1、電壓穩定基本概念從80年代以來，電網運行越來越接近于極限狀態。主要有幾個原因：環保對電源建設和線路擴建的壓力重負荷區域的用電消費增加電力市場下的新的系統負荷方式（潮流方式）000無論發達國家還是發展中國家，都存在負荷、線路和電源間的矛盾用戶負荷在增加<>電網擴建卻面臨著更大的問題由于網絡運行在重載情況下，出現了慢速或快速的電壓跌落現象，有時甚至產生電壓崩潰，電壓穩定已成為電力系統規劃和運行的主要問題之一。（介紹電壓穩定的三本國際性的書籍：）BooksFeaturesCWTAYLORPracticalInsightTVCUTSEMAnalysisandPracticalInsight

2、PKUNDURBasicIntroduction那么什么是電壓失穩？（在國際上，有多種公認的定義。）在這里，我們觀察文獻TVCUTSEM的定義：電壓失穩產生于動態的負荷功率的恢復在傳輸網和發電系統的能力之外。作者進一步解釋道：電壓：許多母線的電壓發生明顯的、不可控的下跌。失穩：超越了最大的傳輸功率極限，負荷功率的恢復變得不穩，反面降低了功率的消耗，這是電壓失穩的關鍵。動態：任何穩定問題與動態有關，可以用微分方程（連續變化）或用差分方程（離散變化）模擬。負荷：是電壓失穩的原動力，因此這一現象也被稱為負荷失穩，但負荷不是僅有的角色。傳輸網：有傳輸極限，從基本電工理論就可是到這個結論，這一極限是電壓

3、失穩的開始。發電系統：發電機不是理想的電壓源，其模型的準確性對正確的電壓穩定十分重要。與電壓穩定相關的另一術語是電壓崩潰。電壓崩潰可能不是電壓失穩的最終結果。無功功率的角色可以注意到上述定義中沒有引入無功功率。眾所周知，在交流網中，電抗線路占主導，電壓控制和無功功率有密切的關系。這里作者的目的是不想過于強調無功功率在電壓穩定中的作用。的確，有功功率和無功功率二者同時對電壓穩定有重要的作用。作者引用了一個例子，表明電壓失穩與無功功率沒有因果關系。Rl假設電源電壓E恒定，控制2Rl=IRl-P。同時，我們知道最大的傳輸功率發生在Rl=R:pmax二4R如果需求的Po大于Pmax,負荷電阻會下降比R

4、更小，電壓失穩就會產生了。這個范例雖然沒有無功功率，沒有功角穩定問題，但具有電壓失穩的主要特征。在交流電力系統中，無功功率使得問題變得更復雜，但不是問題的唯一根源。傳輸有功功率仍然是電力系統的主要功能，而無功功率的傳輸和消耗也是的電力系統的不可缺少的一部分。電壓穩定VS電力系統穩定可以把電壓穩定歸到一般的電力系統穩定問題，下表顯示根據時間域和失穩原因方式進行的分類。我們應該知道，可以用不同的方法對穩定問題進行分類。這里的分類可有效地分別電壓穩定與功角穩定的差異。時間發電機驅動負荷驅動快速功角穩定暫態靜態快速電壓穩定長過程頻率穩定長過程電壓穩定快速穩定問題:暫態功角穩定：無同步力矩，缺乏阻尼小擾

5、動穩定：缺乏阻尼短期電壓穩定：感應電動機和受控負荷，包括HVDC暫態功角穩定和快速電壓穩定很難分開，負荷（負荷模型）對功角穩定有影響，而發電機（發電機模型）對電壓穩定也有作用。長過程穩定問題：頻率問題：主要原因是發電與負荷的不平衡電壓問題：主要原因是發電與負荷的距離，取決于網絡結構。傳輸網我們先回顧電網傳輸的基本特性。為了理解的方便，我們利用簡單的模型V1V2假設線路是無損耗的。有功和無功的傳輸取決于線路兩端的電壓幅值和相角的。其中可計算受電端有：P2Sin:冷2-PmaxSi口-七Xr2cV1V2C0S62V2Q2同樣送電端有:PinSin12=PmaxSin、12=卩2XqViV1V2C0

6、S62有功功率傳輸同時可以觀察到最大的傳輸功率發生在工90°。請注意穩定和不穩定的平衡點（SEP/UEP:Stable/UnstableEquilibriumPoint,這是電力系統穩定分析的直接法的二個重要的概念）。對于典型的功率傳輸和功率角，例如當=30o，有Sin=,可近似寫作P二Pmax'：。因此，我們常說有功傳輸主要取決于功率角度。Problem：在重負荷的情況下，這種“常識”還成立嗎？無功功率傳輸我們對無功功率傳輸特別感興趣。如果Vi=V2，這時兩端發電機同時擔任傳輸有功功率時所需用的無功功率。通常，我們還對二端電壓幅值不同感興趣。當Cosjj時Vi（Vi-V2）

7、V2（Vi-V2）Q1,Q2XX因此，我們說無功傳輸主要聯決于電壓幅值，從較高電壓端注下低電壓端。但是，這樣的假設在重負荷的情況下就不成立了。無功功率不能通過大功角或過大的電壓落差而傳輸，大功角差是由于長輸電線（大X）和大功率傳輸，而電壓必須保證在1005%之內就難了，相比于有功功率，無功功率不可能得以長距離傳輸。減少無功傳輸的另一個原因是減少有功損耗和無功損耗。減少有功損耗，提高經濟性；減少無功損耗，減少無功設備投資。在一些情況下，減少功頻過電壓是考慮的因素之一，當受端開關斷開時，送端電壓可能急劇上升，導致設備損壞。因此，應盡可能做到無功功率就地平衡：在大功率輸送時，傳輸大量的無功功率是需要

8、太大的壓降減少有功損耗和無功損耗功頻過電壓考慮容量更大的變壓器和傳輸線Exercises：a）畫出V1=V2=1,X=0.1時，P-.和Q：曲線b）畫出V1=1.05,V2=1,X=0.1時，P-、：、Q1-和Q2：曲線Problem:a）保持高水平電壓可減少無功損耗？b）使用上列圖，解釋產生減少功頻過電壓的原理下面我們介紹二個基本概念：最大傳輸功率，負荷與網絡電壓關系。這二個基本特性與電壓失穩有很大的關系。另外，簡單介紹網絡元件對傳輸功率的影響,包括串取補償、并聯補償和有載調壓等。單負荷無窮大母線系統P+jQ我們可以將E和Z=R+jX看似從某負荷點看電網的戴維寧等值電路。負荷功PP率因數為：

9、PF=t=cos®sjp2+q2最大傳輸功率在開始，我們就介紹了電壓失穩是因為負荷企圖從傳輸網獲得大于能提供的最大功率，下面我們介紹各種約束條件下的最大傳輸功率。無約束的最大傳輸功率簡化起見，假設負荷為阻抗性：zRljXl，當ZZ有極值。這時從電壓源端來看，阻抗為純電阻性，電流不產生任何無功功率，負荷功率為：E2一、EPmax，受端電壓為Vmax：4R2這樣的推導結果對電網不適合，因為部分電網中R幾乎可忽略，而這時的最大傳輸功率時電流會是無窮大；而且這時負荷具有高電容性，這又不符合實際。給定功率因數下的最大傳輸功率給定功率因數，這時負荷為Zl=RljXl二Rl（1cos），這時可導出

10、最大傳輸功率發生在Zl|=Z。最大傳輸功率決于網絡參數，與負荷特征無關。功率-電壓關系如果說Q=Ptan:，可得這樣的一組曲線，也被稱為鼻族曲線Problem：鼻族曲線的特征有哪些?失穩機理網絡對負荷的P-V特性負荷隨電壓和頻率變化。在電壓穩定的研究中，負荷特性通常包括二部分:對電壓的函數和對獨立變量的函數。我們稱負荷需求為：P=Po對于特定的七它代表一條曲線并與V（P,Q）表面相交，相交點就是可能的運行點，當變化，則相交點也變化。如果將對所有的需求值求得交點，就得網絡P-V特性。在（P,V）平面構畫所有的交點，就得P-V曲線。注意：不確定負荷功率如何隨電壓變化就不能確定網絡特性。失穩的現象考

11、慮需求增加的情況。在A點，高需求使得電壓跌落，而負荷功率更大；在B點增加需求會更促使電壓和負荷功率的同時跌落。如果負荷是靜態的，則B點運行是可以的，但由于有負荷控制器或負荷本身的特性，會增加需求以達到一定的功率，B點的運行就變得不穩定了。（缺圖）現在我們考慮負荷在擾動之后的特性如上所述，但在很長時間內，恢復到恒功率的特性上，這根虛線就是負荷平衡點特性，或負荷靜態特性。網絡穩定運行的前提是存在平衡點。有可能網絡參數變化，導致平衡點的喪失，也可能是負荷增加，引起平衡點的喪失。Problem:以圖示舉例說明。實際情況中，大擾動會引起失穩現象。擾動后，網絡的特性會有突變，因而擾動后的網絡特性曲線與負荷

12、的無交點。Problem:以圖示舉例說明。當負荷慚慚增加。曲線與網絡特性曲線相切，如果繼續再增加就沒有交點了Problem:以圖示舉例說明。負載極限不一定與最大傳輸功率一致，這取決于負荷特性，對于某些數學模型的負荷可能沒有負載極限。Problem:以圖示舉例說明。無功補償一般來說，無功補償包括注入無功功率，以改善電網運行，如維護電壓；減少線路電抗因而減少網損，提高穩定性。最常用的補償是電容器，以平衡傳輸網的主導的電抗；也有用電抗器的時間,以吸收電容性無功。除了負荷補償之外，有網絡補償(分串取和并聯補償兩類)Problem：以圖示舉例說明負荷補償的作用。線路的串聯補償串聯補償主要用于減少線路電抗

13、、補償后一般在0.30.8之間。它減少發電機與負荷的距離，于是，提高網絡的最大傳輸功率，是暫態穩定和電壓穩定的有利措施，具有的自適應的特性并聯補償并聯電容器和電抗器是用之最廣的最簡單的補償裝置。并聯補償的投切可以是手動的，也可是自動的。相對于串聯裝置來說，動作更頻繁。向缺電的地區輸送更多的功率時，必須配合更多的補償，否則負荷端電壓就沒辦法維護了。Problem:以圖示舉例說明。補償的另一種情況是防止超高壓網的輕載過壓現象,例如在500KV線路輕載時，會產生大量的電容性無功，如果不投入電抗器進行補償，過壓現象不可避免。SVC所謂SVC就是受電壓控制的并聯補償裝置。一般來說，SVC裝設在中壓網，通

14、過對高壓網的電壓測量控制并聯導納，從而控制母線電壓。SVC的昂貴成本對應著快速響應效果，對暫態功角穩定和快速電壓穩定都非常重要。在靜態時，SVC無功輸出為：2Q=BV并聯電納按下式變化B=K(V°-V)其中V為高壓網的電壓，V0為設定值。（缺圖：控制特性）在詳細的仿真中應包括升壓變壓器的阻抗。放大系數一般為SVC額定容量的25100倍，拋物線部分為極限狀態。靜補系統（SVS）是SVC帶一個機械的投切電容器，一方面可控制節點電壓，同時可騰出更多的快速無功貯備。從中可見，SVC大大改變了網絡的特性曲線。在極限情況下，SVC及是常規的電容器或電抗器BV2，這對電壓穩定不利，就這一點來說SV

15、C不如極限狀態下的發電機和調相機。有載調壓器現代電網分成多個電壓等級，超高網有220735KV，高壓網有60150KV。有載調壓器（LTC）的作用是保證正常的負荷端電壓，因此從負荷端來看，電網具冇恒定電壓°電網中的主要變壓器有：配電變壓器高壓八聯絡變壓器，超高壓/皿址變器發電機升壓變壓器第一類變壓器對負荷的動態特性有很大的影響，后三種變壓器對網絡特性的影響較大。LTC的電壓控制作用是縮短電源和負荷的距離，有的系統有多級LTC控制電壓，原理是一樣的。有的系統的電源和負荷的電氣距離較遠，如果沒有LTC的電壓控制作用就不可能運行。各級LTC的動態特性的互相影響對穩定有很大的影響。電壓崩潰的

16、簡單事例我們來看一個簡單的事例，這對于許多實際事例來說是具有代表性。如圖所示，負荷通過輸電線供電，發電機Gi有較好的AVR保持母線1的電壓恒常，母線1通過其它方式聯接到代表系統的無窮大母線2,母線2的頻率和電壓在任何情況下保持不變。隨著負荷繼續上升，發電機Gi供給更多無功，直到曲線的B點其無功出力達到極限，這樣母線1的電壓不能再為常數，系統轉移到曲線2運行，只有母線2的電壓為常數，原來的臨界點Ci轉移到C2。如果負荷繼續增加，就可能發生電壓崩潰了。防止電壓失穩的措施初探這里可見，防止電壓失穩的保護從規則到實時運行都需要。在規劃期間，需要決定是否建新的線路和發電機，需要怎樣的線路特性和發電機特性

17、來供給予想負荷，這必須在建線路和發電機之前完成。其它的研究是決定無功源的按裝地點，是否使用有載調壓器，使用什么保護裝置防止電壓崩潰。同時需要培訓發電廠和調度中心的工程人員，以便面對電壓穩定問題時胸有成竹。運行規劃時，發電機、線路、補償裝置、保護設備去已安裝好，也不可能再增加新的設備。調度人員需要熟悉和充分利用現有設備。他們必須考慮電壓穩定問題出現的可能性，例如對發電機Gi或線路緊急維修時，系統更薄弱，這時利用負荷預報和優化程序來指導在何處提供支授和最好的拓樸方式。最后，如果在運行時發生了事故，所有的一切都依賴于保護裝置和調度員。要對事件的發展過程有一個準確的預測是很難的，因為有許多非線性的事件發生，如果調度員沒有電壓穩定指標的幫助，很難判斷其危害和決定應該做些什么。每一個決定需要時間執行，在面對事件時，時間是極關鍵的。投入一組電容器的效果與時間的前后有關（