二级电压控制对电力系统稳定性的影响

二级电压控制对电力系统稳定性的影响

常涛

国网山西省电力 公司， 山西太原 030000

摘要：本文在简要分析电力系统电压稳定常见形式的基础上,着重在电力系统电压稳定分析方法和控制方法两方面进行探究。
        关键词：电力系统；电压控制；二级电压
        电力系统电压失稳会导致大面积停电事故的发生,从而造成了巨大的经济损失和严重的社会生产生活影响,因此,一直以来就得到了广大电力工作者的重视和关注。对电力系统电压稳定的专业研究可以追溯到20世纪七八十年代,起初的研究主要集中于静态电压稳定方面,随着研究的不断深入,逐步从动态视角来研究电压稳定问题,它与电力系统稳态以及系统中各元件的动态特性等都有密切的关系,电压控制、无功补偿与管理、继电保护控制中心操作、功角(同步)稳定等都将对电力系统的电压稳定产生直接的影响。目前,随着经济的发展,电力需求的不断增加,电力系统已经走向了大电网、超高压、大机组、重负荷、远距离输电时代,这就不可避免会给电力系统电压的稳定性带来新的挑战,因此有必要对电力系统电压的稳定及控制进行研究,以保证电力系统的安全稳定运行。
一、电力系统的分级电压控制
        整个控制系统分为三级：一级电压控制、二级电压控制和三级电压控制。其中二级电压控制的主要目标是以某种协调方式重新设置区域内各自动电压调节器的参考值，使得各节点电压满足运行要求。二级电压控制是连接其他两个层次的关键环节，他能够从区域电压稳定的角度出发，合理、协调地分配本区域内各电压无功支持源的无功功率，充分利用区域的无功储备，在一定程度上能够改善区域的电压水平和提高系统的电压稳定性。二级电压控制已经进行了较多的研究和实践，是一种可行的、比较成熟的电压稳定综合控制技术。
二、二级电压控制原理
        二级电压控制首先将整个电力系统分成若干个控制区域，这些区域最理想的状态是彼此电气距离较远，相互近似解耦。在每个控制区域中选出其最关键的负荷节点称为“引导节点”，二级电压控制则是根据引导节点的电压偏离，按照某种预定的控制方式协调地改变区域各个控制发电机的自动电压调节器（AVR）的参考电压设定值或其它无功源的设定值，从而使得引导节点的电压基本保持不变，进而维持整个系统的电压水平和无功分布在一个良好的状态。在二级电压控制中，整个系统被划分为若干近似解耦的控制区域，每个区域选择其关键性的、能够反映本区域负荷电压水平的节点作为引导节点，并为各引导节点挑选能够为之提供有效电压支持的无功源作为控制发电机。在系统运行中，二级电压控制器监视引导节点的电压，通过调整本区域一次电压控制器的电压参考值，将引导节点的电压幅值维持在设定值附近，从而达到维持整个区域电压水平的目的。任何一个电力系统都可以看作是由一组局部受控的发电机组、负荷以及连接它们的传输网络组成。系统的电压动态由两部分组成：一级电压控制引起的一级电压动态以及由二级电压控制引起的二级电压动态。其中影响系统一级电压动态的主要系统部件包括发电机及其励磁系统、负荷和网络，二级电压控制只在励磁系统中引入附加控制量。
三、二级电压控制的子问题
        二级电压控制问题包含了两个子问题，即：（1）划分控制区域、选择引导节点和相应的控制发电机；（2）设计控制规律，根据引导节点的电压偏差调整一次电压控制器的电压参考值。其中（1）是由离线计算完成的，对一个给定的系统只做一次计算，选择出合适的引导节点和控制发电机，在以后的计算或运行中就不再重新选择。（2）的实现有不同的方法，一类是在线寻优计算，即根据运行过程中出现的不同类别的扰动信息选择相应的性能指标，并进行在线寻优计算，确定控制规律，这种方法针对性较强，缺点是对算法的快速性要求高，难于实现。另一类则是以PID控制器或其它控制器实现。实现（1）有两种方法：一种是按照地域分布或行政划分，首先将全系统分成若干个控制区域，对每个区域进行选择计算，找到该区域的引导节点及控制发电机；另一种则按照选择引导节点的性能指标，对全系统的所有节点进行筛选，找出所有的引导节点和与之对应的控制发电机。找出了引导节点和控制发电机的分布，控制区域的划分也就确定了。在解决实际问题时，应针对实际系统的不同情况，灵活地使用上述两种方法。每一个节点都可以提供系统的运行信息，但是这种运行信息的获得却并不需要遍及每一个节点。也就是说总有一些节点的动态信息是具代表性的，我们从这些节点就有可能获得反映整个系统的某方面运行情况的信息。“引导节点”就是电力系统中这样的有代表性的节点。典型情况下，每一个控制区域中只选1个引导节点，而电压/无功的二级电压控制规律就以该节点的电压偏差作为反馈输入。
四、电力系统中几种常用的电压稳定控制措施
        1、无功补偿

        常用的电力系统无功补偿包括并联电容器组,SVC,STATCOM等。
        (1)机械投切的并联电容器。电容器的过度使用在特定的扰动下会恶化无功功率的不平衡,是电压崩溃的一个诱因。由于并联电容器的无功出力与端电压的平方成正比,当扰动后电压下降很大时,会导致电容器的无功出力大幅度降低,不利于电压的恢复。因而,采用并联投切电容器组进行无功补偿,在紧急情况下其作用有限。
        (2)SVC和STATCOM。这是目前电压稳定研究中,采用的最多的动态无功补偿设备,大量文献的研究结果表明,这些设备的使用可以有效提高系统的电压稳定性。在SVC结构中,滤波电路用来滤除高次谐波,其对于基波呈容性。SVC可以设计成对称或不对称方式运行(指容性和感性调节容量),而STATCOM总是以对称方式运行。SVC和STATCOM的主要区别在于超过其控制范围后的特性,这时的SVC和STATCOM分别相当于一个并联电容和一个恒流源。
        2、变压器分接头的紧急控制
        OLTC的主要作用是在正常运行时调节负荷母线的电压,在允许范围内。分接头动作一般不利于电压稳定,在系统紧急状况下,OLTC和发电机过励限制器(OEL)等慢动态装置的相互作用可能引起电压失稳,这种情况在负载为电压敏感负荷时尤为明显。但在有些情况下,分接头动作有利于增强电压稳定性,如:在恒功率负荷或感应电动机负荷以及存在感应风力发电机的情况下,因为对于恒功率负荷,配电网电压升高会降低网络中的有功功率和无功功率损耗,而对于感应电动机和感应发电机,其无功功率一电压特性为负的斜坡特性,即电压升高时,吸收的无功功率会减小。分接头的紧急控制措施包括分接头调节闭锁和分接头逆调节,即把控制母线由配电侧转为输电侧。
        3、发电计划重新安排
        该控制措施属于短期运行计划的范围,其优点是控制作用可以在现有设备的基础上进行,无需增加新设备。在最优潮流和经济调度中,通常会考虑功角稳定的要求。与此类似,如果在最优潮流中考虑电压稳定的要求,达到电力系统安全性与经济性的平衡,则可以在一定程度上缓解电压稳定的压力。
        4、切负荷
        当其他控制措施都无法阻止系统趋向电压失稳时,切负荷是制止电压崩溃的最后手段,它是保证电力系统继续安全运行的最后防线。因此在电力系统中需要有能阻止电压崩溃的自动装置,低电压自动减载装置就是专门针对电压稳定问题提出的。
        结语
        电压稳定问题作为电力系统稳定性研究的一个重要方面,对系统的运行具有很重要的影响。文章对电力系统电压稳定领域的若干问题进行了研究,特别是对电力系统电压稳定的分析方法和控制方法的阐述可为相关工作者的工作实践提供参考,以保证电力系统的稳定运行。

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