电压稳定机理总结

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在电力系统的研究中,通常认为功角稳定比电压稳定在机理的认识上更加成熟。出于对电压稳定机理的了解的目的,我查找了相关的资料并作了简单总结。

时期 研究特点
早期:70年代之前 电网规模小、无功充足,不容易造成电失稳,此时普遍利用$\frac{dQ}{dU}$来进行判别
中期:70年代至80年代 此时开始出现电压失稳问题,但由于事故往往里初始故障的时间间隔较长,因此人们认为电压稳定属于静态范畴,主要的因素为无功不足。
目前 电压失稳和功角失稳是非线性动力学系统失稳的两种表现形式,两者是相互联系、相互影响的。在研究过程中要分析主要问题,于电压稳定现象中找到与其有关的影响因素。而电力系统是非线性动力系统,电压稳定本质上是动态过程,因此只有为电力系统保留动态特性才能真正解释电压失稳的发展机制。

目前在电压稳定研究领域仍然存在不足,主要体现在如下问题:

(1)电压失稳的机理分析,包括辨析出影响电压稳定的关键因素以及回答电压失稳是如何发生的;(2)电压稳定的数学模型及方法;(3)电压稳定性指标;(4)电压稳定控制;(5)电压稳定和功角稳定的关系。

稳定性的定义及分类

对比了IEEE和CIGRE两个工作组对稳定的分类后,我认为后者基于数学原理的分类更加容易接受,因此只在这篇博文中记录后者的分类情况:
(1)静态稳定:指系统受到小扰动后不发生非周期性的功角稳定性,其物理特性是指与同步转矩相关的小扰动动态特性。我的理解是发生小干扰后能够回到稳定点。
(2)小扰动动态稳定:指系统系统受到小扰动后不发生周期性失稳的功角稳定,其物理特性是指与阻尼转矩相关的小扰动动态稳定性。我的理解是静态稳定后不会发生周期性震荡。
(3)暂态稳定:主要指系统受到大扰动后第一、二摇摆的稳定性,用于确定系统暂态稳定极限及稳定措施,其物理特性是指与同步转矩相关的暂态稳定性。我的理解是发生大干扰后能够到达新的平衡点
(4)大扰动动态稳定:主要指系统受到大干扰后,在系统动态元件和控制转置的作用下,保持系统稳定性的能力,其物理特性是指与阻尼转矩相关的大扰动动态特性。我的理解是暂态稳定后,在平衡点附近不会发生周期性震荡。
(5)频率稳定:是指电力系统发生突然的有功功率扰动后,系统频率能够保持或者恢复到允许的范围内,不发生频率崩溃的能力。
(6)静态电压稳定:是指系统受到小干扰后,系统电压能够保持或恢复到允许的范围内,不发生电压崩溃的能力。
(7)大扰动电压稳定:包括暂态电压稳定、动态电压稳定、中长期电压稳定,是指电力系统受到大干扰后,系统不发生电压崩溃的能力。暂态电压主要用于分析快速的崩溃问题,中长期电压稳定主要用于分析系统在响应较慢的动态元件和控制装置的作用下的电压稳定性,如有载调压器。

暂态电压失稳的影响因素

在暂态电压是稳定的机理解释上,大部分是从电压稳定的定义出发,侧重于系统负荷及负荷元件的特性。事实上,除了一部分工业感应电动机负荷外,负荷并没有多少动态特性。很多解释很少涉及到系统法发电机侧和网络输电侧的状态,这样割裂了电力系统的整体性,甚至不能肯定符合节点电压的恶化是否与发电机功角趋于失稳有关,致使某些解释难以说明暂态电压稳定和暂态功角稳定的关系。
具体而言,暂态电压稳定主要与输电网络输电能力极限、负荷动态特性(主要是感应电动机)以及首端系统电压支撑(发电机失磁或跳闸、并联电容器、HVDC)有关。

中长期电压失稳影响因素

中长期电压失稳的情况不一样的是考虑到多次连续故障的影响,由于动态元件的特性造成前一次故障的冲击影响到后一次故障的发展过程,进而造成电压失稳。
主要和它有关的因素为:发电机过励限制、有载调压变压器动作特性、负荷的功率恢复特性,这里研究的是电压失稳的慢过程中发生的一些变化。

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