具有脉冲负载波动的电力系统稳定性分析

覃兴甲

摘要：电力系统是供电和用电设备组合在一起的一个整体，各设备之间运行情况变化大，系统应能自动地迅速消除扰乱，继续正常工作，这样就大大提高系统运行的稳定性，采取系统解列、异步运行和再同步等应急措施，以减少损失，尽快恢复对用户的正常供电。随着电力市場化的推进，与其他电力公司的电力互换，电力输送的扩大，以及配电系统中分布式电源的导入，使得对系统规划运行的灵活性要求更高，有必要超出既往的探讨范围来考虑系统的规划运行。本文将重点分析具有脉冲负载波动的电力系统稳定性。

关键词：脉冲负载波动;电力系统;稳定性;策略

前言

原动机功率和发电机的电磁功率之间产生功率不平衡，将会引起发电机转速的改变，即引起电力系统频率的变化。电网频率是发电功率和用电负荷平衡的依据。当发电功率与用电负荷相等时，电网频率维持在额定值; 当发电功率大于用电负荷时，电网频率升高;当发电功率小于用电负荷时，电网频率降低。

一、电力系统的组成和接线方式

简单来说，在电力系统正常运行过程中，整个电力系统具有相同的频率。同步发电机组发出的交流电的频率是和机组的转速相对应的。第一，负荷决定频率。频率稳定的本质是有功平衡问题。不管多么先进的系统和设备，都会存在发生故障的潜在危险，电力系统的输电线路也不例外，并且，电力系统在事故发生后，原有的正常系统也会发生相应的改变，增加抢修工作的难度，甚至会造成电力系统大面积的瘫痪，影响人们正常使用电能。因而，在电力系统设计之初就要充分重视输电线路的稳定性设计，融入应急措施设计，保障电力系统的正常安全高效运转。因而，电力系统在进行设计时就要长远考虑到可能出现的危险和发生的故障以及采取的应对措施等等，其中就包括每一种常见故障发生情况下的暂态稳定，要求电力系统输电线路的实际传送电能的能力高于电能应用的场合，在发生故障时，系统可以自行启动串联补偿机制措施，快速控制故障现场局面，缩小故障。

电力系统的四大主要元件：发电机、变压器、电力线路、负荷。动力系统包括动力部分（火电厂的锅炉和汽轮机、水电厂的水库和水轮机、核电厂的核反应堆和汽轮机）和电力系统。电力网包括变压器和电力线路。用户只能从一回线路获得电能的接线方式称为无备用接线方式。电力系统的运行特点电能的生产、传输、分配和消费具有：①重要性、②快速性、③同时性。电力系统运行的基本要求：①安全可靠持续供电（首要要求）、②优质、③经济根。据负荷的重要程度（供电可靠性）将负荷分为三级。电压质量分为：①电压允许偏差、②三相电压允许不平衡度、③公网谐波、④电压允许波动与闪变衡量电能质量的指标：①电压、②频率、③波形（电压畸变率）10kV公用电网电压畸变率不超过4%。抑制谐波的主要措施：①变压器星三角接线、②加装调谐波器、③并联电容/串联电抗、④增加整流器的脉冲次数衡量电力系统运行经济性的指标：①燃料损耗率、②厂用电率、③网损率

线损包括：①管理线损、②理论线损、③不明线计算方法：①最大负荷损耗时间法②最大负荷损失因数法③均方根电流法

二、电力系统的额定频率和额定电压

电力线路的额定电压（也称电力网的额定电压）与用电设备的额定电压相同。正常运行时电力线路首端的运行电压通常为用电设备额定电压的105%，末端电压为额定电压。发电机的额定电压比电力网的额定电压高5%。变压器的一次绕组相当于用电设备，其额定电压与电力线路的额定电压相同;但变压器直接与发电机相连时，其额定电压与发电机额定电压相同，即为该电压级额定电压的105%。变压器的二次绕组相当于电源，其输出电压应较额定电压高5%，但因变压器本身漏抗的电压损耗在额定负荷时约为5%，所以变压器二次侧的额定电压规定比额定电压高10%。降压变压器二次侧连接10kV线路，当短路电压百分比小于7.5%（变压器本身漏抗的电压损耗较小）时，比线路额定电压高5%。变压器二次侧的额定电压是指其二次侧空载时的端电压，带负荷时二次侧电压低于其额定电压。

三、电流优先模式试验

电流优先模式是电子负载最常见的设置。一个简单的例子就是以恒流方式消耗电池电量，以确定其存储的总能量。随着电池中的电流被消耗，电池的电压下降。了解电压和剩余电量之间的关系可以让器件预估自己剩余的运行时间。随着电池的电流被消耗，电池中的化学结构呈现出独特的电压曲线。当电池到达其电压阈值下限时，电池一定要停止使用，否则会因为电压超过阈值下限而损坏电池。放电过程与此相似，以恒流进行放电，直到达到 2.5 V 的截止电压。消耗的电流量可在0 到 20 A 之间波动，但大电流会使得充电和放电的次数减少，从而影响电池的使用寿命。将电池放电至截止电压以下也会缩短电池的使用寿命。运行时间通过放电图确定。

电池可以支持 1 C 放电一小时，或者以 （1 C）/（5 h） = 0.2 C 速率放电五小时。锂离子电池在 0.2 C 放电速率下通常具有稍高的容量。最后，温度会影响电池容量和放电电压。25 °C 以上的温度是理想温度，低于这个温度，电池的容量和电压均会下降。您可以使用万用表监测电压，确保电池在 2.5 V 截止电压下不会继续放电。许多电池测试都会用到电子负载，例如容量保持测试、内部阻抗测量、生命周期性能测试、温度测试和滥用测试。容量测试是最常见的电池测试，因为它直接关系到器件的运行时间。容量测试会使用不同的恒定放电率，有时甚至使用动态电流来仿真以不同速率消耗电流的设备。许多设备通过在空闲或睡眠状态下消耗非常小的功率，而只在活动状态下消耗大电流的方式来省电。

为了确定器件的运行时间，我们需要了解电池在不同的放电速率下会做出怎样的响应。图 2 所示为几种恒定的放电速率：1.5 C，1 C，2 C。如果充电电压高于 4.0 V，锂离子电池会承受巨大的内部压力。图上所示为电池恢复到衰减状态时电压迅速下降。在电压下降到 3.2 至 3.1 V 之间，电压还是呈线性下降。一旦低于这个电压，电池电压下降得非常迅速。电池容量以电流放电进行计算，500 mA 乘以运行时间 4.5 小时，即为 2250 mAh。测得的电池容量一般比规定的容量小，因为它们是在 4.1 至 2.6 V 的较小工作范围内测量的。

四、结束语

如果现代电力系统中，常规发电机组原动机功率Pm与其本身特性有关，并非恒定不变，但相对来说比较容易控制。发电机的电磁功率一方面取决于自身的电磁特性，另一方面受到负荷特性的影响，难于控制。但从理论定性分析中，我们假定Pm是不变的。其实同步机的电磁功率也和其实际发出的有功功率有一些偏差，但我们这里也假定Pe就是发电机发出的功率。简单来说，负载增大导致频率下降负载减小导致频率上升，跟频率曲线有关系，而频率曲线是发电机组的固有属性。发电机组通过调整气阀来调节有功输出，从而实现有功输出随着负载变化而变化，简称AGC。但这个调节能力是小范围的。当出现负载大幅度波动时，就需要甩负载或者甩机组来进行频率调整。

参考文献

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