电力系统电压稳定理论若干问题研究

摘 要：随着社会科技的快速发展，我们对于电力的需求亦逐渐增大，但是受到经济与环境的限制，电力系统也逐渐处于极限负荷状态，电压稳定问题的解决迫在眉睫。本文针对电力系统电压稳定的相关问题进行了研究，重点进行了动态电压稳定性、功角稳定关系与动态稳定的延拓算法进行了分析。

关键词：延拓算法；电压稳定；动态稳定；功角稳定

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.152

0 引言

稳定的电力系统是社会发展的必要基础，但同时对于电压稳定的研究又具有一定的复杂性。因此有必要对电压稳定的理论基础进行深入的分析研究，同时也要对电压失稳可能出现的问题与现象进行简化描述，这样才能方便相关工作人员对可能出现的问题进行判断与预防控制，为我国的工农业生产与日常生活提供一个稳定、良好的电力系统。电压稳定性的分析是众多学者进行研究的重点领域之一，也已经取得了不少成果，本文概述了电压稳定性的研究背景及现状，总结分类了现今的电压稳定性分析方法，分析问题并进行了评述。基于负荷特性在电压稳定性的研究中起到非常关键的作用，因此本文还进行了负荷静态和动态模型对于电力系统中的电压稳定性的研究。

1 动态系统的平衡点延拓算法

电力系统作为一个具有参数变化的动态系统，可以通过分析其平衡点的变化特性来进行研究。因此我们采用微分代数方程来描述电力系统，并且在此基础上研究电压的稳定特性。随着系统负荷的参数值不断增大，需要获取其增长极限，即电压稳定值，以此获得电力系统的各种信息。本文采用延拓算法进行动态平衡点的参数求取，并且描绘出P-V曲线。应用此方法可以消除使用常规计算方法时出现的电压失稳点的发散问题，并能够精确的得出电压的稳定裕度。裕度指标即是指从系统设定的初始运行状态开始，以某种设定好的方式，通过负荷增长的累积达到的电压临界值。它的大小能够直观的反映出目前电力系统工作负荷与故障扰动、保持电压稳定的能力大小。笔者根据非线性微分动力学系统，得出以下方程组

X=f（X，p），X∈Rn，p∈Rm （1.1）

式（1.1）中，X为电力系统中的状态参数，p是系统参数，f是光滑映射。笔者在只有一个变量而其他的参数作为定值的情况下，求解电力系统的平衡点随状态参量的变化情况。由以下（1.2）的方程组得出X随参量λ的改变而发生的变化情况。

F（X，λ）=0，X=Rn，λ∈R （1.2）

笔者通过预先测定-校正改进方式的延拓算法，根据以下步骤进行讨论研究：（1）平衡点的状态参量的选定（2）预先测定下一个平衡点（3）校正改进预测值（4）增加延拓算法的步长限制。

2 电力系统动态稳定性的解析延拓分析

学者对于电力系统的研究已经持续了很久，也相继提出了很多方法来分析研究电压的稳定性与稳定裕度等问题。在数学上，我们采用微分代数方程对其进行完整的描述。但是实际研究中，由于涉及到所有电子元器件的动态特性的影响，分析该方程组变得十分复杂。因此，本文采用小扰动方法对方程组进行一定程度上的简化，本文通过控制变量法分别修改各个状态参数的方法获得系统状态参数的矩阵。最后进行了算例研究，实验结果显示：相较于其他获取电压稳定值的方法，小扰动方法可以稳定的运行于P-V曲线的下半支。恒功率负荷对电力系统小扰动稳定性的负面影响较恒电流负荷要大，恒功率负荷成分越大，系统小扰动稳定裕度越小。在各类负荷中，具有负指数特性的负荷对系统稳定性的影响最严重，恒功率负荷次之，再次为恒电流负荷和恒阻抗负荷。

在电力系统静态分析中通常以网络潮流方程为基础，如式（2.1）所示

（2.1）

通过延拓算法连续跟踪潮流方程的特征值的变化情况，可以得出系统的最易失稳的情况。然后利用状态参数与控制参数的分析判断出失稳的类型。

3 基于广域测量系统的电压稳定评估

当电力系统在实际使用过程中处于超负荷工作状态时，系统中任何环节出现扰动或系统的负荷累积都有可能引发电压失稳，甚至是电网的电压崩溃的情况发生。因此对于电力系统的运行维护人员来说，只有充分的了解整个系统的每一个电压稳定节点，才能保证系统的安全稳定运行。本文通过广域测量系统来获取同步电压相量，分析电力系统的稳定性。利用同步电压相量与节点戴维南等效方法的结合使用，通过部分同步电压值的测量来分析与其相连接的同步电压量，以此分析评估电力系统的稳定性。

通过在电力系统的关键节点安装电源管理单元来建立一个广域测量系统。在广域测量系统中，一个向量数据集中器可以整合多个电源管理单元，再进行数据整合，最终传输给控制单元。在整个广域测量系统中，采用分层的结构进行管理。将电源管理单元作为最基层的单元，由向量数据集中器逐步或直接地通过高速的通信网络传输至控制中心。控制中心就可以对这些数据进行分析处理完成对电网的稳定性评估。

广域测量系统的典型组成如图（3.1）所示：

4 结语

电压的稳定性研究是电力系统分析的重要组成部分，关系着整个系统能否稳定可靠的运行。本文对电压稳定性的若干问题进行了深入的分析，但仍存在以下几点值得进一步研究：（1）电压稳定性的原理分析。（2）进一步探索发电机对于电压的稳定性的影响（3）分析电压的稳定性与电能质量的关系（4）分析电压的稳定性与直流输电的关系。

参考文献：

[1]何攻，李军，乔梁.电力系统电压稳定分析方法综述[J].东北电力大学学报，2013（05）：16-19.