电力系统电压稳定性分析精选文档.ppt

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1、电力系统电压稳定性分析电力系统电压稳定性分析本讲稿第一页，共二十二页主要内容p一一概述p二二电压稳定性的基本概念及研究内容 p三三电压稳定性的研究p四简单系统电压静态稳定性分析p五改善系统电压稳定性的技术 本讲稿第二页，共二十二页一概述一概述近30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行带来了一些新问题。其中之一就是电压崩溃恶性事故。70年代以来，国内外的电网发生了多起以电压失稳为特征的电网瓦解事故。本讲稿第三页，共二十二页一概述一概述 1972 1972年年7 7月月2727日我国湖北电网的武汉和

2、黄石地区的电压崩溃日我国湖北电网的武汉和黄石地区的电压崩溃事故，使受端系统全部瓦解；事故，使受端系统全部瓦解；19731973年年7 7月月1212日东北电网的大连地区电压崩溃，造成大连地区全日东北电网的大连地区电压崩溃，造成大连地区全部停电。部停电。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；今年今年7 7月月3030、3131日，印度相继发生两次大面积停电事故日，印度相继发生两次大面积停电事故 美国西部美国西部19

3、961996年年7 7月月2 2日和日和8 8月月1010日连续两次大停电事故日连续两次大停电事故 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。会混乱。本讲稿第四页，共二十二页一概述一概述u多次大停电事故给人们震动很大，再次向电力界敲响了警钟。我国电力工业部也专门组织有关人员进行研究，讨论我国电网的现状及存在的问题，使电压稳定问题成为关注的焦点。本讲稿第五页，共二十二页二、电压稳定性的基本概念二、电压稳定性的基本概念1 1、电压稳定性：、电压稳定性：电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则 中将电压稳定定义为：

4、中将电压稳定定义为：电力电力系统受到小的扰动或大的扰动后，系统能保持或恢复到容系统受到小的扰动或大的扰动后，系统能保持或恢复到容许的范围内，不发生许的范围内，不发生电压崩溃电压崩溃的能力。的能力。1990 1990年年IEEEIEEE将电压稳定性定义为将电压稳定性定义为“系统维持电压的系统维持电压的能力。当负荷导纳增大时，负荷功率也随之增大，并能力。当负荷导纳增大时，负荷功率也随之增大，并且功率和电压都是能控的。且功率和电压都是能控的。”本讲稿第六页，共二十二页二、电压稳定性的基本概念二、电压稳定性的基本概念2、电压崩溃：电压崩溃：是指由于电压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压是指由于电

5、压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压下降过程。当出现扰动使电压急剧下降。并且运行人员和自动系下降过程。当出现扰动使电压急剧下降。并且运行人员和自动系统的控制已无法终止这种电压衰落时，系统就会进入电压不稳定统的控制已无法终止这种电压衰落时，系统就会进入电压不稳定的状态，这种电压的衰落可能只需几秒钟，也可能长达几分钟、的状态，这种电压的衰落可能只需几秒钟，也可能长达几分钟、几十分钟。如果电压下降过程不能停止，最终电压崩溃就会发生。几十分钟。如果电压下降过程不能停止，最终电压崩溃就会发生。本讲稿第七页，共二十二页二、电压稳定性的基本概念二、电压稳定性的基本概念电压崩溃机理电压崩溃机理 ：重负荷

6、运行状态下系统负荷持续增加，系统运行备用（特别是无重负荷运行状态下系统负荷持续增加，系统运行备用（特别是无功）紧张，传输线潮流接近最大功率极限。功）紧张，传输线潮流接近最大功率极限。大的突然扰动，如失去发电机组、输电线相继跳闸等。大的突然扰动，如失去发电机组、输电线相继跳闸等。有载调压变压器有载调压变压器ULTCULTC负调压作用。负调压作用。发电机过励限制器发电机过励限制器OELOEL。继电保护、低频减载等缺乏协调是导致电压不稳定的一个重要继电保护、低频减载等缺乏协调是导致电压不稳定的一个重要原因。原因。弱连接的交直流系统。弱连接的交直流系统。电压崩溃通常显示为慢的电压衰减，这是由于许多电压

7、控制设备和保电压崩溃通常显示为慢的电压衰减，这是由于许多电压控制设备和保护系统作用及其相互作用积累过程的结果。在许多情况下，电压不护系统作用及其相互作用积累过程的结果。在许多情况下，电压不稳定和转子角不稳定是相互耦合的。稳定和转子角不稳定是相互耦合的。核心问题：无功不足核心问题：无功不足本讲稿第八页，共二十二页二、电压稳定性的基本概念二、电压稳定性的基本概念 电压崩溃机理探讨的目的是要弄清楚主导电压崩溃发生发展的本质因素，电压稳定问题和电力系统其它问题的相互关系，以及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系统模型。本讲稿第九页，共二十二页二、电压稳定性的基本概念二

8、、电压稳定性的基本概念 现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由无功无功无功无功功率平衡条件功率平衡条件功率平衡条件功率平衡条件决定。决定。决定。决定。许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增加，在某些不良运行点或当系统受到较大扰动后，因为发电机励加，在某些不良运行点或当

9、系统受到较大扰动后，因为发电机励加，在某些不良运行点或当系统受到较大扰动后，因为发电机励加，在某些不良运行点或当系统受到较大扰动后，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，系统能保持电磁系统的强励和负荷端电压下降，负荷需求减少，系统能保持电磁系统的强励和负荷端电压下降，负荷需求减少，系统能保持电磁系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。随后，由于带负荷调压变压器的连续调节使负荷端压相对稳定。随后，由于带负荷调压变压器的连续调节使负荷端压相对稳定。随后，由于带负荷调压变压器的连续调节使负荷端压相对稳定。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

10、，供电得以恢复，同时带负荷调压变压器一次侧电压下电压升高，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，电流上升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电压下降，降，电流上升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电压下降，降，电流上升，发电机无功越限，其连锁反应使负荷电压下降，降，电流上升，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。电压稳定破坏。电压稳定破坏。电压稳定破坏。本讲稿第十页，共二十二页三电压稳定性的研究三电压稳定性的研究 按研究采用的模型划分，对电压稳定性的研究可

11、以分为四大类：基于物理概念的定性分析，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和 基于非线性动态方程的时域仿真计算。本讲稿第十一页，共二十二页三电压稳定性的研究三电压稳定性的研究1.1.1.1.基于物理概念的定性分析基于物理概念的定性分析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。基于定性分析对于指导研究方向非常重要。基于定性分析对于指导研究方向非常重要。基于定性分析对于指导研究方向非常重要。基于“发电机发电机发电机发电机-输电线输电线输电线输电线-负负负负荷荷荷荷”模型导出模型导出模型导出模型导出 P-VP-VP-VP-V曲线，曲线，曲线，

12、曲线，Q-VQ-VQ-VQ-V曲线和曲线和曲线和曲线和 P-QP-QP-QP-Q 曲线，依此展开分析是曲线，依此展开分析是曲线，依此展开分析是曲线，依此展开分析是最直观的一种研究方法。最直观的一种研究方法。最直观的一种研究方法。最直观的一种研究方法。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。某些灵敏度判据，敏度判据，敏度判据，敏度判据，P-QP-QP-QP-Q曲线机理解释都是在简化条件下得

13、出的，在应用曲线机理解释都是在简化条件下得出的，在应用曲线机理解释都是在简化条件下得出的，在应用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。因此，目前迫切需要全面检验现有的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电压稳定问题的定性认识的正确性。有关电压稳定问题的定性认识的正确性。有关电压稳定问题的定性认识的正确性。有关电压稳定问题的定性认识的正确性。本讲稿第十二页，共二十二页三电压稳定性的研究三电压稳定性的研究 2.2.2.2.基于潮流方程的

14、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；潮流多解方法；雅可比矩阵奇异方法。雅可比矩阵奇异方法。本讲稿第十三页，共二十二页三电压稳定性的研究三电压稳定性的研究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，系统将会出现当负荷需求超出电力网络传输功率极限时，系统将会出现异常现象，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。把电力网络输送功率的极限作为静态电压稳定临界点。把电力网络输送功率的极限作为静态电压稳定临界点正

15、是最大功率法的基本原则。常用的最大功率判据有：点正是最大功率法的基本原则。常用的最大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据，无功功率判据以及所有任意负荷节点的有功功率判据，无功功率判据以及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判据。率判据作为临界点判据。本讲稿第十四页，共二十二页四简单系统电压静态稳定性分析四简单系统电压静态稳定性分析图一 负负荷荷点点的的电电压压崩崩溃溃过过程程本讲稿第十五页，共二十二页四简单系统电压静态稳定性分析四简单系统电压静态稳定性分析 在电力需求不断增加，受端系统不断扩大，负荷容量不在电力需

16、求不断增加，受端系统不断扩大，负荷容量不断集中，而电源又远离负荷中心的情况下，当输电系统带重断集中，而电源又远离负荷中心的情况下，当输电系统带重负荷时，会出现图负荷时，会出现图1 1所示电压不可控制且连续下降的电压不所示电压不可控制且连续下降的电压不稳定现象。图中示出稳定现象。图中示出110kv110kv和和6kv6kv母线电压的崩溃过程。开母线电压的崩溃过程。开始时母线电压自发下降，电动机制动。电压崩溃的基本特征始时母线电压自发下降，电动机制动。电压崩溃的基本特征是电压和有功功率数值减小，无功功率增大。图中电压崩溃是电压和有功功率数值减小，无功功率增大。图中电压崩溃后的振荡是由于同步电机的非

17、同步运行引起的。后的振荡是由于同步电机的非同步运行引起的。本讲稿第十六页，共二十二页四简单系统电压静态稳定性分析四简单系统电压静态稳定性分析 电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压水平电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压水平的能力。它与电力系统中的电源配置，网络结构及运行方的能力。它与电力系统中的电源配置，网络结构及运行方式，负荷特性等因素有关。往往由于电力系统电压的扰动，式，负荷特性等因素有关。往往由于电力系统电压的扰动，线路阻抗突然增大，功率减小或负荷的增大而诱发电压的线路阻抗突然增大，功率减小或负荷的增大而诱发电压的不稳定现象，导致电压崩溃，造成大面积停电。所以，电不稳定现象，

18、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定性的一部分。确定电力系统电压压稳定性是电力系统稳定性的一部分。确定电力系统电压稳定性条件是电力系统稳定性分析的重要内容之一。稳定性条件是电力系统稳定性分析的重要内容之一。本讲稿第十七页，共二十二页五改善系统电压稳定性的技术五改善系统电压稳定性的技术 为了提高电力系统的电压稳定性，一般可采用以下为了提高电力系统的电压稳定性，一般可采用以下技术。技术。投入必要的发电设备。投入必要的发电设备。在事故期间或当新线路或变压器被推迟投运的时候，运行不在事故期间或当新线路或变压器被推迟投运的时候，运行不太经济的发电机以改变潮流或提供电压支持。太经济

19、的发电机以改变潮流或提供电压支持。串联电容器。串联电容器。使用串联电容器可有效地减小线路电抗，从而降低无功网损。基使用串联电容器可有效地减小线路电抗，从而降低无功网损。基于这一措施，联络线路可以从一端的强系统向另一端的无功短缺系于这一措施，联络线路可以从一端的强系统向另一端的无功短缺系统传送更多无功功率。统传送更多无功功率。本讲稿第十八页，共二十二页五改善系统电压稳定性的技术五改善系统电压稳定性的技术并联电容器。并联电容器。虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳定的原因之一，虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳定的原因之一，但有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题，因为此时可以在但有时附加的

20、电容器也能解决电压不稳定问题，因为此时可以在发电机中预留出发电机中预留出“旋转无功储备旋转无功储备”。通常，所要求的无功功率大。通常，所要求的无功功率大多是就地提供的，而发电机主要提供有功功率。多是就地提供的，而发电机主要提供有功功率。静止无功补偿器（静止无功补偿器（SVCSVC）。）。SVCSVC和同步补偿器配合使用对控制电压和防止电压崩溃是有和同步补偿器配合使用对控制电压和防止电压崩溃是有效的，但必须认识到它有很确定的极限值。当一个超过了规划值效的，但必须认识到它有很确定的极限值。当一个超过了规划值的扰动使的扰动使SVCSVC达到顶值时，系统中的电压崩溃会与达到顶值时，系统中的电压崩溃会与

21、SVCSVC有很大关系。有很大关系。本讲稿第十九页，共二十二页五改善系统电压稳定性的技术五改善系统电压稳定性的技术在较高电压水平运行。在较高电压水平运行。在较高电压水平运行可减少系统的无功需求，因为它使在较高电压水平运行可减少系统的无功需求，因为它使发电机运行在远离无功极限的状态，因此帮助运行人员预留发电机运行在远离无功极限的状态，因此帮助运行人员预留了对电压的控制。了对电压的控制。低电压甩负荷。低电压甩负荷。减少一定的负荷可能避免电压崩溃。在辐射状负荷的场合，减少一定的负荷可能避免电压崩溃。在辐射状负荷的场合，甩负荷应该基于一次侧电压。在静态稳定问题中，甩掉受端系统甩负荷应该基于一次侧电压。

22、在静态稳定问题中，甩掉受端系统的负荷是最有效的。的负荷是最有效的。本讲稿第二十页，共二十二页五改善系统电压稳定性的技术五改善系统电压稳定性的技术 低功率因数发电机。低功率因数发电机。在很靠近无功短缺地区或靠近需要大的无功储备的地区新增发电能在很靠近无功短缺地区或靠近需要大的无功储备的地区新增发电能力时，采用功率因数为力时，采用功率因数为0.850.85或或0.80.8的发电机为宜。然而采用具有的发电机为宜。然而采用具有无功过负荷能力的高功率因数发电机加并联电容器组可能更无功过负荷能力的高功率因数发电机加并联电容器组可能更灵活，更经济。灵活，更经济。利用发电机无功过负荷能力。利用发电机无功过负荷能力。发电机和励磁机过负荷的能力可被用来推迟电压崩溃。在此发电机和励磁机过负荷的能力可被用来推迟电压崩溃。在此期间运行人员可以改变电网运行方式或削减负荷。为此应该进一期间运行人员可以改变电网运行方式或削减负荷。为此应该进一步定义无功过负荷能力，训练运行人员使用它，并重新整定保护步定义无功过负荷能力，训练运行人员使用它，并重新整定保护装置以便不妨碍无功过负荷能力的使用。装置以便不妨碍无功过负荷能力的使用。本讲稿第二十一页，共二十二页谢谢本讲稿第二十二页，共二十二页