电力系统静态电压稳定性快速评估探讨

王艳婷

(武汉璞信电力设计咨询有限公司所在城市403370)

摘要：随着环境问题的日益严重，电力作为一种可重复使用的清洁能源为人们所应用。人们生活水平的提高为我国的用电情况带来了一次又一次的高峰，电力企业面临的前所未有发展趋势的同时，严峻的挑战也随之而来。城市化进程的加快就意味着电网的规模越来越大，很多输送设备已经到了使用极限却没有进行更换，新的科学技术让传统设备出现漏洞的情况越来越多，电力系统的稳定性已经成为我国发展进程的重要课题。

关键词：电力系统；静态电压；稳定性；快速评估；

电力系统在各个行业中的应用非常广泛，也可以在工业发展可以创造巨大的生产价值，电力的发明和使用为第二次工业革命打开了大门，并成为了人类工程科学史上最杰出的贡献。电力系统在经历了市场环境的改革之后，渐渐脱离的电力部门的监管转向为运营商牟利的道路上。为了争取更大的利益，各大运营商都将电力设备的运行和输送的能力发挥到了极致，但是这样的运行状态会让电力设备长期处于稳定和不稳定的界限边缘，一个小变动都会引发电力系统的稳定状态崩坏。运营商出于对成本的节约，设备维护和人工检修的次数也很少，这一系列的行为都会让电力系统增加了不稳定的事故发生的可能性。近三十年间，国内电力系统稳定发生故障引发的大面积停电为人们的生活和生产带来了很大影响，也为国家经济造成损失。

一、电力系统静态电压稳定性评估内容

目前我国电力补偿设备和电力企业优化制度的应用让电力系统的运行相对稳定，但是在运行点靠近电压不稳定区域的时候母线电压仍能限制在安全准则之内也是可能发生危险的。总结近年来国内外发生的电网崩溃事故可以看出，电网电压崩溃之前电力系统的母线电压也是在额定电压之内的，但是在事故发生之前母线会出现电压急速下降，最终导致了电力系统崩溃。因此电力企业对电力系统进行评估的项目应当包括评价系统与电压崩溃点的距离，以及限制电压范围内电力系统的安全问题。

电力系统静态电压稳定的评估过程中，通常会使用电荷的裕度指标与系统当前的运行点和崩溃点距离相关联。当故障出现之前的系统电荷裕度指标低于设定裕度指标时，就说明了运行点和崩溃点的距离基本重合，也就是需要对电力系统实行一定的防御措施保障电力企业的正常运行；反之当故障出现之前的系统电荷裕度指标高于设定裕度指标时，当前的电力系统电压还处于平稳状态。电力系统的电压稳定情况是需要管理者对风险预估后的检测，并根据不同的电力系统调整电网稳定的裕度指标门槛数值。电力系统的电压稳定也是电网安全性的保障，电力系统需要在正常的运行状态中排除各种随即发生的干扰项，通过适时调整电力系统的节点电压和装置数据，同时也是确定电压稳定准则和安全范围的能力。我国传统的电压稳定问题一般被认为是理想和实际状态下运行约束的缺失，因此对事故的控制就需要对电力系统的运行和功率约束力进行制定，从递进公式中控制变量完成电压设备负荷量的上限和下限。

现代电力企业对于电压系统静态电压稳定性的评估越来越重视，安全性完全是针对电压崩溃事故的发生，电压的稳定不仅需要从检测的角度进行维护，还需要从设备制定的电压节点和设备潮流中寻找原因及稳定方案，只有各方面都确定无误之后才能得出电压稳定的安全性评估结论。

二、电力系统静态电压稳定性预防控制

电力系统的静态稳定性评估就是为电力企业的安全运行提供保障的，即使是发生预想之内的事故也能从关键节点的控制之下完成系统的稳定，并及时实现控制措施的预防效果。因此，深化电力系统的静态电压稳定性预防措施也是为电压的稳定性和电力企业的事故提供预防保障。

静态电压的稳定性预防控制一般是指电力企业在没有发生的事故的时候实施的措施，因此需要维护部门对系统提升和可信保障的确定采取科学的手段。电力系统在运行时的数据具备一定的规律性，因此可以通过制定科学的数学模型为相关变量进行调整和预测。当故障发生的时候代表设备运行的变量会发生变化，渐渐靠近电压崩溃点的边缘，因为电压设备在故障时的裕度指标范围会缩小，因此在这时对运行点的控制非常关键，直接可以让电压数值原理崩溃点，完成电压系统的稳定性和安全性。电力系统静态电压稳定性预防控制方案可以根据问题的不同做出调整，首先是用经济或代价作为目标来构建数学模型，这时电力系统的负荷量裕度指标将会成为电压系统的约束原则，也就是说这种预防措施是通过一定的代价来换取电压系统裕度指标的稳定；另一种方案是用电压负荷裕度指标直接作为函数模型的目标，并通过优化的方式使系统的阈值整体优化。对比来说，第一种预防措施方案适用于的场合比较多，也较为灵活，由于本身是基于电荷裕度指标作为主体影响其他变量的优化控制模型，能够用算法直接得出预防结果。

现存的电力系统静态电压稳定性预防策略可以让大部分电力企业的在事故之后的电压运行点处于稳定范围之内，但是由于实际参数的影响，故障发生都会让企业承受经济损失并对电力系统产生运行影响，因此电力系统静态电压稳定性预防控制策略还需要不断的改善和调整。

三、电力系统静态电压稳定性快速算法

电力企业静态电压的稳定临界点评估方法是从潮流方程的形式或其他潮流方程作为根本，也就是说稳定求解临界点就是求解电力系统最大功率的过程，利用不同运行点的不同功率数据转化为电压稳定临界点的求解方式。通过将现有的临界点计算方式进行对比，可以得出电压极限的近似函数方程，这是一种基于灵敏度进行限制的电力系统临界点求值方式。该方式将弱点节点的电压值和电荷量裕度指标同步进行两个梯度导数限制电荷量增长，并且无线接近电压临界点，通过观察电机的做功情况判断电压的输出极限，得出电压转换点和系统崩溃点的信息和类型。

崩溃点计算流程

这个算法的流程是采用曲线方程的形式，应用C++编程来设计电力系统静态电压稳定性的判断软件模块。程序的编制过程需要先制定具备重复性的数据，并将之确定为运算的标准，再载入运算法则和函数模型。首先从收集的数据中调出电力企业的电网结构信息和运行数值，并设定和读取该方程的计算常量，对相关变量进行潮流方程计算。通过计算结果判断潮流是否收敛，若收敛则实时保存计算结果并对电压节点进行裕度指标的导数分析，同时将电机的做功情况与之作为参考。若是潮流方程计算结果并没有收敛，则说明电机在这个过程中进行了无功越界，此时可以找到最先进行越界行为的电机用点赫连的增长步长作为预测结果的替代，并返回潮流方程步骤再循环计算。

结束语

综上所述，电力系统静态电压稳定是社会各界关注的重点民生问题，也是电力科研人员重点研究的课题之一。文章从电力系统静态电压稳定性的评估、预防和计算三个角度对电压临界点问题进行探讨，并对影响电力系统稳定的因素和风险作出分析，希望为我国电力稳定和经济发展作出一定贡献。

参考文献

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