A類：35KV-220KV變電站向客戶供電的10（6）KV母線。B類：35KV及以上專線用戶的客戶端；

C類：35KV非專線用戶及10（6）專線用戶的客戶端； D類：380V、220V單相用戶的客戶端。6.2電壓監測點設置原則

6.2.1變電站的10（6）KV母線及35KV用戶受電端，都應設置電壓監測點。

并列運行的主變壓器，可選其中1臺主變壓器的二次側母線為電壓監測點。雙母線運行，可選主母線為電壓監測點。

6.2.2變電站供電區內有10KV高壓用戶時，至少設1個高壓用戶監測點。該監測點應設在具有代表性的高壓用戶分界點。

6.2.3小火（水）電廠與農網并網的連接處應設1個電壓監測點，以監測小火（水）電廠的電壓質量。6.2.4每座變電站供電區至少設兩個低壓監測點，其中1個監測點設在配電變壓器二次側出口，另一個設在具有代表性的低壓線客戶端。

6.2.5每百臺配電變壓器至少設1個低壓用戶電壓監測點；每個供電所至少設1個低壓監測點。縣局配電變壓器總數超過2000臺時，超過部分每兩百臺設一個監測點。

縣城和城鎮低壓居民用戶電壓監測點不得少于3個，設在負荷性質不同的低壓客戶端。

6.2.6可以另行設置移動式統計型電壓監測點，用以抽測典型時間段居民用戶電壓質量狀況，作為調查分析的補充。6.3電壓監測裝置

6.3.1各類電壓監測點，都必須裝設自動記錄型電壓監測儀。變電站已裝設具有電壓監測和統計功能的自動化設備，可以不再裝設電壓監測裝置。

6.3.2運行中的電壓監測儀器應每天24h連續不間斷地進行監測統計和記錄，能按要求打印各項功能數據，測量精度不應低于0.5級，并至少保證停電72h不丟失已監測到的數據。第七章 統計考核

7.1電壓合格率是指實際運行電壓在允許電壓偏差范圍內累計運行時間與對應的總運行統計時間之比的百分值。

7.2電壓合格率計算方法

7.2.1某監測點電壓合格率=[1-監測點電壓超限時間（分鐘）/監測點運行時間（分鐘）]×100% 7.2.2某部門管轄同類監測點電壓合格率=∑該類監測點電壓合格率/該類監測點總數 7.2.3局綜合電壓合格率 V＝0.5A＋0.5（B＋C＋D）/N 其中：

A：為A類電壓監測點變電站10KV母線電壓合格率

A＝[1-∑1n電壓監測點電壓超出偏差時間（分）/∑1n電壓監測點運行時間（分）]*100% B：為B類電壓監測點35KV及以上專線用戶電壓合格率。計算方法同A。C：為C類電壓監測點10KV用戶電壓合格率。計算方法同A。D：為D類電壓監測點380/220V用戶電壓合格率，計算方法同A。n：為監測點的個數 N：指B、C、D類別數。

7.3縣局供電綜合電壓合格率應達到96%及以上。居民用戶端電壓合格率根據市局計劃指標進行考核。7.4局電壓和無功統計報表實行分級管理逐級上報的方式。應建立和完善以下報表：

調壓、力率無功補償季報表（變電站由調度變電運行部填報），城網及用戶由市場營銷部填報、農網及用戶由農電工作部填報）

35KV界面平均功率因數月報表（調度變電運行部填報）10KV界面平均功率因數月報表（調度變電運行部填報）變電站10KV并聯電容器可投運率月報表（調度變電運行部填報）

A、C、D類電壓合格率月報表（由調度變電運行部、市場營銷部、農電工作部填報）電壓監測儀表運行情況季報表（由調度變電運行部、市場營銷部、農電工作部填報）10KV公用線路平均功率因數月報表（市場營銷部、農電工作部填報）10KV專用線路平均功率因數月報表（市場營銷部）

10KV線路并聯電容器可用率月報表（市場營銷部、農電工作部填報）

以上報表實行月報制，要求每月21日上報月報表，每季第4個工作日前報送上季無功電壓分析，每年元月底上報電壓無功總結至生產技術部。第八章 考核與獎懲

8.1電壓無功各項指標和小指標考核實行分級考核管理辦法。由局企業管理部、生產技術部組成考核組，按月季年進行檢查考核。

8.2全局綜合電壓合格率考核對象為生產技術部；A類電壓合格率，10KV、35KV界面功率因數，變電站并聯電容器可用率考核對象為調度變電運行部；C、D類電壓合格率、城區10KV公（專）用線路月平均功率因數、10KV線路并聯電容器可用率、380V電容器可用率考核對象為市場營銷部部； 農網D類電壓合格率10KV線路并聯電容器可用率、380V并聯電容器可用率考核對象為市場營銷部部、農電工作部；電壓檢測儀輪校率考核對象為計量中心。

8.3本辦法的檢查和考核，按局《電壓無功管理考核辦法》執行。第九章

附

則

9.1局所屬職能部室可依據本辦法并結合自身實際情況，制定實施細則，并報局生產技術部備案。9.2本辦法自發布之日起實行，其解釋權歸局電壓無功管理領導小組負責解釋。

第四篇：河北省南部電網的無功平衡和電壓控制

河北省南部電網的無功平衡和電壓控制

宋瑜，李志勇

（河北省電力調度通信中心，河北石家莊050021）摘 要：通過對2002河北省南部電網無功電壓運行情況的分析，指出了當前無功平衡和電壓控制方面存在的問題和解決方案，并對提高電壓管理水平和優化電網運行等提出了看法。關鍵詞：無功平衡；電網運行；分析；無功補償；電壓

隨著電網的不斷發展和電力體制改革的逐步深化，人們對電壓問題的重視程度逐漸增加。它不僅是供電質量問題，而且對電力系統的安全經濟運行、保證用戶安全生產和產品質量以及電氣設備的安全和壽命等方面都具有重要影響，同時也是電力企業管理水平的具體體現。無功電力平衡是保證電壓質量的基本條件。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。

由于無功功率的發、供、用呈現強烈的分散性，給電壓和無功功率的發、供、用控制帶來了極大的困難。本文從分析河北省南部電網（以下簡稱河北南網）的無功電壓基本狀況入手，找出其存在的問題以及造成這些問題的原因和解決辦法，對提高電壓管理水平、優化電網運行有著十分重要的意義。1河北南網無功電壓現狀1.1基本情況

截至2002年底，河北南網220 kV有載調壓變74臺，容量9 510 MV·A，臺數比和容量比分別為64.9％和65.1％；500 kV有載調壓聯絡變3臺，容量2 250 MV·A，臺數比和容量比均為75％。

目前河北南網的無功功率補償設備主要是電容器組、高/低壓電抗器等。全網110 kV及以上變電站無功補償電容器總容量3 974 MV·A，其中500 kV變電站240 MV·A，220 kV變電站1 984 MV·A，110 kV變電站1 750 MV·A；全網無功補償電抗器總容量945 MV·A，其中高抗450 MV·A，低抗495 MV·A。1.2配置原則和調整手段

在無功補償設備的配置上，主要是考慮分層分區就地平衡的原則：對于220 kV、500 kV電網，宜力求保持各電壓層面的無功功率平衡，盡可能使這些層間的無功功率流動極小，以減少通過降壓變壓器傳輸無功功率時產生的大量消耗；對于110 kV及以下的供電網，推行用戶就地補償是最大的原則，實現無功功率的分區和就地平衡，防止電壓大幅波動。

無功分布的調節主要是通過各廠站按照河北省電力調度通信中心（以下簡稱省調）下達的電壓曲線和功率因數曲線進行調節（特殊情況按照省調的指令執行）。具體的調節手段包括調節發電機的無功功率輸出、投切電容器（電抗器）、調節變壓器的分接頭以及改變系統運行方式等。

1.3電壓控制情況

河北南網主網的電壓水平在穩步提高。截至2002年底，河北南網主網電壓合格率達到了

99.63%，高于

部頒98％的標準，特別是500 kV廉滄線的投產，對穩固東部地區電壓水平起到了關鍵作用。2存在的問題

雖然目前河北南網的無功電壓控制基本滿足了電網要求，但隨著電網建設的迅速發展，特別是

500 kV電網的不斷加強、峰谷差加大、負荷特性變化等形勢的出現，加之有關管理辦法未及時修訂等因素的存在，河北南網的無功電壓運行管理變得更加復雜，出現了以下問題，這些問題如不引起重視，可能影響供電質量，甚至危及電網安全。2.1低谷負荷時段的高電壓問題

雖然河北南網主網電壓合格率較高，但在低谷時段部分電壓監視點仍存在電壓偏高的現象，尤以春節期間最為嚴重，其主要原因為電網的無功功率過剩，主要體現在：

a.隨著人們生活水平提高和經濟結構調整，電網峰谷差日益加大。在低谷時段，由于負荷很低，主網線路極度輕載，變壓器負載率也大幅下降，使主網中的無功損耗大幅度降低；同時，由于進相運行的機組較少，造成線路充電功率過剩，使主網電壓偏高。

b.從電源分布和負荷增長來看，南部地區（如邯鄲）裝機容量較大，但負荷增長（尤其是低谷負荷）較為緩慢；同時，由于缺少吸收無功的設備，僅靠調節發電機無功功率的輸出、調節主變分頭和投切電容器等手段，個別時段無法滿足要求。

c.對小火電廠和大用戶的考核管理辦法不太合理。小火電廠和大用戶的用戶功率因數根據月有功電量和無功電量計算，而不是根據實際的功率因數統計得到的。峰谷上網電價的實施，對電壓調整產生了不利的影響。小火電廠往往通過峰時段機組高功率因數運行以便能發出較多的峰時段電量，谷時段機組低功率因數運行以便能發出較多的無功電量用以彌補峰時段少發的缺額，以此來滿足功率因數考核的要求；對大用戶來說，即使高峰時段因未投入電容器造成功率因數過低，也可以通過低谷時段不切除電容器的方法(在保證不向系統倒送無功的情況下）來完成月末考核指標，故加重了電網電壓調整的難度。2.2大負荷季節高峰時段的無功不足問題

河北南網的大負荷季節一般在春夏季節，電壓最難控制。雖然提前采取了保電壓措施，對穩定主網電壓起到了積極的作用，但在高峰時段，仍有電網電壓偏低現象。原因是電網無功不足，主要體現在： a.負荷性質發生了變化。近年來河北省南部地區干旱少雨，氣候異常干燥，空調負荷和灌溉負荷增長迅猛且在電網中占有較大比重。由于此類設備的運行需消耗大量的無功，造成電網無功不足，電壓降低。

b.網內無功備用容量不足，安全水平降低。表1和表2分別列出了2002-07-17 11:25:00 實測大負荷情況下, 河北南網主力電廠和供電公司的運行數據。高峰時段，各電廠的平均功率因數為

0.877，基本上發揮了設備的最大能力；各供電公司除了邯鄲由于裝機容量較大，無功補償較低外，其它地區的補償容量都很大。結合電壓水平可以看出，大負荷季節，河北南網調動了一切可以利用的設備，幾乎傾盡了系統的所有有功、無功，系統安全水平大大降低。

2.3電壓水平對500 kV電網的依賴性較大

從表

1、表2可以看出，河北南網的電壓水平對500 kV電網的依賴性較大，在大負荷季節尤為明顯。從N-1掃描結果來看，在衡、滄地區負荷超過1 600 MW時，500 kV廉滄線故障，即使衡水電廠雙機運行，電容器全部投入，220 kV雙樓站電壓仍將低至200 kV以下，電壓波動較大。500 kV保北＃1主變停運，保定地區220 kV系統電壓將下降20～30 kV，個別站（如蠡縣站）的電壓最低可能降至190 kV，低電壓切負荷裝置可能動作切除部分負荷；同時，由于潮流轉移可能引發石保送電斷面的穩定問題。究其原因主要是這些地區負荷增長迅速，網架結構薄弱，500 kV電網輸送潮流過大，電網缺乏有力的無功電源支撐所致。單站、單線、單變的500 kV電網一旦發生問題，影響很大。為此，河北省電力公司已經加快500 kV電網的建設，同時制定了各種技術措施和組織措施，保證現階段電網的安全和對用戶的可靠供電。2.4其它問題 2.4.1電容器檢修問題

由于并聯電容器的相關設備（如放電線圈、熔斷器、開關、電容器等）比較多，有時需等廠家派人處理，造成檢修工期長，影響設備的投入率。

2.4.2變壓器變比和有載變壓器調壓范圍選擇問題

該問題主要表現為變壓器額定變比選擇不當，有載調壓開關分頭變比選擇不合適，調壓范圍不滿足要求等。由于歷史原因，部分變電站（如曲周、王段、王里、東寺、大河等）的調壓開關分頭變比不一樣，2臺主變調整電壓困難，只能放在相近的分頭位置上運行，影響了調壓效果。2.4.3缺少調相機等設備

由于受工程造價、維護費用、網損等因素的影響，調相機已經逐漸被造價低廉的并聯電容器所替代，但是在改善電壓的動態特性、實現均勻細調等方面，調相機具有不可比擬的優點。

3解決策略

3.1綜合考慮各種因素的影響

由于無功電壓的分散性和分層性，使得其控制比有功功率和頻率的控制要困難得多。單從某個方面考慮無功電壓問題是片面的，要結合各個電壓層之間、電網安全、電力用戶、城市電網、農村電網、無功補償設備選擇、線損、現場條件、無功電壓的運行、管理的可操作性等之間的關系，控制好電廠和用戶兩端，管理好變電站和低壓電網等中間環節，合理布置調壓手段和控制裝置，做到調壓手段和無功補償容量互相協調配合，才能達到既安全經濟，又能滿足各個電壓層的電壓水平要求的目的。3.2運用市場經濟手段，加強無功電壓管理

隨著市場經濟的發展和電力體制改革的深入，傳統的調度模式和管理辦法已經無法適應新形勢的要求，因此在遵循電網發展規律的前提下，積極探索適應當前形勢的無功電壓管理辦法有著重要的意義。今后應在仔細研究國家相關政策和電網協調運行的基礎上，制定完善的經濟獎懲辦法，加大考核力度，運用市場經濟手段加強無功電壓管理，減少電壓波動，提高電網的管理水平。3.3加強調壓設備的維護和改造

加強調壓設備檢修維護，及時處理缺陷，保證設備正常運行。為了增強調節手段，可結合基建更改工程逐步解決2臺主變有載、無載變壓器不能并列運行以及調壓范圍不同的問題。3.4提高發電機的進相和高功率因數運行能力

開展發電機進相和高功率因數運行試驗研究，積極推行在無功過剩地區大機組高功率因數和進相運行，盡快完成馬頭、西柏坡、上安等主力電廠的大機組進相試驗工作，充分利用發電機的無功調節性能，在南部和中部地區電網的低谷負荷期間，高功率因數（0.99～1.0）運行或進相運行。

實踐證明：將現有的部分發電機由遲相運行轉入進相運行，吸收系統過剩的無功功率，技術上簡便易行，經濟上節約投資，應該盡快實施。3.5推行用戶就地補償是最大的原則

由于長期受有功短缺的影響，許多用戶忽視用電功率因數，未能根據電力負荷的變化投切電容器，造成電網無功功率分層分區平衡失控，使原由用戶承擔的調壓責任和補償容量由電網來承擔，客觀上增加了電網的負擔，影響了電網的經濟性和安全性。

上海電網無功補償經驗是：整個系統的安全，用戶就地補償是最大的原則。要求變電站一次側的受電功率因數在低谷負荷時不得高于0．95，高峰負荷時不得低于0．95，大大減緩了因負荷大起大落造成的大的電壓波動。電網只解決用戶解決不了的問題，即補償電網本身產生和消耗的無功（一般電網補償為過補償）。

無功儲備留在發電機中以便事故情況下迅速調出。這樣，系統調壓是主動、經濟、高效的，且有較強的抗事故沖擊能力，值得推廣。

3.6開展對電網無功電壓實時平衡的研究

從運行上看，由于無功電壓運行管理上的復雜性，多年來多數調度部門把對無功補償設備的控制權限下放給電廠和變電站，要求其按照下達的電壓和功率因數曲線執行，較少從系統角度考慮無功電壓的實時平衡。其它網省調的運行經驗證明：實行電網無功電壓統一管理與調整，分區實現無功電壓的實時平衡，可以有效地改善電網的電壓水平。

3.7加快500 kV電網的建設，提高系統500 kV電壓支撐

目前河北南網對500 kV設備依賴程度較高。單站、單線、單變的500 kV網架結構對電壓影響很大，一旦受端失去500 kV電壓支撐，可能造成該站周圍地區電壓的大幅降低，甚至引發嚴重的電網事故。而建電廠受到水源、環保等條件限制，短期內無法完成，所以加快500 kV電網的建設勢在必行。

參考文獻

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第五篇：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

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