春节期间电网无功电压与功率因数的控制分析与研究

第一篇：春节期间电网无功电压与功率因数的控制分析与研究

春节期间电网无功电压与功率因数的控制分析与研究 1.引言

电压、频率、波形是电能质量的三要素，而电压又与电力系统中的无功功率密切相关。

某地区是国家aaaaa级风景旅游区，同时该地区电网是典型的受端网络，80%的负荷由周边7座500kv变电站受入。城区电缆覆盖率高达83%，低谷负荷期间，电缆产生大量容性无功，致使地区整体电压偏高，功率因数难以控制在合格范围。

2.现状调查

某地区正常网供负荷大约为800万千瓦，随着工厂企业逐步停工，地区网供负荷逐步下降。2014年1月29日，地区网供负荷已下降至390万千瓦，春节期间负荷将进一步下降，2月1日（大年初二），地区网供负荷将达到全年最低点220万千瓦左右，约为正常负荷的30%。

负荷的大幅下降，导致地区电网220kv母线电压超233kv，按照地区功率因数考核规定，当220kv母线电压在233kv～236kv之间，功率因数应控制在0.94～0.97。2014年春节期间省公司将继续采用负荷功率因数考核管理办法，主要内容包括：

（1）功率因数考核关口为单座220kv变电站主变高压侧总加值。

（2）关口无功不得向上级系统倒送。

（3）关口功率因数需全天控制在0.97以下。

3.采取措施

3.1 220kv无载调压变压器分接头调整

春节期间是全网电压最高时段，受可靠性指标影响，地区将不安排220kv无载调压变压器分接头调整档位，各无载调压变压器下送的110kv和35kv变电所低压侧母线电压依靠其主变有载开关调整。同时需要加强对无功电源的管理和输变电设备的监视，来保证部分电压偏高的无载主变电压质量。

3.2 电抗器和电容器投切

3.2.1电抗器：

地区各220kv、110kv变电站电抗器春节前集中投运一批电抗器（目前地区电抗器总容量已达81万千乏，接近全省的一半）并完成集中消缺工作，确保春节期间电抗器能正常使用，按要求投入运行。同时要求客户中心安排用户电抗器投入运行。

3.2.2电容器：

原则上，所有地区配网的电容器装置在春节期间全部停用。春节期间用户的容性无功补偿装置原则也应全部停用，如确需在春节期间组织生产，应根据电压情况及时正确投切，停产用户的无功补偿装置要一律退出，要求地区及各县（市）供电公司及时通知用户在节前做好电容器停用工作，春节后根据负荷、功率因数实际情况（要求功率因数低负荷时不高于0.95）逐步投入运行。

3.3 停役轻载主变和充电功率较大的110kv电缆

地区调度应根据负荷情况，做好轻载主变停用，春节前共完成17座110kv轻载主变停役。

3.4 地方电厂出力控制

3.4.1市区及各县（市）供电公司须严格控制小火电出力。春节期间，燃油机组及不供热的燃煤机组一律调停；供热机组严格按以热定电方式运行，并严格控制无功，要求功率因数不低于0.98。对不按规定调停的机组，调度要求机组解列，直至拉停并网线路。

3.4.2对于地区电网水电站：

春节期间根据来水情况，机组进相运行。进相运行工况根据各机组进相曲线运行，原则上进相运行深度功率因数小于-0.97以下（吸收的无功为有功出力四分之一以上占比）。若发电机组不能进相运行，则机组不能发电。

3.4.3地区及各县（市）供电公司热电机组仍需以热定电方式发电，有进相运行条件的机组在春节期间需进相运行，原则上进相运行深度功率因数小于-0.97以下。

3.5 无功电压控制系统（avc）

3.5.1春节期间，省调avc系统将关闭省地互联，地调avc系统将独自运行。

3.5.2春节期间地调avc系统将投入春节小负荷运行模式，接入地调avc系统的各个变电站（包括市区及各县（市）供电公司已接入地调avc的220kv变电站、市区已接入地调avc系统的110kv、35kv变电站）内未闭锁的电容器、电抗器将自动投切，主变有载档位将自动调节，届时电容器将自动全切除，电抗器将自动全投入，有关运行人员仍需加强电压监视，同时需加强avc系统投切及调档情况监视，若接入地调avc系统的变电站电容器、电抗器投切及主变调档出现异常请及时消缺。当220kv变压器在avc系统调节主变有载分接头次数满的情况下需根据电压情况及时调整220kv有载分接头。

3.5.3地区及各县（市）供电公司avc系统根据电容器全切除、电抗器全投入的春节无功电压策略投入运行，各个变电站仍需加强电压监视。

3.5.4地区及各县（市）供电公司及市区未接入avc系统的变电站、avc系统已闭锁投切的变电站或站内新投运未接入avc系统的无功补偿设备由人工实施电容器全切除、正常电抗器全投入的策略，值班人员应加强电压监视，及时调整有载变压器的分接头。各县（市）调对调度管辖范围内需调整分接头的无载主变请及时安排。

3.5.5 地区及各县（市）供电公司需按供电关口将关口功率因数控制在0.96以下。

4.控制成效及后续整改措施

4.1控制成效

考核时间为2014年1月22日～2月6日，对于春节期间同业对标指标电压全时段控制在233kv以下评判标准。考核期间地区功率因数总合格率为61.307%，电压标准的总合格率为99.907%，但仍有3座220kv变电站出现长时间无功倒送，且无功倒送量均较大，最大值达到了-10mvar，2座220kv变电站存在短时无功倒送。

从电压标准统计情况来看，春节期间地区电网220kv母线电压均控制在233kv以内，较出色的完成了春节母线电压控制的任务。

从传统功率因数统计标准可以看出，春节功率因数控制水平较去年基本持平，但是无功倒送点较为集中和突出，单个220kv变电站的倒送量超去年水平。

4.2后续整改措施

为了在将来的春节能够更好的控制功率因数，提高合格率，建议采取以下措施：

1、对110kv新出电缆线路及线路上改下需同步校核无功平衡，及时增装电抗器。尤其是新出110kv用户电缆线路，在变电站侧需配套增加无功补偿装置。

2、从春节及日常功率因数控制角度出发，首先在可能出现无功倒送的部分220kv变电站增装电抗器。

3、春节期间仍需加强对用户及配网的电容器管理，这是决定春节期间无功情况的关键。

结束语

无功电压控制既要保证对用户供电的电压质量，降低线损，又要保证电网的安全、经济运行。因此，地区及各县（市）公司按照无功功率分层分区和就地平衡的原则，合理建设无功电源，强化运行管理，优化无功潮流，使整个地区的无功潮流基本平衡，提高了地区电网的电能质量和经济运行水平。

第二篇：地区电网电压无功控制方案研究开题报告

西安科技大学高新学院

毕业设计（论文）

题

开 题 报 告 目_____地区电网电压无功控制的方案研究____

院（系、部)____

西安科技大学高新学院毕业设计(论文)开题报告

第三篇：电压质量与无功管理办法

电压质量与无功电力管理办法

第一章

总 则

1.1提高电压质量、保持无功电力平衡是保证电网稳定、经济运行和供用电设备正常运行的重要手段。各职能部室要加强对所辖电网电压质量和无功电力的综合管理，不断提高电压质量和功率因数合格率水平。1.2坚持电压质量和无功平衡综合治理的原则，充分利用调压和无功补偿手段，改善农网电压质量和功率因数。

1.3本办法依据原电力部颁发《电力系统电压和无功电力管理条例》、《电力系统电压和无功技术导则》及省电力公司对农村电网电压质量和无功管理办法并结合我局实际情况制定本办法。1.4本办法适用于上蔡县电业局电网电压质量和无功电力管理工作。第二章 电压质量标准

2.1农网各级标称电压值为：110KV、35KV、10KV、6KV、380V、220V。2.2供电电压允许偏差值：

35KV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%。10KV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的-7%-+7%。220V单相供电电压允许偏差值为标称电压的-10%-+7%。

对电压质量有特殊要求的用户，供电电压允许偏差值由供用电协议确定。第三章 无功补偿

3.1农网无功补偿的原则和方式

3.1.1农网无功补偿的原则为：统一规划，合理布局，分级补偿，就地平衡。

3.1.2农网无功补偿的方式为：集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主。3.2功率因数要求

变电站主变压器二次侧功率因数在0.9及以上； 10（6）KV出线功率因数在0.9及以上； 公用配电变压器二次侧功率因数在0.85及以上；

100KVA及以上容量的用户变压器二次侧功率因数在0.9及以上； 3.3 无功补偿容量的确定

3.3.1 35KV及以上变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。无功补偿装置容量按主变压器容量的10%-30%补偿，并满足35KV-110KV主变最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95。

3.3.2 110KV变电站的单台主变容量为40MVA及以上时，每台主变应配置不少于两组的容性无功补偿装置。110KV变电站无功补偿装置的单组容量不宜大于6Mvar，35KV变电站无功补偿装置的单组容量不宜大于3Mvar，单组容量的选择还应考虑变电站负荷小时无功补偿的需要。

3.3.3 配电网的无功补偿以配变低压侧集中补偿为主，以高压补偿为辅。配变的无功补偿装置容量可按变压器最大负载率为75%，负荷自然功率因数为0.85考虑，补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95，或按照变压器容量的20%-40%进行配置。配电变压器的电容器组应装设以电压为约束条件，根据功率因数（或无功电流）进行分组自动投切的控制装置。

3.3.4 10（6）KV配电线路可以根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。

3.3.5 5KW及以上的交流异步电动机应进行随机补偿，其补偿容量依据电动机额定容量的20-30%。第四章 专业管理及职责分工

4.1局成立电压无功管理领导小组，组长由分管生产副局长担任，成员由生产技术部、企业管理部、农电工作部、调度变电运行部、市场营销部等部门负责人组成，负责全局的电压无功决策性管理与领导。生产技术部为电压无功综合归口管理部门，并设立专职，负责全局日常电压无功管理与协调工作；调度变电运行部、市场营销部、农电工作部和各供电所为具体实施部门，分别设（兼）专职负责人一名，负责本部室电压和无功电力管理日常工作。4.2职责分工

4.2.1电压无功领导小组职责

4.2.1.1负责研究落实上级有关电压无功管理的法律、法规、方针、政策和管理制度、办法，监督、检查贯彻执行情况。

4.2.1.2负责审定中长期电网电压无功设计规划，批准提高电压无功指标的计划、措施，组织落实重大降损措施。

4.2.1.3负责审批本局有关电压无功管理制度、电压无功指标分解及考核方案。

4.2.1.3定期召开电压无功分析例会，分析电压无功完成情况及电压无功管理过程中存在的问题，研究制定整改措施，并监督检查有关部门整改实效。4.2.2企业管理部职责

4.2.2.1负责各级电压无功管理部门的指标考核及奖惩兑现；对电压无功管理部室和单位进行经常性的监督检查和不定期抽查。4.2.3生产技术部职责

4.2.3.1组织贯彻执行上级的规程、政策、措施及相关工作。

4.2.3.2定期组织电压质量和无功补偿设备的运行分析，研究电压和无功管理工作，提出改进措施。4.2.3.3监督考核各责任单位完成电压、无功各项指标。

4.2.3.4汇总各种定期报表，按时上报并分析存在的问题，提出解决意见。

4.2.3.5组织开展专业技术培训和技术交流工作，总结和推广应用新技术、新成果、新经验。4.2.4调度变电运行部职责

4.2.4.1负责A类电压合格率的考核统计工作，采取有效措施，使A类电压合格率达到局下达指标要求。4.2.4.2负责局属各级电压的监视，配合市调充分利用现有设备，合理编制、安排电网运行方式，每日及时调整各级电压，使各监测点电压在高峰、低谷时的电压偏移符合规定标准。

4.2.4.3按季节负荷变化及电网运行方式，合理调度主变分接头档位和变电站集中无功补偿装置的投切。4.2.4.4每年进行一次在各典型运行方式下系统电压和无功优化计算，并根据系统实际和规划提出新增装设无功补偿装置的建议。

4.2.4.5每月组织局属变电站和重要用户典型日、日典型点的有功、无功、电压抄表并汇总分析，及时调整运行方式，调整无功出力，使电压符合规定标准，使电网运行方式最经济。

4.2.4.6每月绘出电网典型日及最大负荷日电网电压有功、无功潮流图，并报生产技术部及生产局长。4.2.4.7参与研究系统无功补偿、调压和电网完善等技术措施。

4.2.4.8加强变电站无功补偿装置的运行管理，使无功补偿电容器可用率达到规定要求。

4.2.4.9加强对变电站10KV母线电压的监视，每日定期抄表（8、10、12、20、22时）根据母线电压及功率因数情况及时汇报县调，及时投退无功补偿装置，并做好相关记录，对补偿装置加强巡视，发现问题及时汇报。

4.2.4.10运行人员根据调度命令及时调整主变有载分接开关，并记录档位变化，无励磁调压主变分接头档位调整由检修人员进行。

4.2.4.11加强电能质量管理搞好谐波监测分析，谐波符合国家有关规定。电压正弦波畸变率：高压供电网（35KV）≤3%；中压配电网（10KV）≤4%。4.2.5市场营销部职责

4.2.5.1负责用户电压和无功电力管理工作，组织督促用户搞好无功补偿设备的安装投运工作，挖掘无功潜力，协同用户做好改善电压质量、提高力率的技术措施，及时反映用户对电压质量的意见。4.2.5.2负责城区配网的无功就地平衡及配网无功补偿的规划、布局及改造计划。

4.2.5.3负责配网公用变和用户变的电压分接头调整，及低压无功补偿装置安装及管理，确保配网、用户电压合格率符合上级要求。

4.2.5.4每年进行一次配网无功优化计算，并进行无功运行分析，提出配网优化建议。4.2.5.5参与研究系统无功优化，调压等电网完善技术措施。

4.2.5.6每年进行一次用户功率因数普查，重点是100KVA以上配变。

4.2.5.7实行配网经济调度，合理调整配网运行方式，保持配变经济运行，及时停运空载配变，提高配变利用率。

4.2.5.8负责C、D类电压监测仪表的日常运行和维护，对C、D类电压合格率进行统计考核。

4.2.5.9加强电能质量管理搞好谐波监测分析，谐波符合国家有关规定。电压正弦波畸变率：低压供电网（380V及以下）≤5%；中压配电网（10KV）≤4%。4.2.6输配电运行部职责

4.2.6.1负责用户电压和无功电力管理工作，组织督促用户搞好无功补偿设备的安装投运工作，挖掘无功潜力，协同用户做好改善电压质量、提高力率的技术措施，及时反映用户对电压质量的意见。4.2.6.2负责城区配网的无功就地平衡及配网无功补偿的规划、布局及改造计划。4.2.6.3参与研究系统无功优化，调压等电网完善技术措施。4.2.6.4负责所属10KV配电线路无功补偿装置的运行维护工作。4.2.7农电工作部及各供电所职责

4.2.7.1负责农村配网的无功就地平衡及无功补偿的规划、布局及改造计划。

4.2.7.2负责农村用户电压和无功电力管理工作，组织督促用户搞好无功补偿设备的安装投运工作，挖掘无功潜力，协同用户做好改善电压质量、提高力率的技术措施，及时反映用户对电压质量的意见。

4.2.7.3负责配网公用变和用户变的电压分接头调整，低压无功补偿装置的安装及管理，确保配网、用户电压合格率符合上级要求。

4.2.7.4负责所属10KV配电线路无功补偿装置的运行维护工作。4.2.7.5每年进行一次用户功率因数普查，重点是100KVA以上变压器。4.2.7.6每年进行一次农网无功优化计算，提出农网无功优化建议。

4.2.7.7实行配网经济调度，合理调整配网运行方式，保持配变经济运行，及时停运空载配变，提高配变利用率。

4.2.7.8参与研究系统无功优化，调压等电网完善技术措施。

4.2.7.9负责D类电压监测仪表的日常运行和维护，对D类电压合格率进行统计考核。

4.2.7.10加强电能质量管理搞好谐波监测分析，谐波符合国家有关规定。电压正弦波畸变率：低压供电网（380V及以下）≤5%；中压配电网（10KV）≤4%。4.2.8市场营销部计量中心职责

4.2.8.1负责全局电压监测仪表的安装更换、修校工作。第五章

设备管理

5.1加强电压质量调控和监测设备定期巡视检查，发现问题及时进行检修维护，确保设备可投运率达到95%及以上。

5.2 局新建变电站应采用节能型有载调压变压器，对已投运的无载调压变压器要逐步进行有载调压改造。

5.3用户端电压过高或过低时，应及时对配电变压器分接头位置进行调整。

5.4积极应用地区电网和变电站无功电压优化控制技术，努力提高各类电压合格率水平。

5.5电压无功专责人员应掌握电压监测装置的正确操作方法，并根据局电压监测装置定期检查和校验制度，加强对电压监测装置的运行巡视检查(每月一次)，对不合格的装置及时汇报主管部门组织进行更换，提高电压监测的准确性和可靠性。第六章 电压监测

6.1各类电压监测点的定义：

A类：35KV-220KV变电站向客户供电的10（6）KV母线。B类：35KV及以上专线用户的客户端；

C类：35KV非专线用户及10（6）专线用户的客户端； D类：380V、220V单相用户的客户端。6.2电压监测点设置原则

6.2.1变电站的10（6）KV母线及35KV用户受电端，都应设置电压监测点。

并列运行的主变压器，可选其中1台主变压器的二次侧母线为电压监测点。双母线运行，可选主母线为电压监测点。

6.2.2变电站供电区内有10KV高压用户时，至少设1个高压用户监测点。该监测点应设在具有代表性的高压用户分界点。

6.2.3小火（水）电厂与农网并网的连接处应设1个电压监测点，以监测小火（水）电厂的电压质量。6.2.4每座变电站供电区至少设两个低压监测点，其中1个监测点设在配电变压器二次侧出口，另一个设在具有代表性的低压线客户端。

6.2.5每百台配电变压器至少设1个低压用户电压监测点；每个供电所至少设1个低压监测点。县局配电变压器总数超过2000台时，超过部分每两百台设一个监测点。

县城和城镇低压居民用户电压监测点不得少于3个，设在负荷性质不同的低压客户端。

6.2.6可以另行设置移动式统计型电压监测点，用以抽测典型时间段居民用户电压质量状况，作为调查分析的补充。6.3电压监测装置

6.3.1各类电压监测点，都必须装设自动记录型电压监测仪。变电站已装设具有电压监测和统计功能的自动化设备，可以不再装设电压监测装置。

6.3.2运行中的电压监测仪器应每天24h连续不间断地进行监测统计和记录，能按要求打印各项功能数据，测量精度不应低于0.5级，并至少保证停电72h不丢失已监测到的数据。第七章 统计考核

7.1电压合格率是指实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间之比的百分值。

7.2电压合格率计算方法

7.2.1某监测点电压合格率=[1-监测点电压超限时间（分钟）/监测点运行时间（分钟）]×100% 7.2.2某部门管辖同类监测点电压合格率=∑该类监测点电压合格率/该类监测点总数 7.2.3局综合电压合格率 V＝0.5A＋0.5（B＋C＋D）/N 其中：

A：为A类电压监测点变电站10KV母线电压合格率

A＝[1-∑1n电压监测点电压超出偏差时间（分）/∑1n电压监测点运行时间（分）]*100% B：为B类电压监测点35KV及以上专线用户电压合格率。计算方法同A。C：为C类电压监测点10KV用户电压合格率。计算方法同A。D：为D类电压监测点380/220V用户电压合格率，计算方法同A。n：为监测点的个数 N：指B、C、D类别数。

7.3县局供电综合电压合格率应达到96%及以上。居民用户端电压合格率根据市局计划指标进行考核。7.4局电压和无功统计报表实行分级管理逐级上报的方式。应建立和完善以下报表：

调压、力率无功补偿季报表（变电站由调度变电运行部填报），城网及用户由市场营销部填报、农网及用户由农电工作部填报）

35KV界面平均功率因数月报表（调度变电运行部填报）10KV界面平均功率因数月报表（调度变电运行部填报）变电站10KV并联电容器可投运率月报表（调度变电运行部填报）

A、C、D类电压合格率月报表（由调度变电运行部、市场营销部、农电工作部填报）电压监测仪表运行情况季报表（由调度变电运行部、市场营销部、农电工作部填报）10KV公用线路平均功率因数月报表（市场营销部、农电工作部填报）10KV专用线路平均功率因数月报表（市场营销部）

10KV线路并联电容器可用率月报表（市场营销部、农电工作部填报）

以上报表实行月报制，要求每月21日上报月报表，每季第4个工作日前报送上季无功电压分析，每年元月底上报电压无功总结至生产技术部。第八章 考核与奖惩

8.1电压无功各项指标和小指标考核实行分级考核管理办法。由局企业管理部、生产技术部组成考核组，按月季年进行检查考核。

8.2全局综合电压合格率考核对象为生产技术部；A类电压合格率，10KV、35KV界面功率因数，变电站并联电容器可用率考核对象为调度变电运行部；C、D类电压合格率、城区10KV公（专）用线路月平均功率因数、10KV线路并联电容器可用率、380V电容器可用率考核对象为市场营销部部； 农网D类电压合格率10KV线路并联电容器可用率、380V并联电容器可用率考核对象为市场营销部部、农电工作部；电压检测仪轮校率考核对象为计量中心。

8.3本办法的检查和考核，按局《电压无功管理考核办法》执行。第九章

附

则

9.1局所属职能部室可依据本办法并结合自身实际情况，制定实施细则，并报局生产技术部备案。9.2本办法自发布之日起实行，其解释权归局电压无功管理领导小组负责解释。

第四篇：河北省南部电网的无功平衡和电压控制

河北省南部电网的无功平衡和电压控制

宋瑜，李志勇

（河北省电力调度通信中心，河北石家庄050021）摘 要：通过对2002河北省南部电网无功电压运行情况的分析，指出了当前无功平衡和电压控制方面存在的问题和解决方案，并对提高电压管理水平和优化电网运行等提出了看法。关键词：无功平衡；电网运行；分析；无功补偿；电压

随着电网的不断发展和电力体制改革的逐步深化，人们对电压问题的重视程度逐渐增加。它不仅是供电质量问题，而且对电力系统的安全经济运行、保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命等方面都具有重要影响，同时也是电力企业管理水平的具体体现。无功电力平衡是保证电压质量的基本条件。无功功率只有在分层、分区、分散合理平衡的基础上，才能实现电网电压的合理分布。

由于无功功率的发、供、用呈现强烈的分散性，给电压和无功功率的发、供、用控制带来了极大的困难。本文从分析河北省南部电网（以下简称河北南网）的无功电压基本状况入手，找出其存在的问题以及造成这些问题的原因和解决办法，对提高电压管理水平、优化电网运行有着十分重要的意义。1河北南网无功电压现状1.1基本情况

截至2002年底，河北南网220 kV有载调压变74台，容量9 510 MV·A，台数比和容量比分别为64.9％和65.1％；500 kV有载调压联络变3台，容量2 250 MV·A，台数比和容量比均为75％。

目前河北南网的无功功率补偿设备主要是电容器组、高/低压电抗器等。全网110 kV及以上变电站无功补偿电容器总容量3 974 MV·A，其中500 kV变电站240 MV·A，220 kV变电站1 984 MV·A，110 kV变电站1 750 MV·A；全网无功补偿电抗器总容量945 MV·A，其中高抗450 MV·A，低抗495 MV·A。1.2配置原则和调整手段

在无功补偿设备的配置上，主要是考虑分层分区就地平衡的原则：对于220 kV、500 kV电网，宜力求保持各电压层面的无功功率平衡，尽可能使这些层间的无功功率流动极小，以减少通过降压变压器传输无功功率时产生的大量消耗；对于110 kV及以下的供电网，推行用户就地补偿是最大的原则，实现无功功率的分区和就地平衡，防止电压大幅波动。

无功分布的调节主要是通过各厂站按照河北省电力调度通信中心（以下简称省调）下达的电压曲线和功率因数曲线进行调节（特殊情况按照省调的指令执行）。具体的调节手段包括调节发电机的无功功率输出、投切电容器（电抗器）、调节变压器的分接头以及改变系统运行方式等。

1.3电压控制情况

河北南网主网的电压水平在稳步提高。截至2002年底，河北南网主网电压合格率达到了

99.63%，高于

部颁98％的标准，特别是500 kV廉沧线的投产，对稳固东部地区电压水平起到了关键作用。2存在的问题

虽然目前河北南网的无功电压控制基本满足了电网要求，但随着电网建设的迅速发展，特别是

500 kV电网的不断加强、峰谷差加大、负荷特性变化等形势的出现，加之有关管理办法未及时修订等因素的存在，河北南网的无功电压运行管理变得更加复杂，出现了以下问题，这些问题如不引起重视，可能影响供电质量，甚至危及电网安全。2.1低谷负荷时段的高电压问题

虽然河北南网主网电压合格率较高，但在低谷时段部分电压监视点仍存在电压偏高的现象，尤以春节期间最为严重，其主要原因为电网的无功功率过剩，主要体现在：

a.随着人们生活水平提高和经济结构调整，电网峰谷差日益加大。在低谷时段，由于负荷很低，主网线路极度轻载，变压器负载率也大幅下降，使主网中的无功损耗大幅度降低；同时，由于进相运行的机组较少，造成线路充电功率过剩，使主网电压偏高。

b.从电源分布和负荷增长来看，南部地区（如邯郸）装机容量较大，但负荷增长（尤其是低谷负荷）较为缓慢；同时，由于缺少吸收无功的设备，仅靠调节发电机无功功率的输出、调节主变分头和投切电容器等手段，个别时段无法满足要求。

c.对小火电厂和大用户的考核管理办法不太合理。小火电厂和大用户的用户功率因数根据月有功电量和无功电量计算，而不是根据实际的功率因数统计得到的。峰谷上网电价的实施，对电压调整产生了不利的影响。小火电厂往往通过峰时段机组高功率因数运行以便能发出较多的峰时段电量，谷时段机组低功率因数运行以便能发出较多的无功电量用以弥补峰时段少发的缺额，以此来满足功率因数考核的要求；对大用户来说，即使高峰时段因未投入电容器造成功率因数过低，也可以通过低谷时段不切除电容器的方法(在保证不向系统倒送无功的情况下）来完成月末考核指标，故加重了电网电压调整的难度。2.2大负荷季节高峰时段的无功不足问题

河北南网的大负荷季节一般在春夏季节，电压最难控制。虽然提前采取了保电压措施，对稳定主网电压起到了积极的作用，但在高峰时段，仍有电网电压偏低现象。原因是电网无功不足，主要体现在： a.负荷性质发生了变化。近年来河北省南部地区干旱少雨，气候异常干燥，空调负荷和灌溉负荷增长迅猛且在电网中占有较大比重。由于此类设备的运行需消耗大量的无功，造成电网无功不足，电压降低。

b.网内无功备用容量不足，安全水平降低。表1和表2分别列出了2002-07-17 11:25:00 实测大负荷情况下, 河北南网主力电厂和供电公司的运行数据。高峰时段，各电厂的平均功率因数为

0.877，基本上发挥了设备的最大能力；各供电公司除了邯郸由于装机容量较大，无功补偿较低外，其它地区的补偿容量都很大。结合电压水平可以看出，大负荷季节，河北南网调动了一切可以利用的设备，几乎倾尽了系统的所有有功、无功，系统安全水平大大降低。

2.3电压水平对500 kV电网的依赖性较大

从表

1、表2可以看出，河北南网的电压水平对500 kV电网的依赖性较大，在大负荷季节尤为明显。从N-1扫描结果来看，在衡、沧地区负荷超过1 600 MW时，500 kV廉沧线故障，即使衡水电厂双机运行，电容器全部投入，220 kV双楼站电压仍将低至200 kV以下，电压波动较大。500 kV保北＃1主变停运，保定地区220 kV系统电压将下降20～30 kV，个别站（如蠡县站）的电压最低可能降至190 kV，低电压切负荷装置可能动作切除部分负荷；同时，由于潮流转移可能引发石保送电断面的稳定问题。究其原因主要是这些地区负荷增长迅速，网架结构薄弱，500 kV电网输送潮流过大，电网缺乏有力的无功电源支撑所致。单站、单线、单变的500 kV电网一旦发生问题，影响很大。为此，河北省电力公司已经加快500 kV电网的建设，同时制定了各种技术措施和组织措施，保证现阶段电网的安全和对用户的可靠供电。2.4其它问题 2.4.1电容器检修问题

由于并联电容器的相关设备（如放电线圈、熔断器、开关、电容器等）比较多，有时需等厂家派人处理，造成检修工期长，影响设备的投入率。

2.4.2变压器变比和有载变压器调压范围选择问题

该问题主要表现为变压器额定变比选择不当，有载调压开关分头变比选择不合适，调压范围不满足要求等。由于历史原因，部分变电站（如曲周、王段、王里、东寺、大河等）的调压开关分头变比不一样，2台主变调整电压困难，只能放在相近的分头位置上运行，影响了调压效果。2.4.3缺少调相机等设备

由于受工程造价、维护费用、网损等因素的影响，调相机已经逐渐被造价低廉的并联电容器所替代，但是在改善电压的动态特性、实现均匀细调等方面，调相机具有不可比拟的优点。

3解决策略

3.1综合考虑各种因素的影响

由于无功电压的分散性和分层性，使得其控制比有功功率和频率的控制要困难得多。单从某个方面考虑无功电压问题是片面的，要结合各个电压层之间、电网安全、电力用户、城市电网、农村电网、无功补偿设备选择、线损、现场条件、无功电压的运行、管理的可操作性等之间的关系，控制好电厂和用户两端，管理好变电站和低压电网等中间环节，合理布置调压手段和控制装置，做到调压手段和无功补偿容量互相协调配合，才能达到既安全经济，又能满足各个电压层的电压水平要求的目的。3.2运用市场经济手段，加强无功电压管理

随着市场经济的发展和电力体制改革的深入，传统的调度模式和管理办法已经无法适应新形势的要求，因此在遵循电网发展规律的前提下，积极探索适应当前形势的无功电压管理办法有着重要的意义。今后应在仔细研究国家相关政策和电网协调运行的基础上，制定完善的经济奖惩办法，加大考核力度，运用市场经济手段加强无功电压管理，减少电压波动，提高电网的管理水平。3.3加强调压设备的维护和改造

加强调压设备检修维护，及时处理缺陷，保证设备正常运行。为了增强调节手段，可结合基建更改工程逐步解决2台主变有载、无载变压器不能并列运行以及调压范围不同的问题。3.4提高发电机的进相和高功率因数运行能力

开展发电机进相和高功率因数运行试验研究，积极推行在无功过剩地区大机组高功率因数和进相运行，尽快完成马头、西柏坡、上安等主力电厂的大机组进相试验工作，充分利用发电机的无功调节性能，在南部和中部地区电网的低谷负荷期间，高功率因数（0.99～1.0）运行或进相运行。

实践证明：将现有的部分发电机由迟相运行转入进相运行，吸收系统过剩的无功功率，技术上简便易行，经济上节约投资，应该尽快实施。3.5推行用户就地补偿是最大的原则

由于长期受有功短缺的影响，许多用户忽视用电功率因数，未能根据电力负荷的变化投切电容器，造成电网无功功率分层分区平衡失控，使原由用户承担的调压责任和补偿容量由电网来承担，客观上增加了电网的负担，影响了电网的经济性和安全性。

上海电网无功补偿经验是：整个系统的安全，用户就地补偿是最大的原则。要求变电站一次侧的受电功率因数在低谷负荷时不得高于0．95，高峰负荷时不得低于0．95，大大减缓了因负荷大起大落造成的大的电压波动。电网只解决用户解决不了的问题，即补偿电网本身产生和消耗的无功（一般电网补偿为过补偿）。

无功储备留在发电机中以便事故情况下迅速调出。这样，系统调压是主动、经济、高效的，且有较强的抗事故冲击能力，值得推广。

3.6开展对电网无功电压实时平衡的研究

从运行上看，由于无功电压运行管理上的复杂性，多年来多数调度部门把对无功补偿设备的控制权限下放给电厂和变电站，要求其按照下达的电压和功率因数曲线执行，较少从系统角度考虑无功电压的实时平衡。其它网省调的运行经验证明：实行电网无功电压统一管理与调整，分区实现无功电压的实时平衡，可以有效地改善电网的电压水平。

3.7加快500 kV电网的建设，提高系统500 kV电压支撑

目前河北南网对500 kV设备依赖程度较高。单站、单线、单变的500 kV网架结构对电压影响很大，一旦受端失去500 kV电压支撑，可能造成该站周围地区电压的大幅降低，甚至引发严重的电网事故。而建电厂受到水源、环保等条件限制，短期内无法完成，所以加快500 kV电网的建设势在必行。

参考文献

［1］张扬.浙江省无功电压状况分析及建议［J］.浙江电力，2002,（5）.［2］王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网技术-2版［M］.北京:中国电力出版社,1995.［3］孙宏斌,吴文传,张伯明,等.安全约束下的全局无功最优控制的仿真研究.电力系统自动化［J］，1999,（5）.［4］粟颖.无功电压综合控制及实施方案.湖南电力，2001,（5）.

第五篇：电力系统电压稳定分析与研究

武汉大学本科毕业论文

电力系统电压稳定分析与研究

院（系）名 称： 武汉大学

专 业 名 称

： 发电厂及电力系统 学 生 姓 名

： 杨

帆

指 导 教 师

： 江

波

教授

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。

关键词:

电力系统

电压稳定

电压崩溃 2

目 录

1.前 言

1.1 电压稳定性及其类型 1.2 电压稳定的研究内容 1.3 电压稳定的研究展望 2.现今对于电压崩溃机理的认识 2.1 短期电压失稳 2.2 长期电压失稳

2.3 由长期动态造成的短期不稳定性 3.电压稳定性的分析方法 3.1 灵敏度分析方法 3.2 最大功率法 3.3 Q-U 法 电压稳定的研究方法 4.1 静态分析方法 4.1.1灵敏度分析法

4.1.2特征值分析法、模态分析法和奇异值分解法 4.1.3连续潮流法 4.1.4非线性规划法 4.1.5零特征根法

4.2 动态分析方法 4.2.1小干扰分析法 4.2.2大干扰分析法 4.2.3非线性动力学方法 4.2.4电压稳定的概率分析 4.电压稳定研究的进一步发展

5.结语

上个世纪七十年代后期以来，世界范围内先后发生了多起由电压崩溃引起的前 言

大面积停电事故，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。我国虽然还没有发生过大范围的恶性电压崩溃事故，但电压失稳引起的局部停电事故却时有发生，例如1972年7月27日湖北电网、1973年7月12日大连电网等。这些事故的发生使人们对长期被忽视的电压稳定问题投以极大的关注，认识到了电压稳定性的研究对确保电力系统安全可靠的运行具有重要意义。由此，电压稳定的研究开始逐渐进入电力工业界和学术界的视野，研究成果不断涌现。

近年来，随着电力工业的发展，电力系统规模日益扩大，逐步进入高电压、大机组、大电网时代，同时伴随电力改革和电力市场的实践，长线路、重负荷及无功储备不足的特征逐渐突出，系统的电压安全裕度倾向于越来越小，使电力系统常常运行在稳定的边界；而目前系统运行操作人员并不能准确掌握系统的电压安全状态。所以事故发生时，缺乏足够的安全信息来采取相应的措施，导致了事故的扩大。

目前，电力系统中电压稳定问题趋于严重的原因主要有以下 4 点：①由于环境保护以 及经济上的考虑，输电设施使用的强度日益接近其极限值； 发、②并联电容无功补偿增加了，这种补偿在电压降低时，向系统供出的无功按电压平方下降； ③长期以来人们只注意了功角 稳定性的研究，并围绕功角稳定的改善采取了许多措施，而一定程度上忽视了电压稳定性的 问题； ④随着电力市场化的进程，各个有独立的经济利益的发电商以及电网运营商很难象以 前垂直管理模式下那样统一的为维护系统安全稳定性做出努力。在我国电压不稳定和电压崩溃出现的条件同样存在，首先我国电网更薄弱，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。目

前国内 电压稳定问题“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多数有裁调压变压器分接头(OLTC)末投人自动以及电力部门采用甩负荷的措施，而后一措施应该是防止电压不稳定问题的最后 一道防线，不应过早地或过分地使用。将来电力市场化之后，甩负荷的使用将受到更大的限 制。因此在我国应加紧电压稳定问题的研究。

1.1电压稳定性及其类型

电力系统的稳定性是在远距离输送大功率负荷情况下突出的问题。在初期的电力系统中，输电线路距离较短，负荷较小，显然稳定问题不是很重要的问题。而目前，在我国的电力网越来越大，输送距离越来越长，输送容量越来越大，电压等级越来越高。在这样的电力系统中，主要靠广大工程技术人员（用户）提供可靠而不间断的电力，保证电力系统运行的安全、可靠、优质，稳定性问题显得十分重要。电力系统稳定性的破坏，是危害很严重的事故，会造成大面积停电，给国民经济带来不可估量的损失，这种后果促使人民严重关注电力系统的稳定问题。可以说现代电力 系统的很多方面都与稳定性问题密切相关的。

所谓电力系统的稳定性，是指当系统在某种正常运行状态下突然受到某种干扰时，能否经过一定的时间后又恢复到原来的稳定运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的能力。如果能够，则认为系统在该正常运行方式下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态，也不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量（电流、电压、功率）没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或者振荡，系统是不稳定的。知道电网甩去相当大的一部分负荷，甚至是系统瓦解成几个部分为止，这种稳定性的丧失带来的后果极为严重。

电力系统的稳定性，按系统遭受到大小不同的干扰情况，可分为静态稳定性和暂态稳定性。

电力系统的静态稳定性，是指系统在某种正常运行状态下，突然受到某种小干扰后，能够自动恢复到原来的运行状态的能力。实际上电力系统中任意小的干 6

扰是随时都存在的，例如，某个用户需要增减一点负荷，风雨造成的摇摆，系统末端的小操作，调速器、励磁调节器工作点变化等。在小干扰作用下，系统中各状态变量变化很小。

电力系统的暂态稳定性，是指系统在某种正常运行状态下，突然受到某种较大的干扰后，能够自动过渡到一个新的稳定运行状态的能力。可见，电力系统的暂态稳定性即是大干扰下的稳定性。系统运行中的大干扰包括正常操作和故障情况引起的。正常操作如大负荷的投入或切除，大容量发电机、变压器及高压输电线路的投入或切除，都可能对系统产生一个较大的扰动。故障情况如系统中发生各种形式的短路、断路，这对系统的扰动极为严重。电力系统受到较大扰动时，系统中的运行参数（电压、电流和功率）都将发生急剧的、不同程度的变化。由于电源测原动机调速系统具有相当大的惯性，致使原动机的机械功率与发电机的电磁功率失去了平衡，于是在机组大轴上相应将产生不平衡转矩，在这个不平衡转矩的作用下，转子的转速将发生变化。而系统中各发电机转子相对位置的变化，反过来又将影响系统中电流、电压和功率的变化，且各状态变量的变化较大。

综上所述，不论是静态稳定性还是暂态稳定性问题，都是研究电力系统受到某种干扰后的运行过程。由于两种稳定性问题中受到的干扰不同，因而分析的方法也不同，除此之外，还有一种动态稳定。

动态稳定是指当系统受到某种大干扰将使系统丧失稳定，当采用自动调节装置后，可将系统调节到不致丧失稳定，把这种靠自动调节装置作用得到的稳定叫做动态稳定。所谓动态稳定是指电力系统都到大干扰后，在计及自动调节和控制装置的作用下，保持系统稳定运行的能力。

当系统遭受到某种扰动，而打破系统功率平衡时，各发电机组将因功率的不平衡而发生转速的变化。由于各发电机组的转动惯量不等，因此它们的转速变化也各不相同有的变化较大，有的变化较小，从而在各发电机组的转子之间产生相对运动。电力系统的稳定问题，主要是研究电力系统中发电机之间的相对运动问题。由于牵涉到机械运动，所以分析电力系统的稳定性也称电力系统的几点暂态过程的分析。

电力系统的稳定问题，还可以分为电源的稳定性和负荷大稳定性两类，电源的稳定性就是要分析同步发电机是否失步；负荷的稳定性就是要分析异步电动机是否失速、停顿。但往往是电源和负荷同时失去稳定。

1.2 电压稳定的研究内容

目前的研究工作按照其目的的不同可以分为三大类：电压失稳现象机理探讨、电压稳定安全计算和预防/控制措施研究。

(1)电压失稳机理探讨：其目的是要弄清楚主导电压失稳发生的本质因素，以及电压稳定问题和电力系统中其它问题的相互关系，电力系统中众多元件对电压稳定性的影响，在电压崩溃中所起的作用，从而建立起分析电压稳定问题的恰当系统模型。在这方面主要的研究手段有定性的物理讨论、电压崩溃现象的剖析、小干扰分析方法和时域仿真计算。早期的静态研究中机理认识集中体现在P-V曲线和Q-V曲线分析、潮流多解的稳定性分析和基于灵敏度系数的物理概念讨论。动态因素受到重视以后，负荷的动态特性，OLTC的负调压作用受到了普遍关注。目前普遍认为无功功率的平衡、发动机的无功出力限制、OLTC的动态和负荷的动态特性与电压崩溃关系密切。但是对电压崩溃的机理认识还很不一致，不同研究人员所采用的系统模型也有很大差别，这种现状表明迫切需要全面深入地分析电压稳定问题，分析它与电力系统中其它问题的相互关系，弄清各种因素的作用，抓住问题的本质，为不同情况下的电压稳定研究建模提供必要的指导原则。

(2)电压稳定安全计算：主要包括两个方面，即寻找恰当的稳定指标和快速且有足够精度的计算方法。电压稳定指标（多为静态指标）总体上分成两类：裕度指标和状态指标。目前已提出的主要有：各类灵敏度指标、最小模特征值指标、电压稳定性接近指标、局部指标、负荷裕度指标等。现在又提出了很多新的指标，如的快速电压稳定指标FVSI，通过常规潮流程序计算每条线路的静态稳定指标，并按指标排列。从而确定特定运行点到崩溃点的距离，来判断系统的安全性。这个指标实现容易、计算简单、概念清晰，且预测结果较精确，可作为警告指标来

预防电压崩溃；在线电压稳定指标Lvsi, 反映的是系统在当前运行状态下，某一支路电压稳定的程度；基于网损灵敏度理论的二阶指标ILSI，可以很好指示电压稳定水平，并具有良好的线性度，也可用于在线评估；提出将整个系统等值为一个简单的两节点系统，在此基础上计及感应电动机负荷，得到负荷母线在线小干扰电压稳定指标。

两类指标都能给出系统当前运行点离电压崩溃点距离的某种量度。状态指标只取用当前运行状态的信息，计算比较简单，但存在非线性；而裕度指标能较好地反映电压稳定水平，但其计算涉及过渡过程的模拟和临界点的求取问题，计算量较大。从目前研究看，尽管许多电压稳定指标已被提出，但由于各种指标都采用了不同程度的简化，其准确性与合理性需要进一步验证和改进。

这方面目前需要解决的主要有以下三个问题：①快速、准确的指标计算方法；②根据动态机理对各类指标的合理性、准确性进行检验，为运行部门选择指标提供依据；③在快速算法中计及影响电压稳定的主要动态元件的作用，比如发电机无功越限和负荷特性的影响等。

(3)预防/控制措施的研究：以日本和法国采取的事故对策最为出色。前者强调增强事故状态下的电压控制能力，后者以其对电压崩溃过程的时段的划分，侧重于事故发生前的紧急状态下的预防措施。目前普遍认为，加强无功备用、提高无功应变能力、防止无功功率的远距离传输、紧急切负荷、闭锁甚至反调OLTC是预防严重事故的有效措施。

1.3 电压稳定的研究展望

电压稳定研究作为电力系统领域的一个重要的实际课题，在近三十年来取得了许多重要的成果，一些电网工程人员研制了电压稳定分析和监测应用软件。但目前理论研究和应用实践表明，对电压稳定问题的认识深度和已取得的成果还远远不能与功角稳定问题研究所取得的理论认识深度及应用成果相比拟，还不能通过对电压稳定全面的分析、预防、监测、控制确保电力系统的安全可靠运行。因此目前仍然存在的问题和今后可能的研究方向主要有：

(1)电压崩溃的机理研究；

(2)对各种元件的动态特性还缺乏全面的分析和统一的认识，负荷建模仍然是电压稳定研究的最大难题；

(3)影响电压稳定的主要随机因素的统计特性的获取，以及这些随机因素统计特性比较复杂时，如何进行电压稳定概率分析；

(4)根据各种不同的电压稳定裕度指标，开发相应的监测应用软件，使电压

2.现今对于电压崩溃机理的认识

电力系统稳定运行的前提是必须存在一个平衡点，最重要的一类电压不稳定性场景就是对应 于系统参数变化导致平衡点不再存在的情况。由于负荷需求平滑缓慢地增加而使负荷特性改 变直至不再存在与网络相应曲线的交点，固然是其中的一种场景，但事实上，更为重要的场 景对应于大扰动，如发电和／或输电设备的停运，这种大扰动使网络特性急剧变动，扰动后 网络的特性(如 PV 曲线)不再同未改变的负荷的相应特性相交，失去了平衡点，而导致电压 崩溃。所以也需要研究由于大的结构和系统参数的突然变化所引起的不稳定机制。

2.1 短期电压失稳

研究认为，引起暂态电压崩溃的主要原因：①短期动态扰动后失去平衡点；②缺乏把系统拉 回到事故后短期动态的稳定平衡点的能力；③扰动后平衡点发生振荡(实际系统中未观察 到)；④长期动态引起的短期失稳(如平稳点丢失，吸引域收缩和振荡)。这一时段内可能同 时出现功角失稳和电压失稳，由于它们包含相同的元件，区分它们往往很困难。一种典型的 纯电压稳定问题场景是单机单负荷系统，负荷主要由感应电动机组成。这里的暂态失稳主要 是指系统受扰动之后，感应电动机等快速响应元件失去了平衡点，或者由于故障不能尽快切 除，使系统离开了干扰后的吸引域。

2.2 长期电压失稳

系统扰动之后，系统已获短期恢复，可用长期动态近似．此后造成动态失稳的原因 有：①失去长期动态平衡点；②缺乏把系统拉回到长期稳定平衡点的能力；③电压增幅振荡(实际系统中未观察到)。

2.3 由长期动态造成的短期不稳定性

此种失稳机制也可以划分为 3 种情况： ①由长期动态造成的短期平衡点丢失； ②由长期动态 造成的短期动态的吸引域收缩而致使系统在受到随机参数变化或小的离散转移后，缺乏拉回 到短期稳定的平衡点的能力；③由于长期动态而造成的短期动态的振荡不稳定性。

3.电压稳定性的分析方法

3.1 灵敏度分析方法

灵敏度分析在电压稳定研究中应用越来越广泛，其突出的特点是物理概念明确，计算简单。灵敏度分析方法属于静态电压稳定研究的范畴，它以潮流计算为基础，以定性物理概念出发，利用系统中某个感兴趣的标量对于某些参数的变化关系，即它们之间的微分关系来研究系统 的电压稳定性。例如，人们常常考察负荷增长裕度对于发电机出力、线路参数变化的灵敏度 以求得较好的控制电压安全的措施。在潮流计算的基础上，只需少量的额外计算，便能得到 所需的灵敏值。灵敏值计算缺乏统一的灵敏度分析理论作基础，各文献都按自己的方法进行 灵敏度分析，没有统一的标准；在计算灵敏度指标时，没有考虑负荷动态的影响、没有计及 发电机无功越限、有功经济调度的影响；灵敏度指标是一个状态指标，它只能反映系统某一 运行状态的特性，而不能计及系统的非线性特性，不能准确反映系统与临界点的距离。3.2 最大功率法

最大功率法基于一个朴素的物理观点，当负荷需求超出电网极限传输功率时，系统就会出现 象电压崩溃这样的异常运行现象。最大功率法的基本原则是将电网极限传输功率作为电压崩 溃的临界点，从物理角度讲是系统中各节点到达最大功率曲线族上的一点。电压崩溃裕度是 系统中总的负荷允许增加的程度。常用的最大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据、无功功率判据以及所有负荷节点的复功率之和最大判据。当负荷需求超过电力系统传输能力 的极限时，系统就会出现异常，包括可能出现电压失稳，因此将输送功率的极限作为静态电 压稳定临界点。负荷如果从当前的运行点向不同的方向增加，就会有不同的电压稳定临界点，有不同的电压稳定裕度，但在这些方向中总会有一个方向的电压稳定裕度最小。计算出这个 方向和电压稳定临界点，就能为防止电压失稳提出有效的对策。把这个方向定义为参数空间 中最接近电压稳定极限的方向，这个电压稳定临界点定义为最接近电压稳定临界点。3.3 Q-U 法

CIGRE 对电压崩溃十分重视，在 1987 年提出电网应按照防止电压崩溃的准则 进行规划设计，并提出了防止电压崩溃的 Q-U 法。Q-U 法是将电网中的某节点或母线作为 研究对象，通过一系列潮流计算，确定其 Q-U 特性曲线，并根据无功储备准则或电压储备 准则，来确定所需的无功功率。该方法的优点是物理概念明确，缺点主要是潮流方程在电压崩溃点处不易收敛。电压稳定的研究方法

根据所采用的数学模型一般可以分为以下两大类：基于稳态潮流方程的静态分析方法，基于非线性微分方程的动态分析方法。4.1 静态分析方法

静态分析方法大多都基于电压稳定机理的某种认识，主要研究平衡点的稳定性问题，即把网络传输极限功率时的系统运行状态当作静态电压稳定极限状态，以系统稳态潮流方程进行分析。其研究内容主要包括计算当前运行状态下的电压稳定指标、确定系统的薄弱环节、寻找提高系统电压稳定裕度的控制策略等。静态分析方法众多，以下扼要地综述一些广泛使用的、具有代表性的方法。4.1.1灵敏度分析法

灵敏度法是通过计算在某种扰动下系统变量对扰动的灵敏度来判别系统的稳定性。灵敏度分析的物理概念明确，求解方便，计一算量小，因此在电压稳定分析的初期受到了很大的重视，对简单系统的分析也较为理想。目前最常见的灵敏度判据有：dVL/dEG、dVL/dQL、dQG/dQL、dQ/dVL等，其中VL、QL和EG、QG分别为负荷节点、无功源节点的电压和无功功率注入量，Q为电网输送给负荷节点的无功功率与负荷无功需求之差。在简单系统中，各类灵敏度判据是等价的，且能准确反映系统输送功率的极限能力，但在推广到复杂系统以后，则彼此不再总是保持一致，也不一定能准确反映系统的极限输送能力。目前，灵敏度方法在确定系统薄弱环节、评估控制手段的有效性方面仍具有良好的应用价值。4.1.2特征值分析法、模态分析法和奇异值分解法

它们都是通过分析潮流雅可比矩阵来揭示系统的某些特性。特征值分析法将雅可比矩阵的最小特征值作为系统的稳定指标；模态分析法在假设某种功率增长方向的基础上，利用最小特征值对应的特征向量，计算出各节点参与最危险模式的程度；奇异值分析法和特征值分析法类似，最小奇异值对应的奇异向量与特征值分析法对应的特征向量有相同的功能，在数值计算中前者只涉及实数运算，后者可能出现最小特征值为复数的情况，故前者更受研究人员的欢迎。考虑到电压和无功的强相关性，这三种方法在分析时往往采用降阶的雅可比矩阵。

电力系统是一个高度非线性系统，其雅可比矩阵的特征值或奇异值同样具有高度的非线性，所以这三种方法都很难对系统电压稳定程度作出全面、准确的评价，但在功率裕度的近似计算、故障选择等方面仍有较好的应用价值。4.1.3连续潮流法

连续潮流法是求取非线性方程组随某一参数变化而生成的解曲线的方法，其关键在于引入合适的连续化参数以保证临界点附近解的收敛性，此外，为加快计算速度，它还引入了预测、校正和步长控制等策略。目前，参数连续化方法主要有局部参数连续法、弧长连续法及同伦连续法。在电压稳定研究中，连续潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲线和QV曲线。由于能考虑一定的非线性控制及不等式约束条件，计算得到的功率裕度能较好地反映系统的电压稳定水平，连续潮流法已经成为静态电压稳定分析的经典方法。4.1.4非线性规划法

非线性规划法是将电压崩溃点的求取转化为非线性目标函数的优化问题，它以总负荷视在功率最大或任意负荷节点的有功功率最大为目标函数，采用非线性优化的方法来求解。相对于求解一个非线性方程组，求解一个非线性规划问题要复杂得多，但它能较好地考虑各种等式、不等式约束条件的限制，在求解实际问题的时候具有更大的实用价值。目前，非线性规划法已用于电压稳定裕度计算、电压稳定预防校正控制策略、最优潮流、电力系统经济调度等各种问题。4.1.5零特征根法

零特征根法是一种直接计算系统临界点的方法。它把临界点特性用非线性方程组描述出来，并从数学上保证该方程组在临界点处可解。在电压稳定研究中，一般将静态电压稳定临界点描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程组：

f(x,)0f(x,)0w'f0 或 fxv0 xl(w)0l(v)0两式中的第一个方程描述了潮流关系，第二、三个方程一起说明潮流雅可比矩阵奇异、具有非零的左或右特征向量，根据需要第三个方程可采用模2范数等

多种形式。

零特征根法对初值的要求较高，需要采用一定的初始化策略。同时，零特征根法难以考虑不等式约束条件，而现有的几种试图考虑不等式约束的策略在实际系统下的效果都不佳，有待进一步研究。

总之，基于潮流方程的静态分析方法经历了较长时间的研究，并取得了广泛的经验。但本质上都是把电力网络的潮流极限作为静态稳定极限点，不同之处在于抓住极限运行状态的不同特征作为临界点的判据。4.2 动态分析方法

电压稳定本质上是一个动态问题，只有在动态分析下，动态因素对电压稳定的影响才能体现，才能更深入地了解电压崩溃的机理以及检验静态分析的结果。目前，动态电压稳定分析方法主要分为小扰动分析法和大扰动分析法，其中大扰动方面主要有时域仿真法及能量函数法。除此以外，还有非线性动力学方法。4.2.1小干扰分析法

小扰动分析法是基于线性化微分方程的方法，仅适用于系统受到小扰动时的情形。它的主要思路是将描述电力系统的微分-代数方程组在当前运行点线性化，消去代数约束后形成系统矩阵，通过该矩阵的特征值和特征向量来分析系统的稳定性和各元件的作用，其主要难点在于建立简单而又包括系统主要元件相关动态的模型。目前，小扰动分析已用于有载调压变压器(OLTC)、发电机及其励磁控制系统和负荷模型等对电压稳定影响的研究。4.2.2大干扰分析法

潮流解的存在和小干扰电压稳定分析的重点在于把电力系统置于一个具有一定安全裕度的运行方式。电力系统遭受线路故障和其它类型的大冲击，或在小干扰稳定裕度的边缘负荷的增加，都可能使系统丧失稳定。这是系统动态行为的数学描述必须保留其非线性特性的原因。这方面的研究主要有时域仿真法和能量函数法。

（1）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 17

等，适合于任何电力系统动态模型。但是，电压稳定的时域仿真研究还存在一些难点，主要包括时间框架的处理、负荷模型的适用性以及结论的一般化问题。

（2）能量函数法是直接估算动态系统稳定的方法，可避免耗时的时域仿真，基本思想是利用能量函数得到状态空间中的一个能量势阱，通过求取能量势阱的边界来估计扰动后系统的稳定吸引域，并据此判断系统在特定扰动下的稳定性。能量函数法在判断暂态功角稳定方面已取得了相当多的成果，为系统中电压稳定薄弱区域的识别和不同规模系统间电压稳定性的比较提出了良好的依据，但它对于具有复杂的动态特性和有损耗的输电系统而言，并不能保证能量函数存在，目前在研究电压稳定方面仍处于起步阶段。4.2.3非线性动力学方法

电压稳定裕度指标算法的研究都是针对线性化了的系统方程，即假设初始条件的微小变化只能导致输出的微小变化，但由于电力系统是一个非线性的动力学系统，临界点附近系统状态的剧烈变化，使得临界点附近这一假设往往不成立。有时，它也不能回答如果系统越过稳定极限点时，其状态将如何变化的问题。为了确保电力系统的安全性，人们寻找能够分析并控制非线性作用的新方法，基于非线性动力学的研究日益增多，如中心流形理论、分岔理论和混沌理论，其中研究最多的是分岔理论。

分岔是非线性科学研究的一种现象，主要研究当一组微分方程所描述的解的动态特性与方程所含参数的取值相关，并随着参数取值的改变而发生的变化，包括系统一些重要特性，例如稳定性、稳定域和平衡点的变化。运用分岔理论能够很好地分析电压失稳的机理，且能够在一定程度上将功角稳定与电压稳定问题联系起来提供统一的数学分析基础。目前存在的主要问题是要进行复杂的化简运算以便减少大量的计算量，因此尚需进行广泛深入的探索。4.2.4电压稳定的概率分析

电力系统具有非线性和不确定性特点，使得电力系统中的一些参数由于测量、估计或计算上的误差具有一定的随机性，扰动及其相应的保护动作均是随即过程，计及系统参数和扰动的随机性进行电压稳定分析具有一定意义。根据负荷潮流雅可比矩阵奇异的可能性来定义电压稳定概率指标，在30节点电力系统上 18

校验了该指标的有效性。提出了一种进行电力系统电压崩溃风险评估的方法。该方法综合考虑了电压崩溃的概率和后果，量化了风险指标，通过兼顾风险指标和经济效益为确定系统的最佳运行方式提供了依据。6节点系统和IEEE 300节点系统的评估结果证明了该方法的可行性和有效性。

尽管电压稳定静态分析方法从原理上讲并不严密，所得结果也难以令人信服，但却计算简单，且不需要难以准确获得的负荷动态特性。与此相对应的电压稳定动态分析方法，不仅面临着负荷动态建模的困难，而且在研究实际大规模系统时还存在着数值计算上的困难。因此人们对电压稳定静态分析方法仍持积极的态度，并努力寻求潮流雅可比矩阵的性质与系统电压稳定性之间的关系。并在积极的探索将电力系统动态分析方法和静态分析方法结合起来的电压稳定的分析方法。

4.电压稳定研究的进一步发展

更精确的电压稳定极限确定所需的模型 对于系统电压稳定极限做出更精确的描述是现代电力系统发展的需要，为此有必要考虑更实 际的负荷模型，采用更有效的方法。感应电动机负荷是非常重要的一类负荷，在以往的电压 稳定极限计算中，对这一类负荷常常以静态负荷替代，或是用具有功率恢复特性的动态负荷 模型近似，研究表明，基于恒稳态功率恢复特性的动态负荷的小扰动分析所得的 SNB 点与 基于静态负荷的 CPF 所得的 Fold 分岔点是一致的，而考虑具体的感应电动机负荷后刻画电 压稳定极限的工作变得更为复杂：首先很有可能在 Fold 分岔点之前就出现由于电动机滞转 引起的 SNB 点；其次，这些 SNB 点不一定会造成系统出现电压崩溃，其性质还要依系统的 具体情况进行分析。因此，在更精细的描述系统电压稳定极限的工作中，对于感应电动机负 荷模型应予充分重视。

不断发展的计算方法 迅速发展的计算机技术以及基于几何概念的非线性动力学定性理论促进了非线性动力系统 数值计算方法的发展和应用，目前已有 AUTO，MAPLE 等著名商业软件可供选择。但是目前 还没有用来分析多机电力系统的稳定性的好经验。在电力系统的分岔与混沌研究中，围绕如 何求取平衡解流形曲线，如何自动修正步长，如何越过常规 Newton-Raphson 算法中的奇异 点，如何跟踪大型电力系统的 PV 曲线，如何搜索解曲线上的分岔点并判别其类型等一系列 问题，进行了广泛的研究。目前一般采用延拓算法，较典型的有预估-校正法、弧长法等。例如用解轨线的切线或割线的方法预测，而用局部参数化或利用解轨线与垂直于切向量的超平面的交点的方法(准弧长法)校正，也可用二次型曲线来近似描述 SNB 点附近的潮流解，并用可控步长来加速计算。面对感应电动机模型对于电压稳定分析造成的复杂性，需要有效的精确判定系统的稳定极限 的方法，CPF 或是基于恒稳态功率负荷模型的小扰动分析在这种系统中给出的结论一般都倾 向于乐观；计及感应电动机负荷的分岔方法虽然可以通过 SNB 点附近的平衡点的情况来判 断出现的 SNB 点的性质，但对大系统而言，“两步法”更为适用，针对拥有大量感应电动机 负荷的系统，在“两步法”之后通过时域仿真确定所发现的 SNB 的性质也是非常必要的。

5.结语

电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。尽管电压稳定问题及其相关现 象十分复杂，在过去二十年间，人们已经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段上取 得了很多重要研究成果。随着系统规模的不断发展，新型控制设备的不断投入运行以及电力 市场化的不断深入，人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据，需要将电压安全评 估与控制不断推向在线应用。

参考文献

[1] 余贻鑫，电压稳定研究评述[J].电力系统自动化，1999 [2] 薛禹胜，徐泰山.暂态电压稳定性及电压跌落可接受性[J].电力系统自动化，1999，[3] 段献忠。有载调压变压器与电压稳定性关系的动态分析[J].电力系统自动化，1995，[4] 彭志炜。有载调压变压器对电力系统电压稳定性影响的动态分析[J].中国电机工程学 报，1999