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电力系统-电压稳定性分析_图文

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电力系统电压稳定性 分析

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主要内容
?一.概述 ?二.电压稳定性的基本概念及研究内容 ?三.电压稳定性的研究 ?四.简单系统电压静态稳定性分析

?五.改善系统电压稳定性的技术

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。

一.概述
1972年7月27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; ? 1973年7月12日东北电网的大连地区电压崩溃,造成大 连地区全部停电。 ? 1978年12月19日法国电网大停电; ? 1983年12月27日瑞典电网事故; ? 1987年7月23日日本东京大停电; ? 今年7月30、31日,印度相继发生两次大面积停电事故 ? 美国西部1996年7月2日和8月10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 经济损失和社会混乱。
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一.概述

?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。

二、电压稳定性的基本概念
1、电压稳定性: [电力系统安全稳定导则]中将电压稳定定义为 :电力系统受到小的扰动或大的扰动后,系统能 保持或恢复到容许的范围内,不发生电压崩溃的 能力。 1990年IEEE将电压稳定性定义为“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,并且功率和电压都是能控的。”

二、电压稳定性的基本概念
2、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。

二、电压稳定性的基本概念
核心问题:无功不足

电压崩溃机理 :
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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。 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ULTC负调压作用。 发电机过励限制器OEL。 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。 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,电压不稳定和转子角不稳定是相互耦合的。

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。

二、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 由无功功率平衡条件决定。

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,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,电压稳定破坏。

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 。

三.电压稳定性的研究
1.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“发电机-

输电线-负荷” 模型导出 P-V曲线,Q-V曲线和 P-Q 曲线
,依此展开分析是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。某些灵敏度判据,P-Q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有关电压稳定问题的定性认 识的正确性。

三.电压稳定性的研究
? 2.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:

最大功率法;
灵敏度分析方法; 潮流多解方法; 雅可比矩阵奇异方法。

三.电压稳定性的研究
? 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。

四.简单系统电压静态稳定性分析
图 一 负 荷 点 的 电 压 崩 溃 过 程

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1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110kv和

6kv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同步运行引起的。

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,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。

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 以下技术。 ⑴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, 运行不太经济的发电机以改变潮流或提供电压支持。

⑵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。

五.改善系统电压稳定性的技术
⑶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,但有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题,因 为此时可以在发电机中预留出“旋转无功储备”。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。

⑷静止无功补偿器(SVC)。
SVC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 过了规划值的扰动使SVC达到顶值时,系统中的电压崩溃会 与SVC有很大关系。

五.改善系统电压稳定性的技术
⑸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。

⑹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,甩负荷应该基于一次侧电压。在静态稳定问题中, 甩掉受端系统的负荷是最有效的。

五.改善系统电压稳定性的技术
⑺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 新增发电能力时,采用功率因数为0.85或0.8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 联电容器组可能更灵活,更经济。

⑻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 ,并重新整定保护装置以便不妨碍无功过负荷能力的使用 。

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