关于电力系统电压稳定与功角稳定的统一分析原理

关于电力系统电压稳定与功角稳定的统一分析原理

王稼祥沈越

国网安徽省铜陵供电公司244000

摘要：电力系统中，一直把电压稳定与功角稳定的统一问题当作关键性问题。具体说来，这两种情况都属于一种极端状态。因此，我们把分析电压稳定和功角稳定的关联问题作为掌控电力系统稳定性的关键。若想对电压稳定和功角稳定之间的关联问题进行具体分析，就需要对二者进行分别分析，同时也需要对二者之间的关系进行统一分析，因为这是掌控电力系统稳定性的最关键部分。本文旨在讨论关于电力系统电压稳定与功角稳定的统一分析原理，以供电力系统参考！

关键词：电力系统；电压稳定；功角稳定；统一分析

引言：近些年，生活用电量与工业用电量随着社会经济水平的提高而出现猛增的状态，相应的对电力系统安全稳定性提出了更高要求。世界上许多国家都出现过因为停电而发生的电压稳定问题，从客观上来讲，电力系统只有一种稳定性或者不稳定性，而电压稳定与功角稳定只是电力系统稳定分析的两种极端情形。如果一个系统是由一个平衡点与一个PQ节点构成，那么就可以证明只是电压稳定存在了问题；如果一个系统是由一个平衡点和一个PV节点构成的，则该系统只存在功角稳定问题。本文从电压失稳与功角失稳的现象出发，对电压稳定和功角稳定的耦合关系进行判断分析，从而提供更多的方法。

1、电压稳定和功角稳定的关联问题

1.1电压稳定

电压稳定性具体包括两个方面，在电力系统发生初始状态下以及受到干扰后，依然将母线电压维持在稳定值的能力。若出现干扰，由于负荷增加或系统状态变化而引起电压出现增高或下降的状态，就表明电压出现不稳定现象，主要因素为电力系统丧失了满足无功功率需求的能力。应集中在被干扰后对系统功角稳定进行分析，相对于功角稳定性与发电机转子运转规律问题，并没有类似的核心方程说明电压稳定。而且重点在于负荷点的电压情况，对于电压稳定本市方面的相关研究工作人员目前缺乏全面认识，现阶段仍然需要对相关研究的理论以及对策进行补充和实践。因此，现阶段仍需对电压崩溃机理问题作进一步研究。

1.2功角稳定

功角稳定状态为，在互联系统中如果出现同步发电机受到干扰的现象，但依然拥有同步运行的能力。造成功角失稳的主要原因有阻尼转矩不足以及同步转矩不足，前者会导致震荡性的失稳后者会导致非周期性的失稳。发电机和潮流两者的输出功率，在电力系统受到外界干扰后会发生相应的变动。其会表现出在发电机方面出现转轴发生不平衡转矩的现象，这种情况会改变转子的转速从而促使转子间的相对角度发生一系列变化，从而反作用于各发电机的输出功率。最终导致影响到各发电机功率、转速及转子间的相对角度，导致系统的最终瓦解。

1.3电压稳定与功角稳定关系

电压稳定与功角稳定之间关系密切，根据研究结果，我们发现暂态功角稳定与暂态电压稳定之间存在一定联系。变化过程较慢的电压稳定与受干扰的功角稳定有关。根据具体报告分析可以得出两种极端情况，其中一种为由输入线路将远方的一台同步发电机接入了无穷大系统，另一种为由输电线将无穷大系统或一台同步发电机接入异步负荷。通常都是由电压失稳所引起负荷区域某点出现崩溃问题，但是如果在距离负荷区域胶原的系统某点出现崩溃问题时，则是由电压发电机失去同步引起的功角失稳问题。负荷区域负荷特性，在电力系统中是引发电压稳定性问题的主要因素。在大系统中引入长距离的输电线路，虽可以最大可能地确保发电机同步运行但仍然经常出现电压崩溃事故的发生。很多研究者认为这是电压稳定的本能，也是负荷稳定，由此可以看出功角稳定的本质是电机稳定。

2、电压稳定的分析方法

在电力系统中，分析静态电压稳定的主要方法为使用潮流平衡点的存在，电压幅值U与无功功率Q的传输关系紧密，通常无功功率的传输从高压节电向低压节电流动。因此，引起电压不稳定的主要原因有系统无功功率电源不足、线路传输功率较大、点源距离负荷中心较远等。对电压稳定可采用差分方式、微分方程以及代数方式进行描述，同时将各种复合元件、发动机以及励磁系统综合考虑进去。

3、电压稳定和功角稳定之间的关系

将稳定平衡点，利用能量函数法的理论设置在势能阱最低处，将不稳定的平衡点设置在势能阱壁上，阱壁上的最小势能点与UEP可互相适应。当临界处于稳定时，电力系统在I类UEP附近选出势能阱。电力系统中的电压稳定与功角稳定在能量函数的理论下，可以看作是UEP模式，对两者的区分可以采用不同的UEP。可利用UEP对电力系统中同时存在的电压失稳模式与功角失稳模式进行分析，从而得出系统在大扰动的情况下会以什么方式失稳。若主导UEP是造成电压失稳模式的UEP，我们则称之为暂态电压失稳；若主导UEP是造成功角失稳模式的UEP，则称之为功角失稳。而这两种极端情形，在不同功率的变化方式与功率分布时既可单独出现，也可同时出现，二者还可以相互进行转化。

4、电压稳定与功角稳定的统一分析

4.1电压稳定判剧与静态功角稳定判据的关系

我们通常都在负荷恒定阻抗模型的基础上对电压失稳进行解释，所以不能对其进行充分合理的诠释，而这些可以直接导致静态功角稳定判据和电压稳定判据存在差异，只能表明静态功角稳定与电压稳定之间存在一定联系。PQ节点电压失去稳定与PV节点有功功率失去平衡的关系非常紧密，此时可将电压失稳的机理问题进行合理诠释。但在进行诠释时要注意时间动态特性的电压稳定性，这依然需要相关人员进行深入研究。

4.2无功补偿约束下电压稳定分析

在PV节点无功功率超限前，该苏点一直保持静态功角稳定状态，假如PV接点的无功功率刚好超过限度，那么PV节点会立即发生相应转变而成为PQ节点，这时相应的电压稳定状态也会遭到破坏，这种状态我们也称之为约束诱导分岔点。其为电力系统电压不稳定解或电压稳定临界点始终位于节点P-V曲线的下半支。

5、结语

从本文的论述我们可以看到，研究电力系统电压稳定与功角稳定之间的关系，并在此基础上对其原理进行统一分析，其意义重大。因此，解析电压稳定与功角稳定之间的关系，就能充分了解电力系统发生这两种极端情形的具体原因，便于技术人员根据具体原因制定出科学合理的解决方案，从而对运行方式进行有效调整。

参考文献：

[1]刘光烨，杨以涵.电力系统电压稳定与功角稳定的统一分析原理[J].中国电机工程学报，2013（13）.

[2]丁睿.电力系统电压稳定和功角稳定的统一分析原理[J].中国新技术新产品，2014（21）.

[3]彭丽.电力系统电压稳定与静态功角稳定分析方法研究[D].湖南大学，2012（04）.