電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究論文
電力系統(tǒng)穩(wěn)定是一個(gè)統(tǒng)一的整體,其穩(wěn)定性問題當(dāng)然也應(yīng)該是一個(gè)整體的概念,因 此系統(tǒng)應(yīng)該只有穩(wěn)定或不穩(wěn)定兩種狀態(tài),這也是早期人們只注意到了電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定 的原因之一電壓穩(wěn)定問題的研究一般是相對(duì)于功角穩(wěn)定而言的,他和功角穩(wěn)定都從屬 于電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題。
電壓穩(wěn)定的失穩(wěn)特性、擾動(dòng)大小和時(shí)間框架和功角穩(wěn)定不同,早 期文獻(xiàn)一般認(rèn)為,功角穩(wěn)定問題是研究發(fā)電機(jī)在各種情況下的同步運(yùn)行問題,而電壓失 穩(wěn)是電力系統(tǒng)無功供給無力滿足負(fù)荷的無功需求的結(jié)果,因?yàn)橥ǔＧ闆r下,電壓失穩(wěn)是 以某些重負(fù)荷母線無功缺乏而導(dǎo)致的。即使現(xiàn)在看來,這種觀點(diǎn)在很大程度上也是正確 的,但是近年來對(duì)電壓穩(wěn)定問題的認(rèn)識(shí)的發(fā)展己經(jīng)說明,電壓穩(wěn)定問題實(shí)際上要復(fù)雜得 多。
研究電壓穩(wěn)定問題,首先要有電壓穩(wěn)定問題的定義,可是由于該問題研究歷史的短 暫因素和問題的復(fù)雜性,致使電壓穩(wěn)定問題本身的定義經(jīng)歷了一個(gè)很混亂的階段,一直 不能有一個(gè)最終統(tǒng)一的讓廣大學(xué)者和研究部門都接受的定義,直到最近幾年這種狀態(tài)才 稍稍改觀,但也仍然不能確定就是最終的定義。 本文的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義和分類是基于2004年IEEE和CIGRE聯(lián)合給出的定義 和分類方法,這種定義和分類目前已被國際電力界廣泛采納。
從物理本質(zhì)上講,電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持系統(tǒng)所有的負(fù)荷點(diǎn)電壓處 于某一規(guī)定的運(yùn)行范圍之內(nèi)的能力,這種能力有時(shí)候主要取決于網(wǎng)絡(luò)輸送到負(fù)荷的功率 能否滿足負(fù)荷自身的功率要求。如果網(wǎng)絡(luò)輸送到負(fù)荷的功率不能滿足負(fù)荷自身的功率需 求,負(fù)荷電壓將會(huì)下降,嚴(yán)重時(shí)將失穩(wěn)甚至系統(tǒng)電壓崩潰. 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,電力系統(tǒng)失穩(wěn)的機(jī)理更加復(fù)雜。靜態(tài)穩(wěn)定 和暫態(tài)穩(wěn)定曾是早期電力系統(tǒng)穩(wěn)定的主要問題,隨著電網(wǎng)互聯(lián)向著大電網(wǎng)、超高壓、大 機(jī)組、遠(yuǎn)距離的發(fā)展,電壓失穩(wěn)、頻率失穩(wěn)和振蕩失穩(wěn)己經(jīng)成為電力系統(tǒng)失穩(wěn)的更常見 現(xiàn)象。
IEEE電壓穩(wěn)定工作小組和國際大電網(wǎng)會(huì)議的TF38.02.10工作組在上世紀(jì)九十年 代各自給出的定義基礎(chǔ)上又在2004年5月,聯(lián)合在一起開會(huì)討論并給出了一份關(guān)于電 力系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行重新定義和分類的會(huì)議成果報(bào)告arm。這份聯(lián)合報(bào)告指出:電壓穩(wěn)定 是指電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后系統(tǒng)中所有母線節(jié)點(diǎn)電壓都能保持在穩(wěn)定的、可接受的.水平, 它在一定程度上反應(yīng)電力系統(tǒng)保持或恢復(fù)負(fù)荷需求的能力以及功率供給平衡的能力。 這份研究報(bào)告將電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定三大類以及眾多 子類,具體分類框架所示。
1.大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定:大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定性關(guān)心的是大擾動(dòng),如:如系統(tǒng)故障、失去負(fù) 荷、失去發(fā)電機(jī)等大擾動(dòng)之后系統(tǒng)控制電壓維持穩(wěn)定的能力。它由系統(tǒng)、負(fù)荷特性、兩 者間連續(xù)和不連續(xù)控制及保護(hù)的相互作用所決定。大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定性的判斷,需要考慮 系統(tǒng)的非線性響應(yīng)特性。
2.小干擾電壓穩(wěn)定:小擾動(dòng)(或小信號(hào))電壓穩(wěn)定性關(guān)心的是小擾動(dòng)(如負(fù)荷的緩慢 變化)之后系統(tǒng)控制電壓保持穩(wěn)定的能力。它受負(fù)荷特性以及給定時(shí)間內(nèi)的連續(xù)和不連 續(xù)控制作用的影響。這類問題可能是短期的也可能長(zhǎng)期的,在分析時(shí)可適當(dāng)?shù)膶?duì)系統(tǒng)方 程進(jìn)行線性化,從而使方程變得簡(jiǎn)單,計(jì)算速度大大提高。 根據(jù)研究的時(shí)間范疇,還可以將電壓穩(wěn)定分為暫態(tài)電壓穩(wěn)定、中期電壓穩(wěn)定和長(zhǎng)期 電壓穩(wěn)定所示。
1.短期暫態(tài)電壓穩(wěn)定:涉及的時(shí)間只有幾秒鐘,負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模型很重要,為微分方 程。研究認(rèn)為,引起暫態(tài)電壓崩潰的主要原因是短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng),具體可分為:①短期動(dòng) 態(tài)擾動(dòng)后失去平衡點(diǎn);②擾動(dòng)后平衡點(diǎn)發(fā)生振蕩(實(shí)際系統(tǒng)中未觀察到):③由短期動(dòng) 態(tài)造成的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受到隨機(jī)參數(shù)變化或小的離散轉(zhuǎn)移后,缺乏拉回到短 期穩(wěn)定的平衡點(diǎn)的能力。短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)這一時(shí)段內(nèi)可能同時(shí)出現(xiàn)功角失穩(wěn)和電壓失穩(wěn), 由于它們包含相同的元件,區(qū)分到底是功角穩(wěn)定問題還是電壓失穩(wěn)往往很困難。引起暫 態(tài)電壓崩潰除短期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的因素外還有長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)擾動(dòng),此種失穩(wěn)機(jī)制也可以劃分為三 種情況:①由長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)造成的短期平衡點(diǎn)丟失;②由于長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)而造成的短期 動(dòng)態(tài)的振蕩不穩(wěn)定性:③由長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)擾動(dòng)造成的短期動(dòng)態(tài)的吸引域收縮而致使系統(tǒng)在受 到隨機(jī)參數(shù)變化或小的離散轉(zhuǎn)移后,缺乏拉回到短期穩(wěn)定的平衡點(diǎn)的能力.
2.長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定:研究時(shí)間從幾分鐘到更長(zhǎng)的時(shí)間,涉及系統(tǒng)內(nèi)的幾乎所有慢動(dòng)作 設(shè)備。長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定問題通常是以一系列連鎖發(fā)生的設(shè)備停運(yùn)為起點(diǎn)標(biāo)志,而與最初的 擾動(dòng)嚴(yán)重程度無關(guān)。
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