西南交通大学
本科毕业设计（论文）
电力系统无功与电压稳定性的分析与研究STATION'S PLANE DESIGN OF CATENARY BASED ON CAD TECHNOLOGY
年级:2008级
学号:20088033
姓名:闫锐毅
专业:铁道电气化
指导老师:杨乃琪
2012年6月
院系电气工程系专业电气工程及其自动化
年级2008级姓名闫锐毅
题目电力系统无功与电压稳定性的分析与研究
指导教师
评语
指导教师(签章)
评阅人
评语
评阅人(签章)成绩
答辩委员会主任(签章)
年月日
毕业设计（论文）任务书
班级电化2006级2班学生姓名陈琪学号20066713
发题日期：2010年3月1日完成日期：2010年的6月25日
题目基于CAD技术的接触网站场平面设计（京沪A站）
1、本论文的目的、意义接触网是电气化铁道中重要供电装置，接触网平面设计特别是接触网站场平面设计是施工设计的重要内容。从设计、施工等部门来看，接触网平面设计占用了大量人力，花费过多精力，据统计每年毕业生中至少六成以上要长期从事接触网设计、施工及运营维护工作。因此，对电化专业而言掌握接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。随着计算机技术的发展，近年来CAD技术在该领域得到了广泛应用，设计等部门普遍采用CAD技术进行辅助设计，节约了大量人力及精力，为该领域指明了发展方向，基于高速电气化铁路近年来飞速发展的需求，掌握高速接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。本论文的目的是通过毕业设计，掌握350km/h高速接触网平面设计及CAD技术的应用。
2、学生应完成的任务
①完成指定车站（京沪A站）站场平面设计所需的必要计算。
②完成应用CAD技术的站场平面布置图。
③完成一跨距吊弦长度计算。
3、论文各部分内容及时间分配：（共17周）
第一部分(3周)
第二部分掌握站场平面设计方法。(3周)第三部分程序编制及相关计算。(2周)第四部分站场平面布置图。(3周)第五部分完成论文写作及整理。(3周)评阅及答辩(2周)论文整改(1周)备注
指导教师：2012年月日
审批人：2012年月日
摘要
早在上个世纪40年代，苏联科学家马尔科维奇就提出了电压稳定性问题，但受当时电力系统的机组容量、网络规模、电压等级及互联水平的限制，该问题在电力系统中并不突出。随着电力力系统想着大电网、高电压和远距输电发展，20世纪70年代发生了一系列的大电网电压崩溃事故，电力系统稳定性问题越来越受到重视。
随着我国城市建设的迅速发展，用电负荷需求量不断增大，对电能质量、供电可靠性的要求也不断提高，现有城网已经不能充分满足各方面的要求，这对合理利用能源、提高经济效益具有重要的意义，但同时也给电力系统的安全运行带来了一些新的问题。这些问题的出现使得我们对电力系统稳定安全的运行进行更加深入的研究。电压失稳是近代电力系统研究的重要课题之一，其研究大大丰富了电力系统稳定的内涵。而无功是影响电压水平的主要条件，通常的电压崩溃都是由于不能满足符合所需无功功率造成的。本文分析了无功特性，以及无功对电压的影响，然后引出了电压稳定性，通过多电压失稳的机理分析，深入探讨了无功功率和电压稳定性之间的关系。
本文的研究成果对避免电压失稳和电压崩溃有一定的参考价值，同时对更好好的利用无功补偿装置，有效改善电压水平，降低电网损耗，使电网安全、稳定的运行具有较大的推广价值。
关键词电力系统稳定性；无功功率；电压失稳。
Abstract
Key words High-speed railway；Catenary；Plane design；CAD
目录
第一章电力系统的电压稳定性研究 (1)
1.1引言..............................................................................错误！未定义书签。
1.2电压稳定性研究内容和现状......................................错误！未定义书签。
1.2.1电压稳定性的定义 (6)
1.2.2电压稳定的分类 (7)
1.2.3电压稳定领域的研究现状 (7)
第二章电力系统的无功 (1)
2.1无功功率的基本概念 (2)
2.2正弦电路的无功功率 (3)
2.3非正弦电路的无功功率 (4)
2.4功率因数 (5)
2.5功率因数过低对电力系统的影响 (5)
2.6无功功率的平衡........................................................错误！未定义书签。
2.7无功功率电源............................................................错误！未定义书签。
2.8无功补偿原则............................................................错误！未定义书签。
第三章电压稳定问题的机理和分析 (10)
3.1电压失稳及崩溃的机理探讨 (10)
3.1.1电压失稳的静态机理解释 (10)
3.1.2电压失稳的动态机理解释 (13)
第四章无功优化 (24)
4.1什么是无功优化？ (24)
4.2无功优化的意义 (25)
4.3电力系统无功优化的研究现状 (26)
4.4无功优化的经典算法 (27)
4.5人工智能算法 (30)
4.6无功优化方法总结 (32)
第1章绪论
1.1引言
早在上世纪40年代,苏联学者马尔柯维奇就提出电力系统电压稳定问题，但由于当时电力系统的电压等级、机组容量、网络规模及互联水平的限制，这个问题在当时并不突出。然而随着电力工业的快速发展，大容量电厂和大规模电力系统的出现，电压问题已经不仅仅是一个供电质量问题，还关系到大系统安全运行和经济运行。随着电力系统向大电网、高电压和远距离输电发展，上世纪70年代以来世界上一些大电网（例如美国、日本、法国、瑞典、比利时等）连续发生以电网崩溃为特征的电网瓦解事故，导致大面积长时间停电，给社会造成巨大的经济损失和社会生活紊乱，60年代以来，电压失稳事件在一些国家的电网中多次发生（见表1.1）。
表1.160年代以来与电压崩溃相关的国际大停电事故
序号国家发生时间事故名称停电规模（MW）停电时间1英国1961-5-15英国东北部大停电15002h55min 2美国1965-1-28美国中部大停电20003h30min 3加拿大1977-9-20魁北克州大停电100006h30min 4法国978-2-19法国大停电290008h30min 5英国1981-8-5英国南部大停电11002h30min 6瑞典1983-12-27瑞典南部大停电114005h20min 7比利时1982-8-4比利时大停电24001h28min 8日本1987-7-23日本东京大停电81683h21min 9加拿大1989-3-13魁北克州大停电94502h45min 10美国2003-8-14美国东北部618013h 就我国而言，义现代化建设正处于蓬勃发展，我国将迎来电网建设的高潮。根据我国电网的发展势态以及对电力负荷增长需求，电力系统的规模将越来越大，将要发展系统中的互联，无论在容量上、网络的复杂程度上，或者地区的跨度上都在迅速地
增加。展望今后电力系统的发展，各方面的原因将使系统稳定性问题变得愈加突出。借鉴国外电压崩溃事故，研究电网电压稳定性，防止电压崩溃事故的发生，具有特别重要的意义。
电力系统的无功功率是影响电压水平及造成电压不稳定的最主要的原因。无功功率在电网中的传输将会降低电压水平，影响电能质量。当系统不能满足负荷所需无功时，则可能会造成电压持续下降，最终导致电压崩溃。因此，研究无功功率对提高系统电压水平和电压质量，保证系统稳定运行具有重要的意义。通过无功计算，可以优化电网的无功潮流分布，还可以优化无功电源的配置，并降低电网电压损耗，从而改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现在电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。随着电力市场改革的深化，厂网分开后，降低电网损耗对电网公司来说变得非常重要，降低网损的重要途径是降低电网的无功潮流，因此电力系统中电压无功功率优化的重要性越来越突出。
第二章电力系统的无功
在电网对用户输电的过程中，电网要提供给负载的电功率有两种：有功功率和无功功率。有功功率（p）是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量（机械能、光能、热能等）的电功率；而无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容等原件工作时建立磁场所需要的电功率。
2.1无功功率的基本概念
无功功率比较抽象，它主要用于电气设备内电场与磁场的能量转换，在电气设备中建立和维护磁场的功率。它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁能转换为电能，周而复始，并无能量损耗。特别指出，无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能等为外界提供能量，作用却十分重要。
电机运行需要旋转磁场，就是靠无功功率来建立和维持的，有了旋转的磁场，才能使转子转动，从而带动机械的运行。变压器也需要无功功率，才能使一次线圈产生
磁场，二次线圈感应出电压，凡是有电磁线圈的电气设备运行都需要建立磁场，然而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率，没有无功功率，这些设备都不能正常运行。
2.2正弦电路的无功功率
在电压电流都为正弦波形，负荷为线性时，电压和电流的瞬时值表达式可写成：
（2—1）
（2—2）式中U、I和φ分别是电压有效值、电流有效值和电流滞后电压的相角。
如将电流i分解成与电压同相的有功分量和与电压相角差90°的无功分量，
则可写成
（2—3）
（2—4）瞬时功率p为
（2—5）
=（2—6）
瞬时功率可以分为两个部分：①是非正弦周期量，是输入或输出时功率中不可逆的分量；②是正弦量，是瞬时功率中的可逆分量，它在一个周期内正负交替变化两次，表明了周期性的交换能量
无功功率Q为
（2—7）
它是式（2—6）中可逆变分量的幅值（最大值）。当时，认为该端口吸
收无功功率；当时，认为该端口发出无功功率。对单一元件亦适用，既有
,(吸收)，（发出）。、为电流、电压的无功分量。无功功率反应了内部与外部往返交换能量的情况，但是它并不像有功功率那样表示单位时间所做的功。常用无功功率的单位为乏（var）,千乏（kvar），兆乏（Mvar）
2.3非正弦电路的无功功率
在电网中，如果电压和电流都具有非正弦波形，将电压和电流分别分解为傅里叶级数，即
（2—8）
（2—9）
u(t)和i(t)具有相同的基波频率。由于负荷可能是非线性的，所以电压和电流不一定具有相同阶次的谐波分量。
在电压和电流都为非正弦波的情况下，谐波的出现不仅会影响电压和电流的有效值，也将影响到功率的数值。
根据有功功率等于瞬时功率在一个周期内的平均值的定义，并且考虑到三角函数的正交性可以得出
（2—10）
式中为第n次谐波电流滞后电压的相角。
需要说明的是仅有同频率的的电压和电流才构成有功功率，而不同频率的电压电流则不构成有功功率。
仿照上述有功功率的计算公式，可以给出频域的无功功率定义为
（2—11）在正弦波的情况下，习惯上规定感性负荷的无功功率为正，容性负荷的无功功率
为负，利用无功功率的符号来研究无功补偿问题不会引起任何矛盾。但在非正弦波的情况下，在同一个谐波源内可能会出现某次谐波是感性无功，而另一次谐波则是容性无功。在利用无功功率的符号规定时，在这种情况下将导致不同谐波的无功相互补偿，换句话说，在非正弦波的情况下，无功功率已经没有能量交换的最大量度等物理意义。另一方面，习惯上规定用户吸收的有功功率为正、发出的有功功率为负
2.4功率因数
感性负载的电压与电流的相量间存在一个相位差，通常用相位角的余弦cosφ来表示，cosφ称为功率因数
（2—12）
P————有功功率
S————视在功率
功率因数的大小，反映了电网系统中电源输出的视在功率的有效利用程度，为了提高电网系统中电能输送质量，希望功率因数越大越好。
2.5功率因数过低对电力系统的影响
1.无功增加，会使系统电压降低
无功负荷增加时，输电线路的电压损失增加。由于线路存在阻抗，当电流流过线路时就要产生电压损失。其数值可用以下式子近似计算：
（2—13）
P————线路输送有功功率
Q————线路输送无功功率
R————线路电阻
X————线路电抗
U————线路首段电压
2.无功负荷增加，功率因数降低，会使线路、变压器等设备功率损耗增大线路功率损耗
（2—14）
由上式可得，当传输的有功功率不变时，线损与成反比，功率因数越低，线损越大。
3.系统无功负荷增加，功率因数降低，将限制变压器、发电机等设备的有功输出
（2—15）
第3章电力系统的电压稳定性研究
近年来，随着经济的快速发展,用电量急剧增加,给电力系统的安全运行带来了新的问题，一些大型电网相继发生大面积电压崩溃事故，用电量的增长速度超过了电网建设的速度,网架建设的薄弱也给电压稳定带来很大的安全隐患。同时,电力市场竞争机制使各种电源竞价上网,给庞大的极限运行的网络带来很多不确定的因素,使电压稳定性问题成为影响电网安全的一大因素。迫切要求对电压稳定性问题进行深入研究。
3.1.电压稳定性的定义
到现在为止，学术界对电压稳定性还没有公认的严格定义。《电力系统安全稳定导则》中将电压稳定定义为：当电力系统受到或小或大的扰动后，电压能保持或者恢复到容许的范围内，而不发生电压崩溃的能力。
1990年IEEE电压稳定小组的报告认为：如果电力系统能够维持电压以确保负荷增大时，负荷消耗的功率随着增大，就称系统是电压稳定的；反之就称系统是电压不稳定的。
1993年CIGRE（国际大电网会议）提出：电压稳定是整个电力系统稳定性的一
个子集，如果系统受到一定的扰动后，邻近节点的负荷电压达到扰动后平衡状态的值，并且该受扰状态处于扰动后的稳定平衡点的吸引域内，那么就认为系统是电压稳定的；与此相反，如果扰动后平衡状态下负荷邻近的节点电压低于可接受的极限值，那么就称系统电压崩溃。
所谓电压崩溃，就是指由于电压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压下降的过程（电压也可能是由于“角度不稳定”而崩溃的）。当出现扰动、负荷增大或系统变更使电压急剧下降或向下漂移，并且运行人员和自动系统的控制已无法终止这种电压衰落时，系统就会进入电压不稳定状态，这种电压的衰落可能只需要几秒钟，也可能长达10-20min，甚至更长，如果电压不停地衰落下去，静态的角度不稳定或电压崩溃就会发生。
3.2.电压稳定的分类
我国在2001年出版的电力系统安全稳定导则中，参照了CIGRE在1993年的定义，并结合最新的研究成果，将电压失稳按表现分为静态小扰动失稳、暂态大扰动失稳、大扰动动态失稳、长过程失稳。IEEE/CIGRE联合工作组结合最新的研究成果，并考虑到电力工业界的实际需求，于2003年重新对电力系统稳定等问题进行了定义，文中指出，电压稳定是指系统经受扰动后所有节点保持稳定的电压的能力，同时电压稳定可以按照扰动大小和时间框架分别进行划分。按扰动大小分，电压稳定可以分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定，其中，小扰动指的是诸如负荷的缓慢增长之类的扰动，大扰动指的是诸如系统事故之类的扰动；按时间框架分，电压稳定可以分为短期电压稳定和长期电压稳定，短期电压稳定的研究对象主要是感应电动机等，时间范围一般在几秒以内，长期电压稳定的研究对象主要是发电机励磁限流器等，时间范围一般在几分钟到几十分钟之间。
3.3.电压稳定领域的研究现状
对电压稳定问题的研究大体上可归纳为两类：基于潮流方程的静态电压稳定分析方法，和基于状态方程的动态电压稳定分析方法。
静态电压稳定主要是评估电力系统在稳态时，尤其是在当前运行状态下的电压稳定情况，这种分析方法经历了较长时期的研究，取得了比较让人满意的结果。静态电压稳定分析的方法主要有：灵敏度法、潮流多解法、最大功率法、奇异值分解（特征值分析）法，以下将简单介绍：
1.灵敏度法：灵敏度法从定性的物理概念出发，利用系统中某些量的变化关系分析稳定问题。电压稳定研究中最常见的灵敏度判据有,,等，这里、、、分别为负荷节点电压幅值、有功负荷、无功负荷、发电机节点
电压幅值。当灵敏度系数变大时，系统趋向于不稳定；当灵敏度系数趋于无穷大时，系统将发生电压崩溃。在使用灵敏度法时，一般将控制变量取为负荷的变化量，电压崩溃点通常定义为负荷的极限点。灵敏度法常用来判断系统的电压稳定性、确定系统的薄弱母线及确定无功补偿装置的安装位置等。
2.潮流多解法：电力系统的潮流方程是一组二阶非线性方程，潮流解可能存在多个，对于一个n节点系统，系统最多可能有个潮流解，并且这些解都是成对出现的，其中一个为高电压稳定解，一个为低电压不稳定解。随着系统负荷水平的增加，潮流方程解的个数成对减少，接近静态电压稳定极限时，只存在2个解。在到达稳定极限后，这对潮流解融合成1个解。该方法将潮流方程解的存在性与静态电压稳定性联系起来，通过研究潮流方程解的情况判断系统的电压稳定性。
3.最大功率法：最大功率法将电力网络向负荷母线输送功率的极限运行状态作为静态电压稳定的极限运行状态，可以采用有功功率最大或无功功率最大值作为判据。实际上，这类方法就是基于P-U或Q-U曲线定义电压稳定的方法，最大功率对应于曲线的顶点。
4.奇异值分解（特征值分析）法：电压稳定临界点，是系统到达最大功率传输点，同时也是系统潮流方程雅可比矩阵奇异的点。当系统的负荷接近极限状态时，潮流方程雅可比矩阵接近奇异，因此，最小奇异值显示了雅可比矩阵奇异程度，可以把潮流雅可比矩阵的最小奇异值作为电压稳定的指标，用来反映当前工作状态接近临界工作状态的程度。
随着研究的不断深入，电压稳定问题的动态本质引起了人们的重视，人们逐渐认
识到要从本质上解释电压失稳机理，就必须建立电力系统的动态模型，用各种动态分析法来研究电压崩溃的本质。目前电压稳定性的动态分析方法主要有动态潮流法、时域仿真法、小干扰分析法、非线性动力系统的分岔理论分析法等。
1.动态潮流法：动态潮流是系统存在功率不平衡情况下的稳态潮流，它与常规潮流的最大不同是不平衡功率不再由平衡节点独立承担，而是在各发电机之间协调分配，其核心是潮流计算和频率计算。通过每一步的系统动态潮流解算得到某一节点和几个节点的电压幅值，从而描绘出电压的变化曲线，为研究电压稳定性提供依据。动态潮流方法大都应用于调度员仿真系统（DTS），目前国内外已经投运的DTS基本上都是以动态潮流模拟为主的。该方法的主要优点是消除了常规潮流计算中PV,PQ 及平衡节点的假设，可以得到各种动态元件内部的状态变量，但是利用该方法分析电压稳定问题时计算得到的仅仅是系统的静态电压稳定功率极限，并不能完整真实的反映系统的动态电压特性。
2.时域仿真方法：时域仿真法是研究电力系统动态电压特性的最有效方法,目前时域仿真法主要用来认识电压崩溃现象的特征,检验电压失稳机理,给出预防和校正电压稳定的措施等。电压稳定按照其发生的实践框架可以分为暂态电压稳定和中长期电压稳定。电力系统是一个复杂的非线性动力学系统。
3.小干扰分析法：小干扰分析法实际上是一种李雅普诺夫意义下的渐进稳定，其本质在于将所考虑动态元件的微分方程在运行点处线性化，通过分析状态方程特征矩阵的特征根判断系统的稳定性和各元件的作用。小干扰分析法在电压稳定性研究中已得到广泛应用，它主要也是用来检验机理解释的合理性，建立尽量简单而又包含主要相关动态特性的系统模型，分析动态元件在小扰动下对电压稳定性的影响等。
4.非线性动力系统的分岔理论分析方法：电压稳定问题是非线性分岔理论引入电力系统分析的一个入口，分岔理论广泛应用于描述随参数变化的动态系统的轨迹结构的性质和变化。H.G.Kwatny较为全面和严谨地从理论上研究了局部分岔的应用表现。从国内外研究现状来看，国际上已经较好地掌握了相关的数学工具，并有着较成熟的软件开发经验和实践结果；而国内在这一问题上仍处于数学理论引入和软件编程的刚刚起步阶段。
第4章电压稳定问题的机理和分析
4.1电压失稳及崩溃的机理探讨
电压失稳机理的研究目的在于正确揭示电压稳定问题与系统其他问题的区别，建立适合于电压稳定分析的模型，提出电压稳定问题的判据、稳定裕度和相应的预防措施。自从电压稳定问题受到重视以来，电压失稳现象的机理探讨一直很活跃，提出了各种各样的解释。一直以来，对电压失稳机理没有达成共识的主要原因是：针对哪些因素是导致电压失稳的主要因素以及电压稳定性的模型如何简化等问题上的观点不同。
目前国内外学者对电压失稳的机理研究主要有：静态电压失稳和动态电压失稳两种解释。分析方法相应地分为：基于潮流方程的静态分析方法与基于微分方程的动态分析方法两类；或者按照系统动态持续时间的长短，可把电压失稳机制分为短期电压失稳和长期电压失稳。
关于电压失稳的静态机理清晰明了，逐渐被人们所接受。有关电压崩溃的动态机理，由于考虑到发电机及其调节系统的动态作用、负荷及其它动态元件的影响，涉及动态因素复杂，近十几年来，对于中长期电压稳定的研究取得了一定的进展，但短期电压稳定的机理和研究方法仍在探索之中。
4.1.1电压失稳的静态机理解释
目前电压失稳现象的静态机理解释主要有：P-U曲线解释、无功功率平衡解释。
1、P-U曲线解释
图3.1为一单负荷无穷大系统的供电接线示意图。当保持负荷功率因数不变时，
图4.1简单系统图形
负荷节点的有功功率和电压幅值的关系曲线如图3.2所示，设B点对应的功率为P max。对于给定的负荷功率，存在电压水平不同的两个解，即高电压解和低电压解，P-U曲线分为上下半支。上半支AB是稳定运行区，下半支OB是不稳定运行区。在下半支运行时，如果升高电源端电压，反而使负荷节点电压下降，即电压控制失去因果性。一般情况下，系统运行于稳定的上半支AB，但在某些特殊情况下，系统可能由稳定
图3.2P-U曲线
上半支跳变到下半支，发生电压失稳。当负荷逐渐加重时，运行点不断向B点靠近，最后到达B点，这时如果负荷仍加重，则将发生分歧，导致电压崩溃。
顶点B的存在，反映了这样一种网络特性：网络所能输送的功率存在极限。研究P> P max以后的现象没有任何物理意义。这说明，在正常的运行情况下，选择功率代表负荷是可以的，但是P不是一个基本的物理量，在讨论极限情况和动态过程时，必须选择更基本的状态量。
2、无功功率解释
由于电力系统中高x/r比，使系统电压水平的高低主要受无功功率的影响，这自然促使人们把电压崩溃与某种形式的无功功率不平衡联系起来，许多文献都把电压失稳归因于系统不能满足无功需求的增加。d?Q/dU判据作为电压稳定问题的一种经典的直观的物理解释，仍在电力系统中广为流行，并被许多教科书所采用。
P L +jQ L
E∠δX U∠
0°图3.3单电源单负荷系统接线图
对于图3.3所示的系统，图3.4给出电源的无功电压特性曲线Q G 和负荷的无功电压静特性曲线Q L ，。d Q /dU 判据的意义是：当电力系统某一负荷节点无功功率不平衡量对该节点电压的导数小于0时，该节点是电压稳定的；大于0时则是电压不稳定的；等于0的状态对应于静态电压稳定临界点。
鉴于感应电动机负荷是最主要的负荷组成部分，用感应电动机的稳定性来研究电
压稳定性，即小扰动下系统能否维持一定的负荷电压水平。正常运行时，该节点输入、输出的无功功率必须平衡，即必须运行在和的交点。系统在图3.4中两个交点是否都能稳定运行可以用小干扰法来加以分析。
图3.4无功电压静特性曲线
1)在点1运行时，如果一个微小的扰动使该节点的电压略微下降，则负荷需要
的无功将改变到与1"对应的值，电源供应的无功功率将改变为与1'对应的值，该节点的无功功率将有过剩，电源向该节点输送的无功将减少，网络中的电压降落也将相应减少，该节点电压又恢复到初始值。当系统出现微小的扰动使该节点电压上升一个微量?U> 0时，则该节点无功功率将有缺额，迫使电源多送无功功率，网络中的电压损耗也相应增大，导致该节点电压下降而恢复到原始值。所以，在点1运行时电压是静态稳定的。
2)在点2运行时的情况不同，当负荷节点电压下降时，其从电网吸收的无功功率反而增多，无功功率在电网中远距离传输导致该节点电压进一步下降，形成恶性循环，导致电压崩溃的发生。在点1运行时，电压处于较高水平，d?Q dU< 0；在点2运行时，电压处于较低水平，d?Q dU> 0，所以合乎逻辑的结论便是上面的d?Q dU判据。静态电压失稳的机理都针对静特性负荷，它把系统静态极限负荷能力作为电压稳定临界状态，反映的是潮流解可行性问题。无论是P-U曲线解释，还是Q-U曲线解释，系统电压失稳前总存在两个平衡点（由小扰动分析知，其一为稳定平衡点，另一为不稳定平衡点），临界稳定时这两个平衡点融合。以上都是用静态的观点来解释电压失稳的机理，认为系统中有功和无功的不平衡造成系统的电压失稳，而没有考虑系统中的各种动态元件的影响。由于系统的稳定不仅要求系统存在潮流解并且应当是动态稳定的，因而仅以引起雅可比矩阵奇异的潮流状态判别稳定性，所得结论偏于乐观。
4.1.2电压失稳的动态机理解释
4.1.2.1无功功率解释
当负荷电压下降时，其从电网吸收的无功功率反而增多，无功功率在电网中远距离传输导致该节点电压进一步下降，形成恶性循环，导致电压崩溃的发生。但是这只是电压崩溃发生时的表面现象，动态机理的研究必须深入了解当电压下降时，其吸收的无功功率为什么会增多。此外，电压下降和无功需求增多并不一定导致电压崩溃。
4.1.2.2电压失稳的动态机理
电压崩溃包括电压失稳和崩溃两个阶段，一般在崩溃之前都有较缓慢的电压失稳过程。随着对电压稳定研究的发展，考虑发电机及其调节系统的动态作用、负荷以及其他动态元件影响的动态失稳机理也应运而生。
太原科技2009年第4期TAIYUAN S CI-TECH 浅谈电力系统电压稳定性 刘宝，李宝国 文章编号：1006－4877（2009）04－0035－02 最近30年来，世界各国的电力系统普遍进入大电网、高电压和大机组时代，巨量的电能需要通过长距离的高压输电线送到负荷中心，电力系统面临的压力越来越大，很多电力系统不得不运行在其稳定极限附近，极易发生失稳事故。这些事故损失是巨大的，引起人们对电压稳定问题的严重关注。可以说电压稳定问题目前已成为世界各国电力工业领域研究的热点。 1电力系统电压稳定的定义及分类 1.1电压稳定定义 电力系统电压稳定性是指给定一个初始运行条件，扰动后电力系统中所有母线维持稳定电压的能力。在发生电压失稳时，可能引起电网中某些母线上的电压下降或升高，从而导致系统中负荷丧失、传输线路跳闸、级联停电及发电机失去同步等。1.2电压稳定分类 目前，文献中可以见到与电压稳定的主要有静态电压稳定、暂态电压稳定、动态电压稳定、中长期电压稳定等，对它们的含义和范畴，至今还没有一个统一的定义。2004年，IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组给出了电力系统电压稳定的分类：电力系统电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。 小扰动（或小信号）电压稳定是指电力系统受诸如负荷增加等小扰动后，系统所有母线维持稳定电压的能力。大扰动电压稳定是指电力系统遭受大干扰如系统故障，失去负荷，失去发电机或线路之后，系统所有母线保持稳定电压的能力。 2电力系统电压失稳的机理 对电力系统电压失稳机理的研究是十分重要的，合理解释和明确区分电压失稳现象，可以正确应对预想的事故。静态研究认为电压失稳原因是负荷超过了网络的最大传输极限，从而造成潮流方程无解。随着对电压稳定研究的进一步深入，越来越多的人们开始用非线性动力学系统的理论知识来解释电压失稳的机理。对于电压失稳机理，T．Van Custem提出：电压失稳产生于负荷动态地恢复其自身功率消耗的能力超出了传输网络和发电机系统所能达到的最大极限。把电压稳定问题仅当作静态问题的观念是不周全的；负荷是电压失稳的根源，因此，电压失稳这一现象也可称为负荷失稳，但负荷并不是电压失稳中唯一的角色；发电机不应视为理想的电压源，其模型（包括控制器）的准确性对准确的电压稳定分析十分重要。 3电压稳定性的分析方法 电力系统作为一个复杂的非线性动力系统，考虑其动态因素，数学上可用一组DAE（Differential Algebraic Equations）微分代数方程组来表示。微分方程组主要体现动态元件，代数方程组主要体现网络结构等约束条件。目前，电力系统电压稳定性的分析方法主要有：静态分析方法、动态分析方法、非线性动力学方法。 3.1静态电压稳定分析方法 潮流方程和扩展的潮流方程是静态分析方法的基本立足点。静态分析方法一般认为潮流方程的临界解就是电压稳定的极限静态方法，将一个复杂的微分代数方程组简化为简单的非线性代数方程实数，大体上可以归纳为：连续潮流法、特征值分析法、最大功率法等。 3.1.1连续潮流法 连续潮流法（CPFLOW）又称延拓法，连续潮流法使用包括有预估步和校正步的迭代方案找出随负荷参数变化的潮流解路径。连续潮流法跟踪负荷和发电机功率变化情况下电力系统的稳态行为，通 （辽宁工业大学，辽宁锦州121001） 摘要：介绍了电力系统电压稳定的定义和分类，提出了电压失稳机理和电压稳定的主要研究方法，反映出该领域的研究概貌和最新动向。 关键词：电力系统；电压稳定；静态；动态 中图分类号：TM712文献标志码：A 收稿日期：2009－01－05；修回日期：2009－02－05 作者简介：刘宝（1982-），男，山东滨州人。2006年9月就 读于辽宁工业大学，攻读硕士学位。 研究与探讨
论电力系统稳定性 发表时间：2018-10-19T09:07:14.800Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：姚彦枝 [导读] 摘要：随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。 摘要：随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。在当今电力作为推动社会飞速发展的主动力时代，电力网是否稳定对社会的生产、生活、发展起着决定性的影响。因此，研究电力系统在各种条件下的稳定性问题对社会的发展具有特别重要的意义。 关键词：电力系统；稳定性；措施 1电力系统稳定性的作用及要求 1.1电力系统稳定性的作用 （1）对于企业的调配与服务有优化作用。之所以说电力系统稳定性的提供对企业的调配与服务功能有一定程度的优化作用，是因为相关人员在电力系统应用中，可以根据具体运行情况来开展工作，根据不同类型的电力设备特点，来实现设备利用的最优化，为电力企业工作效率的提升做好准备。相关人员可以全面掌握设备的利用情况，以此来对设备进行合理而科学的配置，实现设备的高效率运行，从而还能降低企业成本的使用率。对于传统电力技术而言，稳定性技术式是一个大胆创新，相关人员在实际作业中可以利用该技术实现对电力设备的协调配置。 （2）有利于促进电力企业的高效发展。电力系统稳定性对电力企业的经济效益具有促进作业。众所周知，电对于人们的生活是何等重要，可以说生活处处都需要电。一旦电力系统稳定性受到冲击，便会发生大面积停电的安全事故，这种现状会导致电力系统的运行受到干扰，对企业的生产，人们的生活都起到了很大的影响。电力系统稳定性技术则可以在这种情况下，对相关干扰进行及时排除，保障用户的正常用电。 1.2电力系统稳定性的要求 电力系统稳定性要求电网结构与设备的选用必须科学合理，供电可靠性必须相对较高，工作人员的技术也必须相对过硬，以此来保证电力系统的正常运行，其中，工作人员的技术具有关键作用，他们必须在实际操作前，做好相关准备，采取有效措施来应对突发故障。 2确保电力系统稳定性的措施 目前，我国电力系统已步入大电网、大机组、超高压、远距离输电时代，随着电力系统的发展及其互联，电力系统稳定问题也将越来越突出。有关电力系统稳定问题的研究已成为国内外电力界的热门课题之一。因此，在当前，研究电力系统稳定问题的机理、以及提高电力系统稳定性的控制措施，具有重要的意义。 2.1对送电系统的控制 改善发电机励磁调节系统的特性：由电力系统功率极限的简单表达式可知，减小发电机的电抗，可以提高电力系统功率极限和输送能力。 改善原动机的调节特性：我们根据发电机功角变化对于再热式轮机可以采用快速调节轮机汽门与带有微机控制和带有功角检测仪的高速系统来消除故障后发电机输入以及输出功率之间的不平衡，交替关、开快速汽门，以缩短振荡时间，提高暂态稳定。 快速操作汽阀（快关）：当系统受到较大干扰时，输出的电磁功率突变，这时，如果原动机的调节装置非常的准确、灵敏和快速，使得原动机自身的功率能跟上相应的变化的电磁功率，则能极大让系统稳定性得以提高[2]。 切机：提高系统暂态稳定的基本措施包括减小原发电机大轴不平衡功率。方法有两个一个是减少原发动机的输入功率，第二个是增大发电机发出的电磁功率，当系统有充足的备用电机时，我们同时切除故障线，同时切除部门联锁发电机，这样就能有效的增大系统稳定性。 2.2采用附加装置提高电力系统的稳定性 在输电线路串联电容：利用电容器容抗和输电线路感抗性质相反的特点，在输电线路中串联电容补偿线路中的电感来提高超高压远距离输电的功率极限，从而起到提高系统稳定的作用。 在输电线路中并联电抗：改善远距离输电系统稳定性的重要措施之一就是将电抗并联到输电线路中。因为随着输电线路长度的增加，产生的电抗就会越大，随之容抗也会变大，而增加的电容则会给线路带来大量的无功，当线路负荷较轻情况下，线路中大量的无功会造成线路末端电压过高。为改善这种情况，我们将电抗器并联到输电线路上来吸收由长距离线路所产生的大电容造成的无功功率，这样，可以减小发电机的运行功角，提高发电机的电势从而提高长距离输电系统的稳定性。 将变压器中性点改为小阻抗接地：电力系统发生接地短路情况时产生的暂态稳定和变压器中性点接地情况有着重要的联系。为了提高中性点直接接地系统的稳定性，我们利用电流流过阻抗会消耗有功功率原理将系统中变压器的中性点改为经小阻抗接地，这样系统短路时产生的零序电流经过变压器中性点小阻抗后消耗有功这就增加了发电机的输出电磁功率，减小了发电机转轴上存在的不平衡功率，进而提高了系统的暂态稳定。 2.3非线性控制技术在暂态稳定控制中的应用 为提高电力系统运行的稳定性，除应对电网进行合理的规划、建设、采取紧急措施之外，最主要的就是对相关部件采取有效的控制手段。根据电力系统采用模型的不同可选取不同的方法。通常对非线性系统进行控制的方法有： Lyapunov直接法：在假设非线性控制系统的原点为平衡点，寻找一个正定Lyapunov函数，，且，在此基础上求出反馈控制规律，使得，这就是正定函数的思想，当时闭环系统才会逐渐的趋向稳定。由此可见，要想使受干扰后的系统动态过程以较快的速度趋向平衡点则需要V越负越大。自适应、滑膜等控制设计都可以用Lyapunov直接法。 变结构控制方法：20世纪70年代中期科学研究者们开始研究变结构控制方法，该方法不但能有很好的全局渐进稳定性，而且它有很强的鲁棒性，能抗外部干扰和参数的摄动。该方法的基本思想是：预先选定一个超平面，利用切换函数和高速开关将电力系统的相轨迹按照一定的规律驱动到超平面上，我们将该运动定义为滑动模态，其基本思想是，利用高速开关和切换函数将系统的相轨迹按一定的趋近律驱动到一个预先选定的超平面S（X）=0（称滑行面或切换面）上，超平面上的系统运动称为滑动模态（Slidingmode），且系统的滑动模态
作者简介：李智欢 (1985—)，男，工程师，博士，研究方向为电力系统无功优化； 张艳艳(1991—)，女，硕士研究生，研究方向为电力系统分析与计算。 南方电网无功电压问题浅析 李智欢1，张艳艳2，苏寅生1，黄河1，陈金富2 (1.中国南方电网有限责任公司，广东 广州 510623； 2. 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，湖北 武汉 430074) 摘 要：本文简要介绍了无功电压控制策略，给出了南方电网无功配置情况、无功平衡情况、N-1电压水平情况，分析了南方电网无功电压运行存在的问题，并提出相应的措施和建议，从电网运行方式安排、静态无功补偿、无功分层分区平衡控制、动态无功支撑、电压无功自动控制和电压无功监督管理方面对南方电网的无功电压工作提出建议。 关键词：南方电网；无功功率；电压水平；无功电压控制 Analysis on Southern Power Grid Reactive V oltage Problem LI Zhi-huan 1, ZHANG Yan-yan 2, SU Yan-sheng 1, HUANG He 1, CHEN Jin-fu 2 (1.China Southern Power Grid Co. Ltd., Guangzhou 510623, China ； 2. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, China) Abstract: The paper uses BPA which is developed by China Electric Power Research Institute to simulate and analyze and make calculation based on southern power grid operation mode data. The paper gives cases about southern power grid reactive power configuration, reactive power balance and N-1 voltage level. Analyzes the problems existing in the southern power grid reactive voltage operation, and puts forward corresponding measures and Suggestions. Recommendations are made on southern power grid reactive voltage operation in respects of power grid operation arrangement, static reactive power compensation, reactive layered and zoned control balance control, dynamic reactive power support, Automatic V oltage Control (A VC), and voltage reactive power supervision and management. Key Words: South China Power Grid; reactive power; voltage level; reactive power and voltage control 0 引言 南方电网覆盖五省区，包括广东、广西、云南、贵州和海南。其中云南、贵州500kV 网络呈辐射状，广东、广西存在多个500kV 输电环网，海南以220kV 的环岛线路作为输电主网。南方电网特点是远距离、大容量西电东送和交直流混合输电，是目前国内最复杂的电网[1]。截至2013年底，南方电网统调装机容量约2.1亿kW ，其中火电占48.5%，水电占比37.6%，核电约占2.9%，全社会用电量8500亿千瓦时，预计2014年底统调装机容量为2.27亿kW 。五省区经济发展和能源资源分布不平衡，经济发展相对落后的云南、贵州、广西三省，煤炭和水能资 源丰富，这样的不平衡决定了南方电网远距离、大规模西电东送的发展趋势。2014年，南方电网形成八交八直的输电网络格局[2]。 随着南方电网的发展，其电网结构日益复杂，主网交直流混合运行通道越来越多。多条直流馈入广东电网，受端直流落点集中，呈现“强直弱交”的特点。南方电网地理跨度大，分片电网发展不均衡，分区间无功电压差异特性大，对交直流混合运行输电且负荷相对集中的南方电网来说，当输电通道潮流较重且出现多重故障时，容易发生电压崩溃。无功电压控制涉及到南方电网的安全经济运行，为加强南方电网的无功平衡和电压控制的管理，本文分析了南方电网的无功电压存在的问题，并提出了相应的措施，用以指导南方电网下一步无
关于电力系统电压稳定的探讨 现如今，社会经济的发展越来越快，人们对电力的需求量也越来越多，电力系统的电压稳定性不仅与整个电力系统运行的稳定、安全密切相关，还会影响到人们的生产和生活，因而变得越来越重要。本文首先对电力系统电压稳定性问题进行了分析，然后阐述了电力系统的电压稳定分析方法及其控制措施。 【关键词】电力系统电压稳定 电力系统是一个庞大复杂的多变量非线性动态系统，确保电力系统正常运行的基本条件是安全以及稳定。随着电力市场化改革的不断深入，电网规模越来越大，远距离重负荷输电的局面会越来越明显，使得电力系统越来越频繁地在接近网络极限输送能力的状态下运行。所以，加强电压稳定性的研究具有非常重要的理论意义与现实意义。 1 电压稳定性问题的分析 电压稳定性问题是电力研究工作中发展比较晚的分支，电压的稳定性开发研究工作是发电机在所有情况下同步运行的分析，但是在电力系统产生电压的时候无法满足于负荷无功需求时的稳定情况，所以电压的稳定与否主要是由电力系统的无功不足引起的。电力系统属于动态系统，对于电压稳定性可以从以下几个方面进行研究：
（1）电压小干扰时候电力系统的稳定性； （2）电压大干扰时候电力系统稳定性以及系统电压失稳过程； （3）电力系统中稳态平衡点能够存在的可能性； （4）分析系统中电压稳定性的概率，因此对系统中电压是否稳定的分析方法也有很多种。 2 电力系统电压稳定分析方法 对电力系统电压稳定性进行预防与控制的基础条件就是分析电力系统的电压稳定性，电力系统电压稳定性的分析方法包括动态电压法以及静态电压法两类。 2.1 静态电压稳定分析 在静态电压稳定分析方法中比较常用的方法主要有奇异值分解（特征值分析）法、潮流多解法、灵敏度分析法、最大功率法、崩溃点法这几种，它们都是在潮流方程或者是经过修改的潮流方程的基础上的，静态电压稳定的临界点在本质上都由电力网络的潮流极限来做，在线性化当前运行点处后再进行分析和计算；不同的地方是使用极限运行状态下不同特征的电压崩溃的判据与采用的求取临界点的方法。静态电压稳定分析法的好处是用一个简单的非线性代数方程实数解的存在性研究代替复杂的微分方程解的性态研究，它的坏处是把小干扰电压稳定的极限点用电力系统的潮流极限来做，并且静态电压分析法无法反映各元件的动态特性。
电力系统稳定与控制 廖欢悦电自101 2 电力系统的功能是将能量从一种自然存在的形式转换为电的形式，并将它输送到各个用户。电能的优点是输送和控制相对容易，效率和可靠性高。为了可靠供电，一个大规模电力系统必须保持完整并能承受各种干扰。因此系统的设计和运行应使系统能承受更多可能的故障而不损失负荷（连接到故障元件的负荷除外），能在最不利的可能故障情况些不知产生不可靠的广泛的连锁反应式的停电。 由此，电力系统控制所要实现的目的： 1.运行成本的控制：系统应该以最为经济的方式供电； 2.系统安全稳定运行的控制：系统能够根据不断变化的负荷变化及发电资源变化情况调整功率 分配情况； 3.供电质量的控制：必须满足包括频率、电压以及供电可靠性在内的一系列基本要求；一．电力系统的稳定性设计与基本准则 首先，一个正确设计和运行的电力系统： 1.系统必须能适应不断变化的负荷有功和无功功率需求。与其他形式的能量不同，电能不能方便地以足够数量储存。因而，必须保持适当的有功和无功的旋转备用。 2.系统应以最低成本供电并具有最小的生态影响 3.考虑到如下因素，系统供电质量必须满足一定的最低标准： a）频率的不变性 b）电压的不变性 c）可靠性水平 对于一个大的互联电力系统，以最低成本保证其稳定性运行的设计是一个非常复杂的问题。通过解决这一问题能得到的经济效益是巨大的。从控制理论的观点来看，电力系统具有非常高阶的多变量过程，运行于不断变化的环境。由于系统的高维数和复杂性，对系统作简化假定并采用恰当详细详细的系统描述来分析特定的问题是非常重要的。 二、电力系统安全性及三道防线可靠性－安全性－稳定性 电力系统可靠性：是在所有可能的运行方式、故障下，供给所有用电点符合质量标准和所需数量的电力的能力。是保证供电的综合特性（安全性和充裕性）。可靠性是通过设备投入、合理结构及全面质量管理保证的。 电力系统安全性：是指电力系统在运行中承受故障扰动的能力。通过两个特征表征（1）电力系统能承受住故障扰动引起的暂态过程并过渡到一个可接受的运行工况，不发生稳定破坏、系统崩溃或连锁反应；（2）在新的运行工况下，各种运行条件得到满足，设备不过负荷、母线电压、系统频率在允许范围内。 电力系统充裕性：是指电力系统在静态条件下，并且系统元件负载不超出定额、电压与频率在允许范围内，考虑元件计划和非计划停运情况下，供给用户要求的总的电力和电量的能力。 电力系统稳定性：是电力系统受到事故扰动（例如功率或阻抗变化）后保持稳定运行的能力。包括功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性。 正常运行状态下，通过调度手段让电力系统保持必要的安全稳定裕度以抵御可能遭遇的干扰。要实现预防性控制，首先应掌握当前电力系统运行状态的实时数据和必要的信息，并及时分析电网在发生各种可能故障时的稳定状况，如存在问题，则应提示调度人员立即调整运行方式，例如重新分配电厂有功、无功出力，限制某些用电负荷，改变联络线的送电潮流等，以改善系统的稳定状况。 目前电网运行方式主要靠调度运行方式人员预先安排，一般只能兼顾几种极端运行方式，且往往以牺牲经济性来确保安全性。调度员按照预先的安排和运行经验监视和调整电网的运行状态，但他并不清楚当前实际电网的安全裕度，也就无法通过预防性控制来增强电网抗扰动的能力。因此，实现电力系统在线安全稳定分析和决策，得出当前电网的稳定状况、存在问题、以及相应的处理措
西南交通大学 本科毕业设计（论文） 电力系统无功与电压稳定性的分析与研究STATION'S PLANE DESIGN OF CATENARY BASED ON CAD TECHNOLOGY 年级:2008级 学号:20088033 姓名:闫锐毅 专业:铁道电气化 指导老师:杨乃琪 2012年6月
院系电气工程系专业电气工程及其自动化 年级2008级姓名闫锐毅 题目电力系统无功与电压稳定性的分析与研究 指导教师 评语 指导教师(签章) 评阅人 评语 评阅人(签章)成绩 答辩委员会主任(签章) 年月日
毕业设计（论文）任务书 班级电化2006级2班学生姓名陈琪学号20066713 发题日期：2010年3月1日完成日期：2010年的6月25日 题目基于CAD技术的接触网站场平面设计（京沪A站） 1、本论文的目的、意义接触网是电气化铁道中重要供电装置，接触网平面设计特别是接触网站场平面设计是施工设计的重要内容。从设计、施工等部门来看，接触网平面设计占用了大量人力，花费过多精力，据统计每年毕业生中至少六成以上要长期从事接触网设计、施工及运营维护工作。因此，对电化专业而言掌握接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。随着计算机技术的发展，近年来CAD技术在该领域得到了广泛应用，设计等部门普遍采用CAD技术进行辅助设计，节约了大量人力及精力，为该领域指明了发展方向，基于高速电气化铁路近年来飞速发展的需求，掌握高速接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。本论文的目的是通过毕业设计，掌握350km/h高速接触网平面设计及CAD技术的应用。 2、学生应完成的任务 ①完成指定车站（京沪A站）站场平面设计所需的必要计算。 ②完成应用CAD技术的站场平面布置图。 ③完成一跨距吊弦长度计算。
电力系统电压稳定性的再认识 近年来随着电力系统从发电、输电的一体化体制演变到开放和竞争的环境，电力系统规划和运行的不确定性和不安全因素增加，电压不安全已经成为限制电力传输的主要因素之一。世界上许多国家相继发生由电压稳定问题导致的大面积停电事件，世界各国目前对电压稳定性的研究十分重视,IEEE和CIGRE还成立了专门工作组调查和研究电压稳定性问题，并进行了大量的研究工作。 早期研究普遍认为电压稳定问题是一个静态问题，或者认为系统的动态对电压稳定的影响很慢，从而将电压稳定问题转换为平衡点的存在性问题"研究集中在以潮流为工具的静态方法上。随着研究的深入，人们正在逐渐认识电压稳定性的动态本质，从而开始重点研究电压崩溃的动态机理和系统模型的需求，并提出了一些有关电压稳定性的分析方法和防止电压崩溃的对策。 对电力系统电压稳定性及分岔理论的学习已有8个多月，本学期的课程也上了过半，下面我将就此问题谈谈我的认识。 一、电压不稳定现象及其解释 对于电压稳定性，IEEE和CIGRE工作组已经给出了简明的定义，然而对于这类已有的概念，有必要对“电压不稳定”进行定义。 电压不稳定性源自负荷动态具有使耗电量恢复到超过传输系统和发电系统容量的趋势。 下面逐字的解释这个描述性的定义： ●电压：在许多的网络节点上，以大的、不可控的电压降落的形式所揭示 的现象。 ●不稳定性：已经超过最大传输功率的限制，负荷功率恢复机制变得不稳 定，所消耗的功率减少而不是上升。这个机制是电压不稳定性的核心。 ●动态：任何稳定性问题都涉及到动态。这些动态行为可以通过微分方程 （连续动态）或者差分方程（离散动态）来建模。 ●负荷电压是不稳定性的驱动源，就这个原因而言，这个现象也成为负荷 不稳定性。 ●传输系统，对能量传递来说，正如从电路理论所知，有一个有限的容量。 这个限制（也受到发电系统的影响）标志着电压不稳定性的开始。 ●发电：发电机并不是理想的电压源。发电机的精确建模（包括控制器） 对于正确地评估电压稳定性是非常重要的。 二、电压稳定性研究方法 1、早期基于静态的研究方法 早期人们简单地将电力系统电压失稳问题看作系统过载引起，从而将其视为静态问题。利用代数方程研究电压的稳定性，大体上可以归纳为最大传输功率法、
风电——水电互补电力系统稳定性分析与计算 摘要 本文介绍了含风力发电的风电一水电互补电力系统如何处理风力发电参数，进行稳定性分析与计算的方法，并结合新疆阿勒泰地区布尔津风电一水电互补电力系统计算实例验证其方法的正确性及可行性。 引言 近年来，由于当代科学技术的发展，加之能源短缺和环境保护等方面的影响，人类正在致力于寻找可再生的，取之不尽，用之不竭又是洁净的绿色能源，而水能与风能是绿色能源中最有发展潜力和前景的品种。同时水能与风能又都容易转化为能源的更高级形式一电能，其经济效益显著。 由于风力资源的随机性和季节性使风力发电的出力不平稳，风力发电不具备有功调节和无功调节的能力。风电的缺点也就是无风就无电，影响到风电的连续及稳定性。为了解决风电的连续性和稳定性问题就需要有一个互补系统。 在我国西北、华北、东北等内陆风区，风资源的季节分布特色大多为冬春季风大、夏秋季风小，与水能资源夏秋季丰水、冬春季枯水的季节分布正好形成互补特性，这是构建风能一水能互补系统的基础条件。如果在上述地区内，以带有蓄水调节水库的水电站为依托，在风资源丰富的地点建设适当容量的风电场，两者以电网连接实现季节性能量互补，以水库做为能源调剂手段，就能够实现风能与水能这两种最佳绿色能源的联姻，充分发挥绿色能源的优势，以风一水联手供电取代传统的水一火联合供电，这将是人类能源利用形式的历史性突破。由于阿勒泰地区的风资源和水资源具有极强的互补性，更由于阿勒泰地区具有较大的水电装机容量，而且其中有三个电站带有库容可观的调节水库，因此在该地区突破传统限制，在风电装机大大超出电网容量10％的条件下建设水电一风电互补系统，在技术上和经济上都是可行的。在我国类似阿勒泰那样资源条件的地区还有很多，都可以构建水电一风电互补系统解决供电问题，这将是对现有禁区的重要突破，有可能为阿勒泰及有类似条件地区的电源建设找到一条最为多快好省的途径。 1问题的提出 在电力系统中，传统的发电方式为水力发电和火力发电，一般均为同步电机。目前，风力发电这一新成员加入电网，一般都采用电容励磁感应异步发电机。使其分析计算复杂化。风电的加入使电网的稳定性受到影响。对风力发电机如何给定运行条件，如何建立数学模型、如何确定参数，是进行含风力发电的风电一水电互补电力系统静态和暂态及动态稳定性分析和计算的关键。本文介绍了含风力发电的风电一水电互补电力系统如何处理风力发电参数，进行稳定计算的方法。 2风力发电机的处理 电力系统是由发电厂、输电网络及电力负荷三大部分组成的能量生产、传输和使用系统。在过去的几十年间，同步发电机(水轮发电机或汽轮发电机)、输电网络及负荷的稳定计算已经成熟。只有风力发电技术在国内外都属于研究阶段，建立适合潮流计算、暂稳、动稳和静稳
毕业设计 学生姓名学号 系(部) 机电工程系 专业电气自动化技术 题目电力系统电压稳定的研究指导教师
摘要：电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中，电压不稳定/电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。 从国内外一些大的电力系统事故的分析来看，发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电压失稳的程度和范围，难以拟定预防和校正的具体措施。所以，我们有必要在负荷模型基础上考虑采用更好的方法来进行电压稳定性评的研究。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 关键词：电力系统，电压崩溃，电压失稳，稳定性 Abstract：Power system is a highly complex systems, nonlinear with the power industry and commercial operation scale constantly expanding, network, the power system stability requirements is also high. in large power system, voltage instability of the voltage of power system of stability has become an important aspect. therefore, the voltage stability problems and in-depth study is still the power systems are faced with an important task.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。From home and abroad some big power systems analysis of the accident, there is a major cause of the voltage is not expected to load up or after the accident may lead to the loss of degree and scope, to work out specific measures to prevent and correct. Therefore, we have to consider adopting the model on the basis of better ways to make a stability assessment study.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 Keywords：Power systems,V oltage collapse,In a voltage,Stability酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
绪论 电力系统是由电能生产、传输、使用的能量变换、传输系统和信息采集、加工、传输、使用的信息系统组成的。电力系统稳定性问题可以分为角度稳定、电压稳定和频率稳定三个方面。电压稳定性问题与发电系统，传输系统和负荷系统都有关系。电压稳定性是指电力系统在正常运行或经受扰动后维持所有节点，电压为可接受值的能力 引起电压不稳定的主要因素是电力系统没有能力维持无功功率的动态平衡和系统中缺乏合适的电压支持；电压不稳定性受负荷特性影响很大。电压崩溃通常是由以下几种情况引发的：①负荷的快速持续增长；②局部无功不足；③传输线发生故障或保护误动； ④不利的OLTC的动态调节；⑤电压控制设备限制器（如发电机励磁限制）动作。这些情况往往是互相关联的，持续恶化的相互作用将最终导致电压崩溃的发生。 电压安全是指电力系统的一种能力，即不仅在当前运行条件下电压稳定，而且在可能发生的预想事故或负荷增加情况下仍能保持电压稳定。它意味着相对可信的预想事故集合，电力系统当前运行点距离电压失稳点具有足够的安全裕度。 为了防止电压失稳/崩溃事故，最为关心的问题是，当前电力系统运行状态是不是电压 稳定的，系统离电压崩溃点还有多远或稳定裕度有多大。因此必须制定一个确定电压稳定程度的指标，以便运行人员做出正确的判断和相应的对策 电压稳定性研究的方法：非线性动力学方法、概率分析方法、静态分析方法和动态分析方法。 电力系统是非线性动力系统，稳定本身属于动态范畴，电压失稳或电压崩溃本质是一个动态过程。当我们深入研究电压不稳定发生的原因、机理及其变化过程时，特别是要研究因电压过低而导致系统的动态稳定破坏时，静态分析方法难以完整计及系统动态元件的影响，因此无法深入研究电压失稳的机理及其演变过程。必须在计及元件动态作用的前提下，建立恰当的数学模型，采用合适的动态方法进行研究才能真正揭示电压失稳的发展机制。 负荷特性在电压稳定研究中起着重要作用，它直接影响分析的结果，但由于负荷的随机性、分散性及多样性，严格统一负荷特性尚无法确立，这使得负荷特性成为电压稳定研 页脚内容1
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1c3139075.html, 关于电力系统电压稳定性的研究 作者：赵崇宇阎惊奇 来源：《中国科技博览》2015年第35期 [摘要]随着我国经济的飞速发展，电力作为经济发展的强劲推动力，对于其的研究已经比较深入。由于人们物质生活水平的不断提高，对于电力的需求更加的严格，而电力系统的电压稳定性更是我们现如今研究的重点，而如何有效的解决实际运营过程中电压不稳定的现象，是我们需要积极研究的课题。文章首先系统的分析了电力系统电压稳定性的基本理论与方法，以及一些电力系统运营的现状，然后对如何提高电力系统的稳定性作了一定的分析和探讨，最后分析得到一些提高电压稳定性的对策。 [关键词]电力系统电压稳定性电力需求 中图分类号：TM421.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0328-01 伴随着人们对于电力的极大需求，使得现代化的电网产生了巨大的经济效益，也给电力系统的发展提供了契机。但是由于现在的电网规模的日益巨大，结构越来越复杂，使得其电力系统的不稳定性问题逐渐显现出来。由于电力系统在人们的日常的生产生活过程中已经占据了举足轻重的地位，一旦电力系统出现稳定性的破坏，一定会给正常的生产生活产生巨大的影响，导致严重的经济损失。电压稳定性作为电力系统稳定问题中最为重要的研究课题，目前在电力工业的飞速发展过程中，由于电压稳定问题导致的财产损失已经不胜枚举，使得电力系统所面临其稳定性的强大挑战，如何解决这一问题已经日益迫切了。 1 电力系统的电压稳定性 本节主要对电力系统的电压稳定性做了比较准确的定义和分析。考虑到部分的工程技术人员对于电压稳定问题相对比较不了解，本节会首先对其做一定的描述和分析。 1.1 电压稳定性的基本定义 电力系统维持其自身电压的能力即电压稳定性。电压的安全性主要是指在一些可控的运行问题中，还能够保证系统的稳定运行的能力。 1.2 电压崩溃的过程 由于系统在实际的运营过程中，其所负荷的电压会不断地变化和传递引起的衰落，当保证系统运营的工作人员无法控制这些电压变化时，就会使得系统电压进入一个极不稳定的工作状态，甚至导致电力系统的崩溃，即我们常说的电压崩溃。电压崩溃的主要特征是失去电力负载能力，无法自身恢复系统的正常电压以及其导致的区域化的停电情况。只有将用户工作点的电压保持在一个相对稳定的水平，才能保证系统的稳定性需求。
电网调度运行中无功功率和电压问题分析朱鸿悦 发表时间：2019-08-07T09:01:21.127Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：朱鸿悦 [导读] 摘要：电网调度运行中做好无功功率和电压控制调节工作，是实现电网运行优化目标的关键措施。 国网福建省电力有限公司三明供电公司福建省三明市 365000 摘要：电网调度运行中做好无功功率和电压控制调节工作，是实现电网运行优化目标的关键措施。文章首先对电网调度运行中的无功功率和电压控制要求进行分析，进而分别探讨无功功率与电压控制的调节技术，以期为电网调度运行管理提供参考，提升电网运行的稳定性及供电质量。 关键词：电网调度运行；无功功率；电压问题 一、电网调度运行中无功功率和电压的控制要求 电网调度作为电力系统运行管理的重点工作，直接影响到某一供电区域内的供电质量。在电网实际运行中，可能会受到无功电源不足、电压不稳定、负荷不平衡等诸多因素的干扰。因此，必须采取有效的控制和调节措施，实现无功功率和电压参数的实时监测和有效控制。为满足电网运行安全、稳定、供电质量等方面的要求，电力企业建立了较为完善的电网调度运行管理体系。在电网运行过程中，调度员需要在电力系统中安装无功补偿装置，并检查其性能和容量。根据电网运行方式合理配置无功补偿设备，根据运行调试结果判断其是否能满足电网稳定运行的要求。在这一过程中，需要观察电力系统的静态和动态特性。如果电网的稳定性较差，需要进一步调整，以避免无功功率和电压变化的问题，影响电网运行质量。在电网中设置无功补偿设备的主要功能是补偿无功电耗，通过与其它设备连接避免电压崩溃，以满足电力设备运行的实际需要。此外，电网调度运行中的无功和电压控制也应满足降低电能损耗的要求。通过加强对母线和功率因数的控制，可以优化电网的整体运行效果。 二、电网调度运行无功控制技术研究 2.1负荷分段控制 无功损耗是影响电网运行质量的重要因素。目前，无功控制技术的研究已经取得了许多成果，在实际应用过程中也取得了良好的效果。根据电力系统的调度和运行特点，由于电力系统中负荷节点较多，且负荷节点会发生变化，很难精确控制其无功功率。然后，根据电网的实际运行情况，及时采取相应的调整措施。在这方面，可以采用分载控制技术，即在不同的时间段（通常以小时为单位）处理每个节点的负荷，并采用积分中值法计算负荷值。在分段控制过程中，还必须保证无功补偿装置的合理配置。根据电网运行情况，计算无功备用功率，保证无功补偿装置正常运行，保证电力系统的安全。在正常运行调度过程中，必须适应区域负荷变化，及时采取调度措施，优化电网运行质量。 2.2设备控制 根据电网调度和运行管理的要求，在无功控制方面，调度员需要随时掌握电网运行的最佳效果，并对其进行准确测量，以判断电网运行质量是否满足要求。在负荷分段控制的基础上，确定不同时段电网负荷的动作值。如果动作值较小，则不应将动作权限分配给加载设备。反之，当动作值较高时，需要增加负荷设备的权限，以保证无功配电的平衡。假设电网负荷设备的运行值为s，运行时间为t，装置个数为i，它们之间的关系应满足s t，i=1。在负荷段中，离散变量在不同时段的变化公式分别为δCi、t=Ci、t-Ci、t-1和δTi、t=Ti、t-Ti、t-1。其中，ci、t为电容站，ti、t为变压器单位。在相同值的情况下，如果允许的动作不足，可以说明电力系统的调度要求。根据总负载，可以分配CI、T和TI、T的权限。 2.3无功功率平衡调整 在电网正常运行时，电压水平与无功功率平衡水平成正比，因此无功功率水平可以用稳态电压水平来表示。在电网调度运行中，有具体的正常电压标准和事故电压标准。例如，220千伏电网长期运行的最大允许电压为242千伏，最小电压是根据系统稳定要求和用电约束确定的。220千伏系统正常运行的最低电压和事故运行的最低电压不得低于209千伏。为了保证所有线路在电网故障时也能有一定的稳定裕度，变电站应具有一定的备用无功容量。在无功功率平衡调节过程中，考虑到调频和调峰的要求，可以将其与有功备用情况进行比较。其中，电压的变化具有区域性的特点，即无功负荷的变化只影响一定范围内的电压，因此可以采用现场平衡策略，实行分级分区调节。通过尽可能减少层间无功输电，可以避免主变无功输电时的大量电能消耗，提高电网运行的经济效益。 三、电网管理因素 电网管理因素主要是人为因素造成的，主要是由于缺乏对线损的有效管理，造成了各种线损问题，主要表现在以下几个方面：一是个别用户私自拉线，有非法用电，或有非法窃电；二是电网管理因素的存在。电网运行维护管理不到位，导致电网中一些老化的电气元件不能有效使用。换言之，绝缘水平差，存在漏电问题，或电能计量装置老化，测量本身误差较大；第三，抄表人员责任心不足，存在误读和漏电问题；上述线损问题都是由于仪表的故障造成的。四是对线路损耗的维护和管理，由于不可控因素的影响，所以缺乏一定的规律性，不能准确地进行。计算只能用实际统计数据进行评估。一般来说，管理线损是电厂供电、电力企业售电和技术线损。 四、电网规划因素 电网规划的主要内容包括电网布局、电气设备选型等，在实施上述内容时，也存在一些可能对线损产生一定影响的因素。这些因素主要表现在以下几个方面：一是在偏远农村地区，受客观地形条件、资金等因素的限制，存在输电线路长、电网长期超负荷运行等问题。它大大增加了输电线的损耗。其次，对于一般的配电线路，连接方式通常采用分支辐射，以“照顾”更多的负荷点，无形地延长供电半径，公用变压器设备太多，供电线路过于曲折，导致供电线路截面不匹配，这是困难的。为了满足实际需求，或者负载率很低。这个问题大大增加了线路损耗。第三，线路负荷分配不科学、不合理，无法在电网中实现良好的平衡，导致在用电高峰期部分线路末端承受较大负荷，造成线路损耗大幅度增加。第四，在电网中，电力设备配置时，没有充分考虑用户用电规律，导致电力设备配置不合理，出现“空载”或“过载”问题，造成线路损耗过大。 五、电网优化及电压分区控制技术 在电网调度运行过程中，提高电压平衡，保证正常的功率因数和电压参数，是实现电网失电优化控制的关键。如果总功率过高，说明电网存在运行风险。通过开关和并联补偿来控制功率因数是十分必要的。在电压分区控制方式下，控制原理与无功分段控制基本相同。电力调度员设置监控点，监控电网中的实际电压运行情况。一旦发现异常，应立即通过监控系统发送预警信息，值班人员可根据信息提示尽
电网调度运行中无功功率和电压问题的分析 发表时间：2018-12-04T09:20:12.190Z 来源：《河南电力》2018年12期作者：任晓亮张国栋仝玮 [导读] 本文总结了电网调度运行中无功功率和电压问题控制的要点，强调对两者进行优化控制的重要性，并从负荷分段、设备设置，以及时段调整三方面，阐述了无功功率的控制方案。从母线控制、网损优化等方面，探讨了电压控制方案。 （国网晋城供电公司山西省晋城市 048000） 摘要：我国经济建设最近几年发展非常迅速，得到了各行业的大力支持，同时我国电力行业的快速发展改善了我国人们的生活水平。电网调度过程中无功功率与电压问题较为常见，对其优化控制是提高电网运行稳定性的关键。本文总结了电网调度运行中无功功率和电压问题控制的要点，强调对两者进行优化控制的重要性，并从负荷分段、设备设置，以及时段调整三方面，阐述了无功功率的控制方案。从母线控制、网损优化等方面，探讨了电压控制方案。 关键词：电网调度运行；无功功率；电压问题 引言 我国自改革开放以来，对于电力行业的发展从来没有懈怠过，经过多年不懈努力，取得了非常不错的成就。电网调度中应具有充足的无功功率电源来满足用户与网络的相关要求，电网调度运行中，无功功率平衡主要是指在一定结点电压下的平衡，若无功功率电源不足的话，将会导致节点电压不断下降。加强对其无功功率及电压的有效控制，对保障电网的正常运行具有重要意义。 1无功功率和电压问题控制要点 电网调度运行过程中，调度人员需将无功补偿设备，添加至电力系统中。设备运行前，调度人员需对其及性能以及容量等，进行进一步的检查。（1）运行稳定性：为确保电力系统能够正常运行，调度人员应对系统的静态与动态的运行效果进行观察。如发现系统动态与静态的稳定性均较差，则应对其进行进一步的调整。（2）无功补偿设备：电力系统运行过程中，调度人员需将无功补偿设备与其它设备相连接，以降低电压崩溃问题的发生率，提高电力系统运行的安全性。（3）电力调度人员应以降低网损为目的进行电网调度。同时，加强对母线、功率因数的控制，提高电网运行的稳定性。 2电网调度中无功补偿设备的配置 在电网调度运行中，有必要安装一些无功补偿设备，以实现对电网中电压的有效控制。电压调节是电网调度运行中的重点内容，当无功补偿装置应用在电网运行中时，会导致补偿装置安装地点的电压值发生变化，这种情况下，电源间的负荷及电势角也会随之变化，因此，为了确保所得数值的准确性，应在相关技术准则中，对其进行详细的统计与分析。无功电流配置及电压调节设备需注意以下方面的问题：①确保每个符合区域各自具备较强的无功补偿及调节能力，以更好的适应地区负荷所出现的变化，另外，在实际应用中，不允许利用传输阻抗来完成高压网的无功输送；②相关设备需具备充足的补偿容量及较强的调节能力，以确保系统在各个运行条件均能安全稳定的运行；③相关设备需具备充足的无功备用量，以便在事故发生后，各个点系统的电压能满足相关要求。 3电网调度中的无功功率平衡分析 这里所说的无功功率平衡是一个相对概念，电网实际的调度运行过程中，如果其无功功率的平衡水平较高，电力系统的电压水平值也会相对较高，如果其平衡水平较低，那么电力系统的电压水平也会相对较低，稳态电压水平是判断电网平衡水平高低的重要判断标准，每一个电网在实际运行过程中，都具有其自身的正常电压标准与事故之后的电压标准，电力系统中的最低运行电压是受到厂用电、有载调压变分头范围要求、系统稳定需要等各种因素限制的，电力网络在实际运行过程中，是需要具备一定的备用无功容量的。在电网的实际运行过程中，无功的远距离传输会出现较大的损耗，所以在实际的电网无功功率补偿工作，一般采用分层分区、就地平衡的补偿原则。分层主要是指电压层间的无功平衡，要尽量的降低层间的无功串动，这对于减少主变传输工程中的无功损耗具有积极的作用。 4无功功率的控制技术 电网调度运行中无功功率的控制，包括动态控制技术，与静态控制技术两种。本部分以静态无功功率控制技术为例，阐述了电网调度中的无功功率控制方案：（一）负荷分段控制电力系统运行过程中，存在大量的负荷节点。各节点的负荷，均会随着供电时间的变化，而逐渐发生变化。通常情况下，如将连续性较强的负荷参数，应用到无功功率优化过程中，优化的过程将较为困难。将负荷分时段进行处理，使其以静态的形式体现，是解决上述问题的关键。对此，电网调度人员，可以以小时为单位，对负荷进行分段。并采用积分中值，计算出具体的负荷值。除采用负荷分段的方式控制无功功率外，确保无功功率装置配置无异常，同样较为重要。例如：电网调度人员，可根据电网的运行需求，计算无功备用量。以确保电力安全事故发生后，无功装置能够发挥其功能，确保电力系统能够安全运行。另外，为适应地区负荷变化的需求，高压网电力调度时，需避免应用传输阻抗。（二）控制设备权限为改善电网调度效果，优化电网的无功功率。电力调度人员，应采用相应的规则，对优化效果进行衡量。例如：可对静态负荷进行分段，在此基础上，确定不同时段的不同动作值。如动作值较小，则无需为其分配动作权限。反之，则需增加权限，提高无功功率分配的平衡性。假设以S代表控制设备的动作，采用t代表动作时间，采用i代表设备台数，则三者之间的关系为：St，i=1在负荷分段的基础上，不同时段的离散量变化公式如下：△Ci，t=Ct，i-Ci，t-1△Ti，t=Tt，i-Ti，t-1上述公式中，△Ci，t代表电容器的台数，△Ti，t代表变压器档位。当两者数值相同，且允许动作不足时，则表明电力系统存在调度需求。此时，通过总负荷有功，对△Ci，t与△Ti，t的权限进行分配既可。（三）无功功率平衡为确保电力系统故障发生后电网线路中的稳定裕度，电力调度人员须将变电站的电压控制在较高的水平，至少应高于系统的最低电压。考虑到电力传输距离过长容易增加损耗，可考虑将分层法应用到无功功率的控制过程中，通过对各层间无功功率的调整，减小各层参数的差异，以使电网无功功率，能够实现分区平衡。 5电网调度运行系统的电压控制 在实际应用中，应注意以下几点：①根据逆调压原则，在电压允许偏差范围内，确保高峰时电压值高于低谷时；②将电网的下一级网络电压控制在额定电压所允许的偏差范围内；③在确保电力网络安全可靠运行的同时，还应加大对其的资金投入力度；④将现有补偿设备、调压设备等设备所具备的调压功能充分发挥出来。调度部门除对所属发电厂、变电站进行电压的调整、监督和指挥外，调度部门之间（主网调度与地区网调度）在电网电压管理方面也应建立明确的分工关系。这种分工关系主要是指电网主网和地区网间的无功电力交换和