电压稳定性受电力系统负荷的影响分析

吴裕善

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518048）

一、起因

电压的不变性也被称为负荷不变性，其意思是指电力体系在必然的外部前提或遭到扰动以后体系仍然能连结输出电压的不变的本领，可是当必然的外部前提的产生转变或遭到较大的不受控的扰动以后，输出电压呈现不稳定的状况，此中首要的身分是体系无法提供无功功率的必要。

在研究之初，此类的研究主要是从静态的状态去分析和计算的，但是无论是在物理、数学等学科上，静态只是一种理论上的状态，而现实中电力系统是一个动力非线性的复杂系统，电压的稳定和失控实际是一种复杂的动态过程，因此在解释电压失稳原理时，我们主要考虑的是电力系统受到干扰后情况，其他部件的调整电压的情况，首先是在主体发电机中的电磁体系逐渐减少而得到激励和负荷都符合要求后，系统才能够确保稳定；其次是当电压系统中反映的负荷超高压水平下降时，变压器就会进行相应的调整，而且每次调整都会增加超高压线路承受的负荷、增加线路的损耗和增大电流这些变化；最后使发电机整个系统增加无功输出，持续增加无功功率，负荷的电压就会下降，系统更加容易出现不稳定电压。这就是电压稳定性的原理。

二、负荷对稳定性的影响

图1 仿真网络拓扑图

图2 为单机大系统在不同负荷功率因数下的关系曲线

图3 单机大系统在不同负荷功率因数喜爱的V-PL特性

我们研究电力系统电压稳定性时，主要研究电力系统受到扰动条件下负荷的变化引起的不稳定性的调节及出现的一些必要的调整。所以，电力系统的负荷都会在受到外部的干扰时发生变化，从而会影响到整个系统的电压稳定性，这主要是动态而非理论上的静态过程，主要原因就是负荷的两大特性的作用，分别是恢复特性和失稳特性，下面本文就这种讲解一下这两个主要特性。

1 电力系统受干扰后的负荷的恢复特性

负荷的恢复特征是指负荷功率随输入电压的下降而临时减小随后又逐步增加的特征。我们从下面几个实例进行解释负荷功率恢复的现象：首先是感应电动机出现端电压降低后的数秒内，它的有功功率就会恢复至与机械负载相匹配，这就是负荷的恢复特征的一种；其次是OLTC分接头动作，恢复其低压侧电压，从而恢复对电压反应灵敏的用电设备的功率，这也是负荷的恢复特征的一种表现；最后一种现象是恒温控制负荷在温度调节装置控制下恢复从电网吸收的功率，这也是负荷的恢复特征的一种。负荷的这种强大的恢复特性使得输出电路的电压有很大的起伏，引起负荷母线电压的进一步下降，从而使系统的电压稳定性下降。所以就要研究负荷的恢复特性，来解决这样引起的失稳现象。

同前面的静态分析不同的是负荷的功率恢复这种过程是一个动态过程，这个过程的描述我们可以用一个简单的微分方程进行解释。我们在分析解释负荷对电压稳定性时，必须对负荷进行相关动态数学建模进行分析，负荷功率的恢复不是静止的过程，而是一个动态的过程，这就需要从一个具体的过程进行解释。但是从静态的模式进行解释的话就会造成计算各方面的不准确，不能保证正常的运行；通过计算可知，无功的负荷采用静态恒定功率模型得出电压输出曲线的下半支是稳定的结果，这是采用静态模式计算的结果不准确的，这也说明不能采用静态的模式来解释负荷的恢复特性。

但是现在的相关研究只是对相关稳定图像的研究过程，还没得到一个准确的负荷功率恢复的相关表达式或者数学过程，因此研究此过程多在考虑得到的稳定图像是不是与理想的相近，还要加强这方面的研究来从数学上解决相关的问题，这样既准确又节约成本。

以IEEE-30节电力胸进行负荷恢复为例尽心高反正，研究发电机选择与路径的优化，其网络拓扑如图1所示，实线为恢复路径，虚线为未恢复路径。节点{1,2,13,22,23,27}为已恢复电源节点，系统各支路已经恢复，节点1-30为待恢复节点，系统节点待恢复负荷约为最大负荷的40%。当前系统总负荷为3.5280p.u。

通过仿真计算，系统可恢复量是0.3566p.u，是系统当前负荷量的10.1%，恢复量比较乐观。

2 电力系统受干扰后的负荷失稳特性

负荷失稳是指负荷元件因其运行电压太低而不得不采取保持其正常的能量转换功效的措施，或因其低电压运行而损坏内部核心装备，或者因为自己的保护行为而暂时切断电源。负荷失稳的一些情况，主要是低电压条件下负荷元件失稳，主要有感应电动机的失速乃至堵转（包括空调、热泵、冰箱等带压缩机负载的感应电动机的失速和堵转）、荧光灯的突然熄灭等情况，负荷元件失稳后，就会导致有功和无功功率发生急剧的变化，严重的影响到整个系统的电压稳定性。

什么原因造成负荷的失稳特性？主要原因是负载的在失稳后将要从线路中吸收电流，但是这样的电流的无功功率将会不断增加，从而导致传输系统的无功功率不足，使得线路的电压降落增大，结果就是负荷的电压进一步减小，这就造成线路的电压不稳。因此如同荧光灯突然熄灭，电动机保护停转都是为了缓解系统的无功功率不足，再等到电压稳定后在此工作。

此现象的出现可以通过静态负荷特性对电压稳定产生影响进行分析，静态负荷特性指的是电压变化后进入稳态时电压与负荷功率之间的关系。以单机系统为例，图2为单机大系统。

从图中可看出，系统负荷在增大到极限值以后，如果继续增加，那么系统将失去稳定。静态电压稳定分析方法采用静态模型描述负荷，以静态观点解释电压崩溃机理。用代数方法对系统当前运行到的极限点距离进行求职，对于运行人员来说，最直观的是系统运行的功率极限。负荷较高的时候，可通过负荷的改变对功率的不稳定性进行控制，即在符合阻抗降低的时候，使功率也得到降低，负荷特性决定了电压是否稳定、系统是否稳定。

结语

随着社会的发展，无论是家庭还是工业中对电力的要求越来越多，对远距离的电力传输的考验越来越重，这其中电压的稳定性问题是基础性难题，电压的失稳是各个方面的原因，现在还没有得到彻底的研究，很多技术方面的原因有待进一步的研究。在研究负荷的影响方面，主要从负荷自身的原因进行分析，其表现在构成复杂、随机时变、地域分散和非线性等特点,以及负荷本身的组成庞大、随机时变、地区分离和非线性等特色，这些条件就会影响到在解释电力系统的变化时都要认真的考虑，通过大量的试验后做出分析。因此，建立精确、耐用的负荷模型对于电压不变而产生的进步都将会有很大的增强。

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