【摘要】由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷特性是吸收無功功率的，復(fù)合負(fù)荷的有功功率和無功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟，對于工業(yè)用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計費，這就鼓勵企業(yè)通過使用并聯(lián)電容器來提高負(fù)荷功率因數(shù)。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；無功率；電壓控制

引言：我國的電力生產(chǎn)主要依靠以煤為代表的化石類不可再生資源，電能的節(jié)約就意味著資源的節(jié)約和碳排放的降低。因此電力系統(tǒng)要從各個環(huán)節(jié)著手，減少無功功率損失，提高經(jīng)濟性，其中，電壓控制和無功補償是重要手段 。為了調(diào)節(jié)無功功率，同時提高電壓穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)在發(fā)電廠、變電站、用戶側(cè)均布置了無功補償設(shè)備。

1.電壓穩(wěn)定的基本概念

電壓穩(wěn)定取決于電力系統(tǒng)維持負(fù)荷需求和負(fù)荷供給之間的平衡?？赡墚a(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定以某些母線電壓不斷下降或不斷上升的形式發(fā)生。電壓不穩(wěn)定可能結(jié)果是一部分區(qū)域失去負(fù)荷，或傳輸線跳開，以及由于保護(hù)系統(tǒng)作用導(dǎo)致其他元件級聯(lián)停運，某些發(fā)電機失去同步，可能造成其停運或造成磁場電流限制器越限。

2.無功功率的傳輸

電力系統(tǒng)的有功功率都是由發(fā)電機發(fā)出的，經(jīng)過升壓、傳輸、降壓輸送給用戶使用；而系統(tǒng)的無功功率既可以由發(fā)電機發(fā)出，也可以通過補償設(shè)備發(fā)出。系統(tǒng)中的感性元件，如異步電動機、輸電線路、變壓器等都需要消耗無功功率，此網(wǎng)絡(luò)中必然存在無功功率的輸出。

上圖展示了一個簡單系統(tǒng)中功率的傳輸，中間的電力網(wǎng)絡(luò)既可以理解為線路，又可以理解為變壓器。由于線路（變壓器）阻抗的存在，且線路（變壓器）兩側(cè)系統(tǒng)都難以獨自達(dá)到功率的平衡，因此在線路傳輸有功功率的同時，必然存在無功功率的傳輸與消耗。與系統(tǒng)功率傳輸不同，系統(tǒng)向負(fù)荷供電，有功功率傳輸方向一定是從電源傳遞到負(fù)荷，而有功功率與無功功率的關(guān)系被稱為負(fù)荷的電壓特性。分析表達(dá)式可知，系統(tǒng)有功功率與無功功率的傳輸存在對應(yīng)關(guān)系，而二者之間的關(guān)系即為電壓平衡的條件。

3.電壓穩(wěn)定性能的技術(shù)

3.1無功不足的電壓失穩(wěn)分析

通常認(rèn)為，有功與頻率有關(guān)，而無功與電壓有關(guān)。這種說法雖不嚴(yán)謹(jǐn)，但也有其一定道理。從無功和電壓的關(guān)系分析電壓穩(wěn)定性，可以如下表述：當(dāng)節(jié)點的電壓幅值隨這個節(jié)點的無功支持的增加而增加時，則認(rèn)為系統(tǒng)是電壓穩(wěn)定的；而當(dāng)其中至少有一個節(jié)點的電壓幅值，隨這個節(jié)點的無功支持的增加反而降低時，認(rèn)為系統(tǒng)是電壓不穩(wěn)定的。當(dāng)系統(tǒng)中無功功率短缺時，會造成電壓水平的低下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些微小擾動時，有可能會使某些樞紐變電所母線電壓不穩(wěn)，其母線電壓可能在頃刻之間就大幅度下降，不僅會造成電壓不穩(wěn)現(xiàn)象，更嚴(yán)重的還可能發(fā)展為電壓崩潰事故。

3.2負(fù)荷突增時的電壓失穩(wěn)的分析

互聯(lián)電力系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)，常常發(fā)生在系統(tǒng)負(fù)荷很重的情況下。當(dāng)負(fù)荷接近極限時，如果再增加少量負(fù)荷，系統(tǒng)電壓可能就會突然急劇下降，嚴(yán)重時甚至不能控制，導(dǎo)致電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。負(fù)荷特性很大程度上決定了電壓失穩(wěn)/電壓崩潰的歷程。

如果一個電力系統(tǒng)處于重載情況，假定負(fù)荷已接近于臨界狀態(tài)，無功電源已達(dá)極限，無法再提供多余的無功支持時，系統(tǒng)發(fā)生很小的電壓降低，或負(fù)荷稍微增加一點，都會打破系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致系統(tǒng)的局部電壓失去穩(wěn)定，最終結(jié)果可能就是整個系統(tǒng)的電壓崩潰。

4.電壓穩(wěn)定的控制措施

電壓穩(wěn)定控制，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的重要組成部分。由于在很多實際的電壓失穩(wěn)事例中，完全沒有功角不穩(wěn)定即將來臨的跡象，因此，針對電壓失穩(wěn)情況的電壓控制，由此進(jìn)行探討是非常有必要的。電壓控制，是在電壓發(fā)生故障或者負(fù)荷連續(xù)快速增長的情況下，電力系統(tǒng)進(jìn)入危險狀態(tài)、處于電壓失穩(wěn)或者電壓崩潰的過程中，通過采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使電力系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，或者暫時進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)的控制。

4.1保證電壓穩(wěn)定的兩種控制措施

通常保證電壓穩(wěn)定性，一般可以采取兩種控制措施：預(yù)防控制和緊急控制。根據(jù)約束條件是否滿足，電力系統(tǒng)運行可分為正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)、緊急狀態(tài)、極端緊急狀態(tài)（電壓崩潰）和恢復(fù)狀態(tài)。

①預(yù)防控制。在系統(tǒng)進(jìn)入電壓警戒狀態(tài)時進(jìn)行，主要通過在系統(tǒng)運行于穩(wěn)定邊界時，設(shè)定無功校正裝置的動作整定值，以及校正現(xiàn)場控制器的可控變量，將系統(tǒng)運行點拉回到穩(wěn)定區(qū)域。

②緊急控制。是在緊急狀況下，系統(tǒng)已經(jīng)處于電壓失穩(wěn)的過程中，采取的用以防止電壓崩潰的措施?；趯﹄娏ο到y(tǒng)中電壓失穩(wěn)的危害分析，電壓崩潰所造成的后果最為嚴(yán)重，所以，對其的防治措施的探討也最有意義。電壓緊急控制，是保證電壓穩(wěn)定防止電壓崩潰的主要手段。

4.2分布式的控制方法

分布式的控制方法，即將全系統(tǒng)的優(yōu)化控制，分解為不同的控制子區(qū)域的控制問題，可以應(yīng)用“分解-協(xié)調(diào)”的方法，推廣控制理論中的最優(yōu)控制、穩(wěn)定性分析、模型化技術(shù)進(jìn)行控制的分析和設(shè)計，也更加符合電壓無功問題的本質(zhì)特點。根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，在緊急情況時，將電力系統(tǒng)分為若干個控制區(qū)域。在每一個控制區(qū)域設(shè)有電壓緊急控制器，獨立監(jiān)測本區(qū)域的運行狀態(tài)，對本區(qū)域的突發(fā)事件做出緊急處理，快速計算出本區(qū)域的電壓危險節(jié)點，并將其作為控制目標(biāo)，從而保證本區(qū)域的電壓水平。協(xié)調(diào)級分布式電壓緊急控制的核心環(huán)節(jié)，以本地區(qū)電壓安全穩(wěn)定為目標(biāo)，在電壓控制的不同階段，針對性地協(xié)調(diào)控制分散在各處的現(xiàn)場級電壓無功控制器，高效合理地控制無功功率的流動；并接收上一級的指令，在必要時和其他的控制區(qū)域進(jìn)行協(xié)作。組織級作為電壓緊急控制的最高級，其作用是進(jìn)行全電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析，以及全局經(jīng)濟優(yōu)化控制等功能。在電壓緊急情況時，在必要的情況下，協(xié)調(diào)不同的控制區(qū)域，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.3電壓緊急控制策略

分布式無功緊急電壓控制的基本目標(biāo)，是通過及時地利用區(qū)域內(nèi)所用可能的無功出力維持電壓穩(wěn)定性?？刂浦行脑陔妷菏Х€(wěn)發(fā)生時，實時確定電壓控制分區(qū)，并將普通的二級電壓控制策略，切換到緊急控制策略。緊急控制通過快速的協(xié)調(diào)逐步強制設(shè)定發(fā)電機以及STATCOM（高壓動態(tài)無功補償裝置）的出力來完成。參與控制的手段除了快速的FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）元件和發(fā)電機外，還包括響應(yīng)速度稍慢的無功源（主要為并聯(lián)電容器）。如果經(jīng)過上節(jié)的控制，危險節(jié)點Vc依然越限，則控制慢速設(shè)備，如果Vc已回到正常范圍內(nèi)，按照無功等效的原則，投入慢速響應(yīng)設(shè)備，逐步釋放快速響應(yīng)設(shè)備的無功出力，以保證足夠的緊急無功儲備。

5.結(jié)語

電力系統(tǒng)是一個具有高度非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，隨著電力工業(yè)發(fā)展和商業(yè)化運營，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求也越來越高。在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)中，電壓不穩(wěn)定、電壓崩潰事故已成為電力系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性的一個重要方面。因此，對電壓穩(wěn)定性問題進(jìn)行深入研究，仍然是電力系統(tǒng)工作者面臨的一項重要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李永明，電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定及控制技術(shù)的探討，裝備制造技術(shù)，2010（03）.

.[2]蔣建民著《電力網(wǎng)電壓無功功率自動控制系統(tǒng)》【M】中國新技術(shù)新產(chǎn)品