摘要：电力系统电压不稳定/电压崩溃事故是电力系统丧失稳定性的一个重要方面,因其影响面大,造成的经济损失巨大,社会影响严重,是电力系统安全运行的一个急需解决的问题。将目前所采用的分析方法归纳为静态电压稳定性分析方法和动态电压稳定性分析方法，并对各种分析计算方法的基本思想，理论成果和应用情况加以总结。
关键词：电力系统，电压稳定，分岔理论，静态分析，动态分析
1常用的电力系统电压稳定性研究方法
早期基于静态的研究方法
早期人们简单地将电力系统电压失稳问题看作系统过载引起，从而将其视为静态问题。利用代数方程研究电压的稳定性，大体上可以归纳为最大传输功率法，潮流多值法，潮流雅可比矩阵奇异法和灵敏度分析等，其中延拓潮流（CPFLOW）在求取系统P-U曲线中得到了广泛的应用。它使用延拓法跟踪负荷和发电机功率变化情况下电力系统的稳态行为，通过求解增广潮流方程得到穿越雅可比矩阵奇异点（“鼻尖”)点的解曲线，并且不会碰到病态的数值困难。延拓潮流使用预估-校正方案找出随负荷参数变化的潮流解路径，其求解过程如图所示。
延拓潮流计算过程示意图
从已知的基本解A开始,利用切线预估器估计指定负荷增加模式下的解B,然后在固定负荷下使用常规的潮流程序校正估计值,从而得到准确的解C。此后，基于新的切线预估器预估负荷进一步增加后的母线电压。如果新估计的负荷D超出准确解下的最大负荷,则在固定负荷下的校正将不收敛。这时，在固定电压下实施校正，从而得到准确解E。其中,引入的负荷参数对避免潮流雅可比矩阵出现奇异起着主要作用。为反映动态元件在电压稳定中的作用，可将动态元件方程和潮流方程联立求解，从而建立动态潮流模型,但动态潮流方法仍基于潮流模型,不能精确反映系统动态特性特别是故障后的动态特性。甚至基于潮流的P-U或者Q-U曲线的分析结果会出现与实际不符的情况。
总之,静态方法的优点是将一个复杂的微分方程解的性态研究看成是简单的非线性代数方程实数解的存在性研究；其缺点是不能反映各元件的动态特性,且将电力系统的潮流极限作为小干扰电压稳定的极限点,而这仅是电压稳定的必要条件而非充分条件,因而其结果大多是乐观的。
2.电压稳定性分析展望和研究动向
2.1 电压稳定性分析模型
在电压稳定分析中，关注的是各母线电压的变化情况，故可对一些对电压影响较小的物理量的变化规律作某些近似假设，从而在模型的复杂性和合理性之间取得合理折衷。
目前，电压稳定分析的很多方法尚未经历模型从复杂到简单的提炼过程，基于简单模型的分析结果往往值得商榷。一种理性的思路是：首先研究单个复杂、准确的元件模型对电压变化规律的影响，然后研究多个复杂、准确的元件模型对电压变化规律的综合影响，从中抓住主要矛盾，简化模型，达到分析的简单性和复杂性的合理折衷。
负荷动态建模研究是电力系统电压稳定研究的核心与基础性课题，是电压稳定分析中的重点和难点。负荷的组成不同对电压稳定性的影响也不同，所以不同地区的负荷模型应该具有不同的特性，而不能千篇一律地用统一的模型描述。是否将电压稳定研究的网络扩展到存在大量无功控制装置的配电网，从而能够详细考虑ULTC、补偿电容等无功控制装置的作用，使负荷建模更加简单和准确是需要进一步研究的问题；在功角稳定中忽略了电力网络和发电机定子的电磁暂态过程，使得定子电压方程和电力网络方程变为代数方程，但在电压稳定性分析中，电力网络的准稳态模型是否仍然适用也是一个需要明确回答的问题。
2.2 电压稳定性分析方法
所有基于静态的研究方法本质上都是利用潮流及其改进形式作为研究工具，未涉及系统动态，因而所得“极限”通常只是“功率极限”而非“电压稳定极限”，其合理性需要接受基于动态的研究方法的检验。但静态方法在获得系统极限运行状态、指导调度方面起到重要作用，也是动态分析方法的基础，在一段时间内将依旧存在且广泛应用。其关键问题是如何把握静态分析方法的应用范围和适用条件，如何衡量误差范围。此外，系统电压静态稳定和功角静态稳定的鉴别方法仍然是一个需要研究的课题。
小干扰电压稳定分析方法具有严格的理论基础，开发计算速度快，对各种控制系统有良好适应性的特征分析方法是其关键所在。在分析过程中，应该设法降低系数矩阵的阶数，识别保留对电压稳定影响贡献大的元件，正确确定需要加以详细描述的元件模型。
毫无疑问，时域仿真法是检验一切分析方法的准绳，探讨新的快速时域仿真方法，如采用并行计算技术，加快计算速度，力求达到暂态电压稳定的实时仿真是需要研究的课题。此外，对模型参数要进行实际系统测定，力求用可信参数进行暂态电压稳定分析，并且对仿真的输出结果进行分析，以便给出稳定裕度、稳定极限。同时，应该探讨时域仿真法和模式识别、人工智能等理论相结合的方法。
2.3 电压稳定控制措施
为了达到实时电压稳定监视的目的，急需开发一种有实际物理意义并且适合在线应用的电压稳定指标。这种指标应该基于动态模型并且具有良好的线性。虽然裕度指标已经在实际系统中得到初步应用，但裕度指标的计算速度和过渡过程还需要加以提高和精确模拟，否则将会导致错误的结果。从目前研究看，尽管许多电压稳定指标已被提出，但由于各种指标都采用了不同程度的简化，其准确性与合理性需要通过动态方法进行验证。此外，就笔者所了解，目前大多数指标都是确定性指标，随着系统的不断增大，有必要开发反映系统电压稳定程度的概率性指标。
为了更有效地对电力系统进行控制，要充分利用先进的通信手段和控制理论开发有效的电压失稳预防性控制措施和紧急控制措施。要充分利用GPS测得的数据，对电压稳定特别是长期电压稳定有可靠的预测，重点是开发广域的系统保护策略和闭环控制以便使系统的运行状况更好。在多机复杂系统中，功角稳定和电压稳定互相影响和关联，不能将本来就有关联的问题人为的加以分割，高质量的稳定控制决策需要能够识别潜在的失稳模式，找出最安全的调度方向，并对预防措施和紧急控制加以协调现有紧急控制多为离散性控制，其控制措施对稳定的影响不一定与控制量成正比，有时候还可能有负作用，特别是当多重事故发生时，这些控制手段之间的不配合本身就是导致系统瓦解的原因之一。如何将各种控制措施良好的配合适用，如何减少控制策略中由于系统非线性、复杂性、离散性和结果难于实际实施等方面的影响，如何建立控制手段优先级等是应进一步研究的课题。
3 结束语
目前，电压稳定性分析的模型和方法多种多样，研究人员从不同的角度研究电力系统的电压稳定问题。从目前的电压稳定性的研究工作看，虽然取得了很大的进展，但仍不能认为其理论体系已经成，还有许多遗留和将遇到的问题需要解决。本文对众多的研究成果加以总结，对电压不稳定现象、电压稳定性分析方法及其控制手段等分别进行了分析、评述，同时提出了作者的一些看法。随着大量的学者介入电压稳定性研究，电压稳定性问题的概念形成、数学模型的建立、失稳机理的正确解释以及控制措施的提出是指日可待的。
4.参考文献：
[1]余贻鑫.电压稳定研究述评[J].电力系统自动化,1999,23(21):1-8.
[2]陆启韶.分岔与奇异性[M].上海:上海科技教育出版社,1995.
[3]王成山,江 伟,江晓东.一种新的电力系统鞍型分岔点计算方法[J].中国电机工程学报,1999,19(8):20-24.
论文作者:李泽越
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/28
标签：电压论文; 稳定论文; 方法论文; 稳定性论文; 模型论文; 潮流论文; 负荷论文; 《防护工程》2017年第17期论文;