孙崇峰：电力系统电压崩溃实验研究

1 绪论

1.1引言

20 世纪80 年代以来, 由于世界各国的电力改制及环保立法等因素的影响, 电网运行越来越接近于极限状态, 出现了慢速或快速的电压跌落现象,有时甚至产生电压崩溃。例如1996 年7 月2 日美国西部电力系统(WSCC) 的一次事故, 共损失了约10% 的负荷, 造成了巨大的经济损失和社会生活紊乱。所以, 在现代高度发达的电网中, 电压稳定问题日趋严重, 也越来越受到人们的重视。电压稳定已成为电力系统规划和运行的主要问题之一。

1.2研究电压崩溃实验的意义

自从世界各地的几个大电网相继发生电压崩溃, 造成巨大损失以来, 对于电压稳定的研究受到了普遍的重视, 近十年来各国在这一领域里做了大量的工作, 提出了许多方法,但是, 到目前为止, 尽管对电压失稳机理提出了各种解释,却仍没有一种解释令人满意的解释，众所周知在功角稳定中, 由于人们正确地掌握了功角稳定问题的本质、关键性的状态变量和影响因素, 所以能用功角摇摆方程和一曲线对功角稳定的许多问题作出合理的定性解释, 并发展了多种定量计算的方法。与此相比, 电压稳定的研究则还有很大的差距目前普遍认为电压不稳定从本质上讲是无功平衡的被破坏, 但是当我们讨论“不稳” 或“崩溃” 的时侯, 却没有找出相应的状态变量, 建立与功角摇摆方程相应的描述无功不平衡量和电压崩溃关系的微分方程, 以便能象功角稳定那样进行深人的分析和定量的计算。一方面我们知道电压崩溃日趋严重的主要原因有以下几点: 由于经济上及其它方面( 如环保) 的考虑出发、输电设备使用的强度日益接近其极限值： 并联电容无

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功补偿大量增加, 因而当电压下降时：向电网提供的无功功率按电压平方下降。 线路或设备的投切引起电压失稳的可能性往往比功角稳定研究中所考虑的三相短路情况要大得多。另一方面，随着国民经济的高速增长，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网中负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电

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南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文）

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情况日益普遍。这给电力系统的安全运行带来了不少问题，其中之一就是电压稳定问题，即电压不稳定或电压崩溃引起的电力系统局部负荷丧失，甚至是全网瓦解而导致大面积停电。近些年来，世界范围内，尤其是在发达国家，出现了一些由于事故引起传输线路滚雪球式的连续退出运行，最后造成功角失稳，系统解列等重大事故的实例。

在此背景下，近十年来电压崩溃问题成了全球性研究的热点，研究范围不断拓宽，研究工作不断深入，各种研究成果大量发表。尽管如此，电压稳定问题的研究成果离实际应用还有相当的距离，主要表现在两个方面。一方面，对电压稳定的机理的认识众说纷纭，没有达到广泛的一致。另一方面至今还没有一套被工程界和学术界广泛接受和普遍采用的电压稳定性分析的元件模型和数学方法。 我国电力系统已经进入了大电网，超高压，大机组，远距离的时代，随着国民经济的高速增长，电力建设落后于经济发展的状况不会在短时间内解决，远距离重负荷输电的局面将会日益突出。这就迫使电力系统运行于接近网络极限输送能力的状态。因此，借鉴国外恶性电压崩溃事故和我国某些局部电网中发生的电压崩溃的经验教训，对电力系统电压崩溃特性的研究具有特别重要的意义。

1.3本文的主要工作

本文针对负荷特性对电力系统电压稳定性的影响这个中心。通过P-V曲线分析法定性分析了不同负荷特性对电压稳定性的影响,并通过ETAP对单负荷—无穷大系统进行仿真，研究了电压失稳和电压崩溃现象。最后针对这些现象给出了关于电压稳定及电压崩溃的本质解释。

第一章，介绍目前我国电力系统的现状，在电压稳定及电压崩溃研究领域的研究成果，面对复杂的现状，电力系统电压崩溃特性的研究具有特别重要的意义。

第二章，介绍了电压稳定、电压失稳以及电压崩溃的概念和分类。阐述了电压稳定性的两种分析方法，P-V法和时域仿真法，分别研究电压稳定的静态和动态特性。

第三章，通过对电压崩溃的了解及其现状，在介绍单负荷-无穷大系统，最后来讨论单负荷-无穷大系统电压崩溃产生的机理，对其中负荷为恒定功率类型进行详细分析。

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第四章，运用ETAP软件建立单负荷—无穷大系统仿真模型，研究不同负荷特

性（恒定功率、恒定阻抗类型负荷及感应电动机）对系统电压稳定性的影响。

第五章，在电压稳定教学试验装置上进行电压崩溃物理仿真试验，考察不同特性负荷（日光灯、感应电动机等）对系统电压稳定性的影响。

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2 电力系统电压稳定性

2.1 引言

近年来，为了更合理地利用能源，提高经济效应、保护环境，国内外电力系统日益向大机组、大电网、超高压和远距离输电方向发展。这些发展出现了许多新变化，例如，电网电压等级的升高，电力系统的互联，大容量发电机组的普遍应用等，而受环境和建设成本的限制，电网结构相对薄弱，发电设备储备量较少，系统经常运行在重负荷条件下，这些都给电力系统的安全运行带来了隐患，其中包括电压不稳定或电压崩溃引起的局部丢负荷或大面积停电。在我国电压不稳定

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和电压崩溃出现的条件同样存在，而且我国电网更薄弱，并联电容器的使用更甚。 再加之城市中家用电器设备的巨增，我国更有可能出现电压不稳定问题。因此关于电压稳定性的研究十分重要。

2.2 电压稳定性的基本概念

电压稳定性是指系统在受到扰动后在系统特性和负荷特性的共同作用下，能维持负荷点电压，运行在平衡点，附近的能力。就问题的物理本质意义而言，电力系统的电压稳定性是指，系统在承受各种扰动后能够维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力。就稳定性的物理表现而论，电力系统的稳定性是指其具有抑制各种扰动并恢复到原始稳定平衡状态（小扰动稳定性）或过渡到新的稳定平衡状态（大扰动稳定性）的能力。 由于电力系统电压稳定问题本身的复杂性及对问题认识程度的局限性，国际上至今尚无公认的严格科学定义，针对上述现状本文拟对电压稳定性及有关概念作如下分类和定义。

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