电压稳定性这一概念对于电力系统运行人员并不陌生。在低压配电系统中,电压稳定破坏这一现象早已被发现。但直到近些年,这一现象才在高压输电系统中发现,并越来越被重视起来。
现在,一般认为电压稳定破坏事故是这样发生的:当出现扰动、负荷增大使电压下降至运行人员及自动装置无法控制时,系统就会进入电压不稳定的状态,电压的下降时间可能只需要几秒钟,也可能长达几十分钟。在电压下降过程中,以下几个方面有着重要影响:
(1)有载调压变压器的动作将使低压配电网的电压上升,高压输电网的电压下降,民用有功、无功负荷将逐渐回升,导致一次侧的高压输电网电压进一步下降,一次系统中的线路充电功率和电容器的无功补偿均将减少,同时一次网络中的无功损耗将增加,因此,一次侧电压进一步下降。如此循环下去,有载调压变压器将处于或接近极限运行位置。
(2)工业负荷主要是感应电动机负荷对于电压变化非常敏感,在电压起初的下降过程中,它随着电压的下降而下降,但当电压进一步下降时,由于转差的增大而使电流增大,因而电动机漏抗中消耗的无功功率急剧增大,当电动机因不稳定而停止转动时,将吸收大量无功功率。这时由于级联效应,会有更多的电动机停转,最终将出现大范围的电压崩溃事故。
(3)发电机励磁调节器在电压下降过程中,将增加无功出力,帮助维持电压。然而当无功负荷超过发电机的容量时,电厂的运行人员、发电机的过励保护、过流保护等自动装置将降低励磁,减少无功出力,使无功缺额增大,迫使远方发电机承担起维持电压的任务,致使一次网络中的无功损耗增加,电压进一步下降。
(4)电压问题如同线路过负荷一样容易造成级联停运。当重载线路的受端电压下降时,施加在送瑞系统上的无功功率可能是受端所收到的无功功率的许多倍。
如果电压不停地衰减下去,电压崩溃事故就会发生。因为这一过程持续时间在几秒到几十分钟的范围内,所以有些文献根据这一过程的持续时间将电压稳定问题划分为暂态电压稳定(时间从零秒到大约10秒钟)、经典电压稳定(时间从1分钟到5分钟)、长期电压不稳定(包含20到30分钟的电压恶化)。
3电压稳定问题的研究历程
电压稳定的研究最早可追溯到40年代,但直到1978年法国大电网的灾难性电压崩溃事故前,这一课题并没有得到电力系统的广泛注意。从70年代末期以来,人们对电压稳定进行了大量研究。过去十年中,有两次大规模的调查活动进一步强调了电压稳定问题的重要意义。一项是IEEE电压稳定专题工作组于1988年进行的,目的是确定在工业中,这一问题存在的范围。另一项由EDF主持的研究,发现全球有20次重大故障可以归咎于电压稳定问题。
过去很长一段时间内,在电压稳定问题的研究上一直存在着争论,这就是:电压稳定问题究竟是静态的还是动态的,相应的分析方法也就分为基于潮流方程性质的静态方法和基于微分方程性质的动态方法。近年来,随着研究工作的进一步深入,用静态方法研究电压稳定遇到了越来越多的困难,计算结果与实际事故相比较,也难以令人信服。现在,人们普遍认为电压稳定问题是一个动态问题,应该用基于微分方程的动态分析方法加以解决。鉴于这种情况,国际大电网会议(CIGRE)于1993年提出专题报告,从动态角度严格定义了电压稳定问题,在此基础上将其分为小干扰电压稳定性、暂态电压稳定性和长期电压稳定性。