摘要：本文首先分析了电压稳定和功角稳定的关联问题，然后分析了电压稳定与功角稳定的关联性研究方法，最后分析了电压稳定与功角稳定的最基本的依据。
关键词：电力系统；电压；同步
自从上世界20年代而来，电力系统的电压稳定和功角的稳定是当前最为重要关心的问题。历经长期的研究以及理论上的认识，无论在物理上和数学上，功角失稳的机理基本上还有一定的功能。这些灾难性的发生，由此，促进了电压稳定的问题的研究在当前受到了很大的重视。由此，由于在电力系统中,仅有两种状态,即不稳定性和稳定性2种,如果一个系统是由一个PQ节点与一个平衡点构成,则只存在电压稳定问题;若一个系统是由一个PV节点与一个平衡点构成,则此系统只存在电压稳定问题。
一、电压稳定和功角稳定的关联问题
（一）功角稳定问题
在互联系统中,如果同步发电机受到干扰,但仍拥有同步运行的能力,即为功角稳定状态。造成功角失稳的原因主要有两方面因素,一是同步转矩不足,二是阻尼转矩不足。前者会导致非周期性的失稳,而后者则会导致振荡性的失稳。
当电力系统受到外界干扰后,其潮流及发电机两者的输出功率即会发生相应的变动,在发电机方面,即会表现出其转轴发生不平衡转矩的现象,一旦此情况出现,即会改变转子转速,进而使转子间的相对角度发生相应的一系列变化,变化反作用于各发电机的输出功率,进而影响各发电机功率、转速及转子间的相对角度,造成发电机电流、输出功率及电压出现大幅度波动,最终导致系统瓦解。
（二）电压稳定 电压稳定性包括2个方面,一是发生电力系统初始状态下,二是在受到干扰后,仍然可以将母线电压维持在稳定值得能力。当出现干扰时,如系统状态变化或负荷增加引起的电压下降或增高,表明其直接进入电压不稳状态,通常导致这种现象的主要因素为电力系统丧失了满足无功功率需求的能力。
对系统功角稳定的分析,应集中在被干扰后,发电机转子运动规律与功角稳定性问题相比,电压稳定没有类似的核心方程,重点在于负荷点的电压情况,而且相关人员对电压稳定本质方面的相关研究目前比较缺乏全面的认识,相关研究的理论及对策仍待补充和实践,所以,对于电压崩溃机理的问题当前仍需进一步研究。
（三）功角稳定与电压稳定关系
电压稳定与功角稳定间有着密切关系的,根据研究得出,暂态电压稳定和暂态功角稳定有一定联系,变化过程较慢的电压稳定和小干扰功角稳定有关。根据IEEE报告分析两种极端情况:1、远方的一台同步发电机由输入线路接入了无穷大系统;2、一台同步发电机或无穷大系统由输电线接入有异步负荷。
在电力系统中,负荷区域与负荷特性是引发电压稳定性问题的主要因素,将长距离的输电线路引入大系统中,虽然已经尽可能地确保发电机保持同步运行,但亦常发生发电压崩溃事故,多数研究者认其为这是负荷稳定,是电压稳定的本能,可见,电机稳定是功角稳定的本质。
二、电压稳定与功角稳定的测试方法
功角稳定与电压稳定的关联性研究方法主要有小扰动分析法、能量函数法、分叉理论以及近来受到关注的非线性模式分析法等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其他方法:如混沌理论、戴维南等值跟踪法、概率特征根分析法等,此处不作讨论。文献研究在电力系统中,混沌极限环破裂与系统不同失稳模式之间的关系。文献提出失稳过程中,若负荷点的戴维南等值电势持续下降,则系统发生功角失稳;失稳过程中,若负荷点的负荷阻抗模值小于戴维南等值阻抗模值,则系统发生电压失稳。文献将系统的稳定性问题分为功角型、电压型、功角和电压的综合型。通过特征根的概率分布情况,分析系统失稳类别。下面就几种方法作简单介绍及分析。
文献将描述系统的微分代数方程线性化,观察在运行点处潮流雅可比矩阵A、发电机矩阵Ag和负荷矩阵Al的奇异性变化情况。如果Ag比A更接近于奇异,则认为系统由功角稳定问题所主导,反之则为电压稳定问题主导。文献研究了考虑包括发电机、励磁及调速系统、PSS、SVC、动态负荷等动态元件,利用小扰动分析法,通过状态变量的模式参与因子判断电力系统静态稳定和动态稳定的失稳类型。
小干扰稳定分析内容主要包括小干扰稳定性分析方法的研究、小干扰稳定极限的研究、特征值灵敏度的分析和应用三个方面。如何简单计算线性化状态方程系数矩阵的全部特征值是小干扰稳定分析的重点。小扰动分析的结果虽然可以体现电压和功角参与失稳的程度,但由于它是运行点处的线性分析,故电压幅值参与失稳程度大的时候并不一定表示系统会电压失稳;功角参与失稳程度大的时候也不一定表示系统会功角失稳,即线性分析的结果不一定在线性化所在点的较大范围内都成立。
三、电压稳定与功角稳定的统一分析
（一）电压稳定判据与静态功角稳定判据的关系
由于以往对电压失稳的解释大都建立在负荷恒定阻抗模型的基础上,因此无法对其进行合理诠释,而不合理的解释则直接导致静态功角稳定判据和电压稳定的判据存在差异,只能清楚表明静态功角稳定和电压稳定有一定联系。PV节点有功功率失去平衡与PQ节点电压失去稳定的密切关系,于此同时,其可诠释些许电压失稳的机理问题,但需牢记,应注意时间动态特性的电压稳定性,所以,这还有待相关人员进行深入研究。
（二）无功补偿约束下电压稳定分析
在PV节点无功功率越限前,PV节点一直保持静态功角稳定状态。若PV节点的无功功率刚好超过限度,则PV节点立即会发生转变,及成为PQ节点,而相应的电压稳定状态亦会被破坏,这种状态亦称为约束诱导分岔点,其为电力系统电压不稳定解,或电压稳定临界点始终位于节点P-V曲线的下半支。
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论文作者:苗东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/11
标签：稳定论文; 电压论文; 电力系统论文; 系统论文; 发电机论文; 负荷论文; 节点论文; 《电力设备》2017年第23期论文;