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1、电压稳定性分析课件本讲稿第一页，共八十二页目目 录录 一概述一概述二复杂电力系统静态稳定分析二复杂电力系统静态稳定分析 四电力系统低频振荡分析及解决方法四电力系统低频振荡分析及解决方法 三三复杂电力系统暂态稳定性分析复杂电力系统暂态稳定性分析五五电力系统电压稳定性分析及处理措施电力系统电压稳定性分析及处理措施 六电力系统中、长期稳定性研究六电力系统中、长期稳定性研究 本讲稿第二页，共八十二页第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 一概述一概述二简单系统电压静态稳定性分析三改善系统电压稳定性的技术改善系统电压稳定性的技术 本讲稿第三页，共八十二页第一节第一节

2、 概述概述一、电压稳定性的基本概念一、电压稳定性的基本概念 近近3030年来，电力系统向大机组，大电网，年来，电力系统向大机组，大电网，高电压和远距离输电发展。这对合理利高电压和远距离输电发展。这对合理利用能源，提高经济效益和保护环境具有用能源，提高经济效益和保护环境具有重要的意义。但也给电力系统的安全运重要的意义。但也给电力系统的安全运行带来了一些新问题。其中之一就是电行带来了一些新问题。其中之一就是电压崩溃恶性事故。压崩溃恶性事故。7070年代以来，国内外年代以来，国内外的电网发生了多起以电压失稳为特征的的电网发生了多起以电压失稳为特征的电网瓦解事故。电网瓦解事故。第五章电力系统电压稳定性

3、分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四页，共八十二页 19721972年年7 7月月2727日我国湖北电网的武汉和日我国湖北电网的武汉和黄石地区的电压崩溃事故，使受端系统全黄石地区的电压崩溃事故，使受端系统全部瓦解；部瓦解；19731973年年7 7月月1212日东北电网的大连地区电压日东北电网的大连地区电压崩溃，造成大连地区全部停电。崩溃，造成大连地区全部停电。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五页，共八十二页 19781978年年1212月月1919日法国电网大停电；日法国电网大停电；19831983年年1212

4、月月2727日瑞典电网事故；日瑞典电网事故；19871987年年7 7月月2323日日本东京大停电；日日本东京大停电；美国西部美国西部19961996年年7 7月月2 2日和日和8 8月月1010日连续日连续两次大停电事故；两次大停电事故；因为电压失稳导致大面积，长时间的停电，因为电压失稳导致大面积，长时间的停电，造成巨大的经济损失和社会混乱。造成巨大的经济损失和社会混乱。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第六页，共八十二页 多多次次大大停停电电事事故故给给人人们们震震动动很很大大，再再次次向向电力界敲响了警钟。电力界敲响了警钟。我我国国电电力

5、力工工业业部部也也专专门门组组织织有有关关人人员员进进行行研研究究，讨讨论论我我国国电电网网的的现现状状及及存存在在的的问问题，使电压稳定问题成为关注的焦点。题，使电压稳定问题成为关注的焦点。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第七页，共八十二页 电压稳定的研究可以追溯到电压稳定的研究可以追溯到4040年代，年代，H.M.H.M.马尔柯维奇提出了第一个电压稳定判据。马尔柯维奇提出了第一个电压稳定判据。但是直到但是直到7070年代，对电压稳定性的研究一年代，对电压稳定性的研究一直处于初级阶段，没有多大进展。人们一直直处于初级阶段，没有多大进展。人们

6、一直认为电压稳定问题是局部的，系统末端的小认为电压稳定问题是局部的，系统末端的小问题。问题。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第八页，共八十二页 19781978年法国电网的灾难性电压崩溃事故使年法国电网的灾难性电压崩溃事故使电压稳定问题受到关注。这次典型的电压崩电压稳定问题受到关注。这次典型的电压崩溃事故使法国电网溃事故使法国电网70%70%以上的用户停电。以上的用户停电。电压稳定问题已经是影响整个电网安全稳电压稳定问题已经是影响整个电网安全稳定运行的大问题。定运行的大问题。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及

7、处理措施 本讲稿第九页，共八十二页 7070年代末期开始，人们对电压稳定问题进年代末期开始，人们对电压稳定问题进行了大量的研究工作。行了大量的研究工作。由于有记录的电压崩溃事故离初始故障的由于有记录的电压崩溃事故离初始故障的时间都比较长，早期普遍认为电压稳定是一时间都比较长，早期普遍认为电压稳定是一个静态问题，研究的重点集中在静态机理探个静态问题，研究的重点集中在静态机理探讨和基于潮流方程的极限运行状态的求取。讨和基于潮流方程的极限运行状态的求取。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十页，共八十二页 随后遇到的困难使人们认识到电压稳定随后遇到的

8、困难使人们认识到电压稳定问题的复杂性和动态研究的必要性，研究问题的复杂性和动态研究的必要性，研究人员反过来重视了对电压崩溃现象的物理人员反过来重视了对电压崩溃现象的物理本质的探讨，动态机理分析和建模等方面本质的探讨，动态机理分析和建模等方面的研究。的研究。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十一页，共八十二页 到目前为止，电压稳定性研究已取得到目前为止，电压稳定性研究已取得了很大的进展，但离实际要求还差得很了很大的进展，但离实际要求还差得很远。远。电压稳定性的理论体系还未建立，甚电压稳定性的理论体系还未建立，甚至对于电压稳定破坏的机理尚有许多不

9、至对于电压稳定破坏的机理尚有许多不同的观点。同的观点。这一方面的工作还有待进一步地开展。这一方面的工作还有待进一步地开展。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十二页，共八十二页 关关于于电电压压稳稳定定性性的的定定义义至至今今仍仍存存在在分分歧歧。19901990年年IEEEIEEE将将电电压压稳稳定定性性定定义义为为“系系统统维维持持电电压压的的能能力力。当当负负荷荷导导纳纳增增大大时时，负负荷荷功功率率也也随随之之增增大大，并并且且功功率率和和电电压压都都是能控的。是能控的。”电电压压崩崩溃溃是是指指由由于于电电压压不不稳稳定定所所导导致致

10、的的系系统内大面积，大幅度的电压下降的过程。统内大面积，大幅度的电压下降的过程。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十三页，共八十二页 CIGRECIGRE于于19931993年年把把电电压压稳稳定定研研究究分分为为静静态态电电压压稳稳定定和和动动态态电电压压稳稳定定，又又进进一一步步将将动动态态电电压压稳稳定定分分为为小小扰扰动动电电压压稳稳定定，暂暂态电压稳定和动态电压稳定。态电压稳定和动态电压稳定。电电压压稳稳定定性性和和功功角角稳稳定定性性的的研研究究侧侧重重点点不不同同，如如何何认认识识二二者者的的联联系系迄迄今今仍仍无无定定论论。两

11、两种极端的情况是：种极端的情况是：第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十四页，共八十二页 一一台台同同步步发发电电机机经经一一个个电电抗抗接接于于无无穷大母线（纯穷大母线（纯“功角稳定性功角稳定性”）；）；一一台台同同步步发发电电机机经经一一个个电电抗抗接接于于“静态静态”负荷（纯负荷（纯“电压稳定性电压稳定性”）。）。伴伴随随功功角角不不稳稳定定出出现现的的电电压压下下降降，具具有有伴伴随随电电压压不不稳稳定定出出现现的的电电压压崩崩溃溃的的某某些些现现象象。但但电电压压失失控控不不一一定定包包含含大大的的或或越越来来越越大的功角偏离。大的功

12、角偏离。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十五页，共八十二页 现在普遍接受的观点是电力系统静态电压水现在普遍接受的观点是电力系统静态电压水平主要由无功功率平衡条件决定。平主要由无功功率平衡条件决定。许多文献把电压崩溃归结为系统不能满足许多文献把电压崩溃归结为系统不能满足无功需求的增加，在某些不良运行点或当系无功需求的增加，在某些不良运行点或当系统受到较大扰动后，首先因为发电机励磁系统受到较大扰动后，首先因为发电机励磁系统的强励和负荷端电压下降，负荷需求减少，统的强励和负荷端电压下降，负荷需求减少，系统能保持电压相对稳定。系统能保持电压相对稳定

13、。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十六页，共八十二页 随后，由于带负荷调压变压器的连续调随后，由于带负荷调压变压器的连续调节使负荷端电压升高，供电得以恢复，同时节使负荷端电压升高，供电得以恢复，同时带负荷调压变压器一次侧电压下降，电流上带负荷调压变压器一次侧电压下降，电流上升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电压下降，电压稳定破坏。压下降，电压稳定破坏。电力系统有功功率和无功功率不能截然分电力系统有功功率和无功功率不能截然分开进行分析，电压崩溃既于无功功率相关，开进行分析，电压崩溃既于无功功率相关，也于

14、有功功率相关。也于有功功率相关。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十七页，共八十二页二、电压稳定性的研究内容二、电压稳定性的研究内容 电压稳定的研究按照其目的不同目前分电压稳定的研究按照其目的不同目前分为三大类：电压崩溃的机理探讨，电压为三大类：电压崩溃的机理探讨，电压稳定安全计算和预防措施研究。稳定安全计算和预防措施研究。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十八页，共八十二页 电压崩溃机理探讨的目的是弄清楚主导电压崩溃机理探讨的目的是弄清楚主导电压崩溃发生发展的本质因素，电压稳电压崩溃发生发

15、展的本质因素，电压稳定问题和电力系统其它问题的相互关系，定问题和电力系统其它问题的相互关系，电力系统中各种元件对电压稳定性的影电力系统中各种元件对电压稳定性的影响，并建立分析电压稳定问题的适当的响，并建立分析电压稳定问题的适当的系统模型。系统模型。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第十九页，共八十二页 早期的静态研究中的机理认识集中在早期的静态研究中的机理认识集中在 曲线和曲线和 曲线分析，潮流多解的稳定曲线分析，潮流多解的稳定性分析和基于灵敏度系数的物理概念讨论。性分析和基于灵敏度系数的物理概念讨论。动态因素受到重视后，负荷的动态特性，动态因

16、素受到重视后，负荷的动态特性，有载调压变压器（有载调压变压器（OLTCOLTC）的负调压作用受到）的负调压作用受到了普遍关注。了普遍关注。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十页，共八十二页 目前普遍认为无功功率的平衡，发电机目前普遍认为无功功率的平衡，发电机无功出力的限制，无功出力的限制，OLTCOLTC的动态特性和负荷的动态特性和负荷的动态特性与电压崩溃关系密切。的动态特性与电压崩溃关系密切。但目前对电压崩溃机理认识还不一致，不但目前对电压崩溃机理认识还不一致，不同研究人员所采用的系统模型也有很大差别，同研究人员所采用的系统模型也有很大差

17、别，因此迫切需要全面深入地开展电压失稳机理因此迫切需要全面深入地开展电压失稳机理的探讨。的探讨。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十一页，共八十二页 负荷动态特性是探讨电压失稳机理的关键，负荷动态特性是探讨电压失稳机理的关键，建立适合于电压稳定研究的负荷模型已受建立适合于电压稳定研究的负荷模型已受到重视。到重视。电压稳定与同步稳定研究一样，求解稳定电压稳定与同步稳定研究一样，求解稳定裕度是十分关键的工作。据此我们可以分析裕度是十分关键的工作。据此我们可以分析系统的状况，采取控制措施，保证系统安全系统的状况，采取控制措施，保证系统安全运行。运

18、行。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十二页，共八十二页 电压稳定安全指标计算包括两个方面：电压稳定安全指标计算包括两个方面：寻找恰当的安全指标和快速又有足够灵敏寻找恰当的安全指标和快速又有足够灵敏度的计算方法。度的计算方法。已提出的安全指标主要有：各类灵敏度已提出的安全指标主要有：各类灵敏度指标，潮流雅可比矩阵奇异值指标，临界指标，潮流雅可比矩阵奇异值指标，临界电压指标和裕度指标电压指标和裕度指标 。裕度指标裕度指标的线性很好，但涉及临界点的求取，潮流的线性很好，但涉及临界点的求取，潮流雅可比矩阵奇异给计算带来困难。目前已雅可比矩阵奇异给

19、计算带来困难。目前已经在这方面做了许多工作。经在这方面做了许多工作。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十三页，共八十二页 其它指标只用到系统当时运行状态的信息，其它指标只用到系统当时运行状态的信息，计算简单，但线性较差，称之为状态指标比计算简单，但线性较差，称之为状态指标比较贴切。目前需要解决以下三个问题：较贴切。目前需要解决以下三个问题：快速准确的裕度指标计算方法；快速准确的裕度指标计算方法；根据动态机理对各类指标的合理性，根据动态机理对各类指标的合理性，准确性进行检验，为运行部门选择指标提准确性进行检验，为运行部门选择指标提供依据；供依

20、据；第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十四页，共八十二页在快速算法中计及影响电压稳定的主要动在快速算法中计及影响电压稳定的主要动态元件的作用。比如发电机无功越限和负态元件的作用。比如发电机无功越限和负荷特性的影响等。荷特性的影响等。预防措施的研究，以日本和法国采取的事预防措施的研究，以日本和法国采取的事故对策最为出色。前者强调增强事故状态下故对策最为出色。前者强调增强事故状态下的电压控制能力，后者基于对电压崩溃过程的电压控制能力，后者基于对电压崩溃过程阶段的划分，侧重于事故发生前的紧急状态阶段的划分，侧重于事故发生前的紧急状态下的预防措施。

21、下的预防措施。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十五页，共八十二页 目前普遍认为：加强无功备用，提高紧目前普遍认为：加强无功备用，提高紧急状态下的无功应变能力，防止无功功急状态下的无功应变能力，防止无功功率的远距离传输，紧急切负荷，闭锁甚率的远距离传输，紧急切负荷，闭锁甚至反调至反调OLTCOLTC是预防严重事故的有效措施。是预防严重事故的有效措施。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十六页，共八十二页三、电压稳定性的研究方法三、电压稳定性的研究方法 由于对电压稳定性机理的认识有一个过程，

22、由于对电压稳定性机理的认识有一个过程，对电压稳定性的研究可分为三个阶段：对电压稳定性的研究可分为三个阶段：第一阶段，从马尔柯维奇提出第一个电压第一阶段，从马尔柯维奇提出第一个电压稳定判据到稳定判据到2020世纪世纪7070年代中期，这是电压稳年代中期，这是电压稳定问题未引起足够重视的阶段；定问题未引起足够重视的阶段；第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十七页，共八十二页 第二阶段，从第二阶段，从2020世纪世纪7070年代末期到年代末期到8080年代年代中期，是注重电压静态机理研究的阶段；中期，是注重电压静态机理研究的阶段；第三阶段，从第三阶

23、段，从2020世纪世纪8080年代中期起，是以年代中期起，是以电压动态机理探讨为基础的研究阶段。目前电压动态机理探讨为基础的研究阶段。目前的一些研究方法和结论，是第一阶段和第二的一些研究方法和结论，是第一阶段和第二阶段的结果，在考虑电压动态机理时，有些阶段的结果，在考虑电压动态机理时，有些方法和结论需要修正。方法和结论需要修正。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十八页，共八十二页 按研究采用的模型划分，对电压稳定性按研究采用的模型划分，对电压稳定性的研究可以分为四大类：的研究可以分为四大类：基于物理概念的定性分析，基于物理概念的定性分析，基

24、于潮流方程的静态方法，基于潮流方程的静态方法，基于线性化动态方程的小干扰分析方法基于线性化动态方程的小干扰分析方法,基于非线性动态方程的时域仿真计算基于非线性动态方程的时域仿真计算。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第二十九页，共八十二页1.1.基于物理概念的定性分析基于物理概念的定性分析 定性分析对于指导研究方向非常重要。定性分析对于指导研究方向非常重要。基于基于“发电机发电机-输电线输电线-负荷负荷”模型导模型导出出 曲线，曲线，曲线和曲线和 曲线，依曲线，依此展开分析是最直观的一种研究方法。此展开分析是最直观的一种研究方法。第五章电力系统

25、电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十页，共八十二页 在第二阶段因为将电压稳定划为静态问在第二阶段因为将电压稳定划为静态问题，使研究走了一段弯路。某些灵敏度判题，使研究走了一段弯路。某些灵敏度判据，据，曲线机理解释都是在简化条件下曲线机理解释都是在简化条件下得出的，在应用到复杂系统时往往不成立。得出的，在应用到复杂系统时往往不成立。因此，目前迫切需要全面检验现有的有关因此，目前迫切需要全面检验现有的有关电压稳定问题的定性认识的正确性。电压稳定问题的定性认识的正确性。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十一

26、页，共八十二页2.2.基于潮流方程的静态研究基于潮流方程的静态研究 基于潮流方程的静态研究方法主要有基于潮流方程的静态研究方法主要有:最大功率法，最大功率法，灵敏度分析方法，灵敏度分析方法，潮流多解方法和潮流多解方法和 雅可比矩阵奇异方法。雅可比矩阵奇异方法。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十二页，共八十二页最大功率法最大功率法 当负荷需求超出电力网络传输功率极限时，当负荷需求超出电力网络传输功率极限时，系统会出现异常现象，其中包括电压失稳。系统会出现异常现象，其中包括电压失稳。这是一种朴素的物理观点。把电力网络输送这是一种朴素的物理观点

27、。把电力网络输送功率的极限作为静态电压稳定临界点正是最功率的极限作为静态电压稳定临界点正是最大功率法的基本原则。大功率法的基本原则。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十三页，共八十二页 常用的最大功率判据有：常用的最大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据，无功任意负荷节点的有功功率判据，无功功率判据功率判据,所有负荷节点的复功率之和最大判据。所有负荷节点的复功率之和最大判据。许多作者采用最大功率判据作为临界点许多作者采用最大功率判据作为临界点判据。判据。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第

28、三十四页，共八十二页灵敏度分析方法灵敏度分析方法 灵敏度分析方法利用系统中某些量的变化灵敏度分析方法利用系统中某些量的变化关系来分析稳定问题。常见的灵敏度判据关系来分析稳定问题。常见的灵敏度判据有有 ，其中，其中 分别为分别为 节点和节点和 节点的电压和节点的电压和无功功率注入量，无功功率注入量，为电网输送给负荷节点为电网输送给负荷节点的无功功率的总和与负荷需求的无功功率之的无功功率的总和与负荷需求的无功功率之差。差。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十五页，共八十二页 把灵敏度判据推广到复杂系统中，则转化把灵敏度判据推广到复杂系统中，则转

29、化为对某种形式的雅可比矩阵的数学性质的判为对某种形式的雅可比矩阵的数学性质的判断。断。在简单系统中，各类灵敏度判据是相互等在简单系统中，各类灵敏度判据是相互等价的，且能准确反映系统输送功率的极限能价的，且能准确反映系统输送功率的极限能力。力。但在推广到复杂系统后，则彼此不再但在推广到复杂系统后，则彼此不再总是一致，也不一定能反映系统的极限总是一致，也不一定能反映系统的极限输送能力。输送能力。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十六页，共八十二页第二节简单系统电压静态稳定性分析第二节简单系统电压静态稳定性分析 在电力需求不断增在电力需求不断增加

30、，负荷容量不断集加，负荷容量不断集中，电源远离负荷中中，电源远离负荷中心的情况下，当输电心的情况下，当输电系统带重负荷时，会系统带重负荷时，会出现图出现图5-15-1所示电压所示电压不可控制且连续下降不可控制且连续下降的电压不稳定现象。的电压不稳定现象。图图5-1 负荷点的电压崩溃过程负荷点的电压崩溃过程第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十七页，共八十二页 图图中中示示出出110kv110kv和和6kv6kv母母线线电电压压的的崩崩溃溃过过程程。开开始始时时母母线线电电压压自自发发下下降降，电电动动机机制制动动。电电压压崩崩溃溃的的基基本本

31、特特征征是是电电压压和和有有功功功功率率数数值值减减小小，无无功功功功率率增增大大。图图中中电电压压崩崩溃溃后后的的振振荡荡是由于同步电机的非同步运行引起的。是由于同步电机的非同步运行引起的。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十八页，共八十二页 电压稳定性是电力系统维持负荷电压水平的能电压稳定性是电力系统维持负荷电压水平的能力。它与电力系统的电源配置，网络结构及运行力。它与电力系统的电源配置，网络结构及运行方式，负荷特性等因素有关。往往由于系统电压方式，负荷特性等因素有关。往往由于系统电压的扰动，线路阻抗突然增大，功率减小或负荷的的扰动，线

32、路阻抗突然增大，功率减小或负荷的增大而诱发电压不稳定现象，导致电压崩溃，造增大而诱发电压不稳定现象，导致电压崩溃，造成大面积停电。所以，电压稳定性是电力系统稳成大面积停电。所以，电压稳定性是电力系统稳定性的一部分。确定电压稳定性条件是电力系统定性的一部分。确定电压稳定性条件是电力系统稳定性分析的重要内容之一。稳定性分析的重要内容之一。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第三十九页，共八十二页一、电压稳定性分析一、电压稳定性分析 下面以下面以“发电机发电机-输电线输电线-负荷负荷”简单简单模型来说明静态电压稳定性。模型来说明静态电压稳定性。如图如图

33、5-25-2，设电源点的电压为，设电源点的电压为 ，经，经过阻抗过阻抗 的线路，对一功率为的线路，对一功率为 的的负荷供电，这时负荷端的电压为负荷供电，这时负荷端的电压为 。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十页，共八十二页 写出供电功率方程式：写出供电功率方程式：（5-15-1）（5-25-2）第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十一页，共八十二页 在在 给定的情况下，从二式中消去角给定的情况下，从二式中消去角，得，得 （5-35-3）由式（由式（5-35-3）可得）可得 （5-45-4

34、）图图5-2 简单电力系统示意图简单电力系统示意图 第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十二页，共八十二页 如果给定送、受端的电压，则上式表示一如果给定送、受端的电压，则上式表示一个在个在 坐标系（坐标系（-垂直轴，垂直轴，-水平轴，水平轴，以负荷吸收的功率为正值）上以以负荷吸收的功率为正值）上以 为圆心，以为圆心，以 为半径的一个圆。为半径的一个圆。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十三页，共八十二页 以以 为参变量，则可按上式得图为参变量，则可按上式得图5-35-3所所示的一簇圆。每一

35、个圆表示在给定示的一簇圆。每一个圆表示在给定 受端电压为受端电压为 的条件下的条件下 和和 的关系。的关系。图图5-3 电力系统圆图电力系统圆图 第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十四页，共八十二页 从图可知，在给定从图可知，在给定 的情况下，负荷吸的情况下，负荷吸收的无功功率越小，受端的电压越高。收的无功功率越小，受端的电压越高。增大时，为维持输电容量和受端电压，必增大时，为维持输电容量和受端电压，必须增加受端系统的无功功率补偿容量。要须增加受端系统的无功功率补偿容量。要维持较高电压，甚至要向系统输入无功功维持较高电压，甚至要向系统输入无

36、功功率。这一簇圆的共同切线代表允许存在的率。这一簇圆的共同切线代表允许存在的运行方式的极限边界，在该切线的上侧是运行方式的极限边界，在该切线的上侧是不可能存在的运行方式，切线的下侧是可不可能存在的运行方式，切线的下侧是可以运行的区域。以运行的区域。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十五页，共八十二页 进一步分析这个简单电力系统的输电特进一步分析这个简单电力系统的输电特性时，可从式（性时，可从式（5-35-3）解出）解出 与与 和和 的关系的关系 （5-55-5）式中：式中：因为电压因为电压 的幅值必须是的幅值必须是 的实数，的实数，,所以所

37、以 ，即，即 。在给定。在给定 ，或功率因数的情况下，可得如图或功率因数的情况下，可得如图5-45-4所所示的三组受端负荷功率与电压示的三组受端负荷功率与电压 的关系曲的关系曲线。作图时设定线。作图时设定 。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十六页，共八十二页图图图图5-4 5-4 负荷与受端电压的关系负荷与受端电压的关系负荷与受端电压的关系负荷与受端电压的关系a Pa P给定；给定；给定；给定；b Qb Q给定；给定；给定；给定；c Cosc Cos给定给定给定给定 第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理

38、措施 本讲稿第四十七页，共八十二页 与分析发电机同步运行的功角稳定性相似，与分析发电机同步运行的功角稳定性相似，在同一负荷情况下，可得到两个不同的负在同一负荷情况下，可得到两个不同的负荷端电压值。其中较大的电压值荷端电压值。其中较大的电压值 是属于是属于静态稳定的运行方式，另一个较小的电压静态稳定的运行方式，另一个较小的电压值值 则是静态不稳定的。随着负荷的增加，则是静态不稳定的。随着负荷的增加，相应减小，而相应减小，而 相应增大。这两个电压值相应增大。这两个电压值逐渐趋近。逐渐趋近。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十八页，共八十二页 当

39、负荷功率达到极限值当负荷功率达到极限值 （或（或 ）时，）时，。这时对应的负荷端功率对电压的导数。这时对应的负荷端功率对电压的导数 或或 ，这就是电，这就是电 压静态稳定的判据。压静态稳定的判据。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第四十九页，共八十二页 这个极限情况相应于式（这个极限情况相应于式（5-55-5）中）中 ，即，即 （5-65-6）在给定在给定 （或（或 ）的情况下，可从（）的情况下，可从（5-65-6）式求出极限情况的式求出极限情况的 （或（或 ），然后可得出），然后可得出极限情况时的负荷端电压极限情况时的负荷端电压 （5-75-

40、7）第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十页，共八十二页 假定负荷的有功功率为给定值假定负荷的有功功率为给定值 ，则由，则由（5-65-6）式可求得：）式可求得：（5-85-8）将式（将式（5-85-8）代入（）代入（5-75-7）即可求出相应的极）即可求出相应的极限电压限电压 。一般用一般用 表示节点的电压稳定裕度。表示节点的电压稳定裕度。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十一页，共八十二页 从图从图5-4(a)5-4(a)可看出，随着可看出，随着 的增大，受的增大，受端必须有足够的无功

41、功率补偿才能维持端必须有足够的无功功率补偿才能维持受端电压受端电压 。同时，。同时，越大，越大，越大。这越大。这表示正常运行电压距极限电压越近，电表示正常运行电压距极限电压越近，电压稳定裕度减小。压稳定裕度减小。假定负荷的无功功率为给定值假定负荷的无功功率为给定值 ，则由，则由（5-65-6）式可求得：）式可求得：（5-95-9）第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十二页，共八十二页 将式（将式（5-95-9）代入（）代入（5-75-7）即可求出相应）即可求出相应的极限电压的极限电压 。从图。从图5-4(b)5-4(b)可看出，增可看出，增大

42、受端系统的无功功率补偿就是使受端吸大受端系统的无功功率补偿就是使受端吸收的无功功率减少，收的无功功率减少，的极大值和极限电的极大值和极限电压值将增大，这有利于节点的电压稳定性。压值将增大，这有利于节点的电压稳定性。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十三页，共八十二页 假定负荷的功率因数假定负荷的功率因数 为给定值，则为给定值，则由（由（5-65-6）式可求得：）式可求得：（5-105-10）相应的极限电压相应的极限电压 （5-115-11）第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十四页，共八十

43、二页 图图5-4(c)5-4(c)中的虚线表示不同中的虚线表示不同 情况下情况下的极限曲线，虚线右侧的区域是电压稳定的极限曲线，虚线右侧的区域是电压稳定区域，而左侧是不稳定区域。从上述分析区域，而左侧是不稳定区域。从上述分析可知，在给定电源配置和网络结构的条件可知，在给定电源配置和网络结构的条件下，随着负荷的增长，为了维持负荷端电下，随着负荷的增长，为了维持负荷端电压，必须减少负荷的无功功率或增大无功压，必须减少负荷的无功功率或增大无功功率的补偿，不然节点电压将下降，当电功率的补偿，不然节点电压将下降，当电压下降低于极限电压值时就不能维持稳定压下降低于极限电压值时就不能维持稳定运行。运行。第五

44、章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十五页，共八十二页二、电源对负荷点电压的影响二、电源对负荷点电压的影响 下面讨论电源侧电压下面讨论电源侧电压 对负荷点电压稳定对负荷点电压稳定性的影响。在给定性的影响。在给定 和和 的条件下，从式的条件下，从式（5-45-4）可得出如图）可得出如图5-55-5所示的所示的 和和 的关系曲线。对应于一个的关系曲线。对应于一个 可得到可得到两个不同的负荷端电压值，其中较大的两个不同的负荷端电压值，其中较大的 是静态稳定的运行方式，另一个较小的电是静态稳定的运行方式，另一个较小的电压值压值 是静态不稳定的运行方式。是

45、静态不稳定的运行方式。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十六页，共八十二页 随着随着 的减小，的减小，相应减小，相应减小，相应增相应增大。当大。当 达到极限值达到极限值 时，时，。（5-125-12）（5-135-13）第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十七页，共八十二页 图图5-5 电源端和负荷端电压关系电源端和负荷端电压关系 图图5-6 节点综合负荷的稳定性节点综合负荷的稳定性第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十八页，共八十二页

46、相应的电压静态稳定极限条件可由式相应的电压静态稳定极限条件可由式（5-35-3）得出：）得出：（5-145-14）前面讨论节点电压稳定性时，没有考前面讨论节点电压稳定性时，没有考虑负荷的电压特性。根据负荷特性，节虑负荷的电压特性。根据负荷特性，节点负荷的功率随电压的变化有很大的增点负荷的功率随电压的变化有很大的增减，特别是无功功率的变化更为显著。减，特别是无功功率的变化更为显著。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第五十九页，共八十二页 如图如图5-65-6所示的综合负荷无功功率与电所示的综合负荷无功功率与电压的关系曲线压的关系曲线1 1，当电压

47、偏离额定值，当电压偏离额定值 时，电压的增大将使电动机和变压器所时，电压的增大将使电动机和变压器所消耗的励磁无功功率增加；而电压的下消耗的励磁无功功率增加；而电压的下降使铁芯吸收的励磁功率减少，因而负降使铁芯吸收的励磁功率减少，因而负荷的无功功率相应减少。荷的无功功率相应减少。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第六十页，共八十二页 但当电压进一步下降时，在电动机的转但当电压进一步下降时，在电动机的转差增大直至电动机停转的过程中，电动机差增大直至电动机停转的过程中，电动机将吸收大量的无功功率。图将吸收大量的无功功率。图5-65-6同时示出同时示出

48、电源经输电线路向受端节点提供的无功功电源经输电线路向受端节点提供的无功功率与受端电压的特性曲线率与受端电压的特性曲线2 2。正常运行时，。正常运行时，曲线曲线1 1和曲线和曲线2 2相交于点相交于点 和点和点 ，其中，其中点点 是稳定的运行点。是稳定的运行点。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第六十一页，共八十二页 当系统电压变化时（如电压降低），当系统电压变化时（如电压降低），系统提供的无功功率增加而负荷吸收的系统提供的无功功率增加而负荷吸收的无功功率减少，结果使节点的无功功率无功功率减少，结果使节点的无功功率供大于求，所以节点电压上升，趋向

49、点供大于求，所以节点电压上升，趋向点 。相应的稳定条件为：。相应的稳定条件为：（5-155-15）其中：其中：为节点为节点1 1输送到节点输送到节点2 2的无功功率；的无功功率；为节点为节点2 2负荷吸收的无功功率。负荷吸收的无功功率。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第六十二页，共八十二页 当改变节点无功功率的供需特性，如图当改变节点无功功率的供需特性，如图5-65-6曲线曲线 ，使曲线相切，即，使曲线相切，即 ，此时，此时为极限状态。为极限状态。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施 本讲稿第六十三页，

50、共八十二页三、三、并联电容器对电压稳定性的影响并联电容器对电压稳定性的影响 在系统运行中，为了减少无功功率的不在系统运行中，为了减少无功功率的不合理流动，提高局部地区的电压，在负荷合理流动，提高局部地区的电压，在负荷侧的变电所或负荷端并接并联电容器，改侧的变电所或负荷端并接并联电容器，改善功率因数，减少线损，提高负荷端的电善功率因数，减少线损，提高负荷端的电压。并联电容器产生的无功功率为：压。并联电容器产生的无功功率为：（5-165-16）它与电压的平方成正比（如图它与电压的平方成正比（如图5-8(a)5-8(a)中曲线中曲线 ）。）。第五章电力系统电压稳定性分析及处理措施第五章电力系统电压稳