摘要：电能是一种由电厂生产，由电网公司向电力用户提供并保证质量的商品。电能质量描述的是通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。近代科技进步促进了生产过程的自动化和智能化，对电能质量提出了更高更新的要求。即使短暂的失去电力或者电压暂降等问题对制造业的生产将产生巨大的财产损失，对金融贸易中心等行业将造成无法估计的经济损失，对医院和煤矿等重要场所甚至会造成对生命的危害。本文提出了电力系统稳定性分析的各种方法，详尽分析了各种方法的原理、实用范围及各种方法的特点，并对其进行了对比。并且分析了国内一些电网电能质量的现状，对当前引起电力系统电能质量的主要原因作了深入的分析，指出电能质量问题对国民经济与人民生活的严重影响程度，分析电压偏差调整、频率偏差调整、谐波抑制、电压波动抑制等方法对电能质量的控制。
关键词：电力系统；静态稳定；暂态稳定；电能质量；谐波；偏差；无功补偿
1 绪论
电能是极为重要的能源，其质量的好坏越来越受到关注。电力系统正常运行时，所有并联运行的同步电机处于同步运行，即都有相同的电角速度。这种情况下，运行状态的参数具有接近不变的数值，通常称此情况为稳定运行状态。电力系统稳定性问题指当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或过渡到一个新的稳定性运行状态的问题。电网电能质量的恶化带来了很多问题，电网品质信息主要信息包括电压、电流频率、功率，而这些信息中谐波电压、谐波电流、电压波动负序量和闪变信息同时还有一些所谓的暂态电能质量依附其中，例如瞬时脉冲、电压凹陷、瞬时供电中断等影响电网质量。
2 电力系统稳定性分析方法研究
电力系统静态稳定是指系统受到小的干扰后，不发生自发振荡和非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。从理论上讲，电力系统的静态稳定性相当于一般动力学系统在李雅普洛夫意义下的渐进稳定性。对于大规模的电力系统，尤其在分析电力系统低频振荡问题时，发电机和励磁系统需要采用比较精确的数学模型，为此，提出了一类限于计算一部分对稳定性判别起关键影响的特征值，并充分利用矩阵的稀疏性或采用其它技巧的分析方法。
1）全特征值分析法：在形成雅可比矩阵A后，应用QR算法计算矩阵的全部特征值，从而判断给定的稳态运行情况的静态稳定性。这种方法需要存储矩阵的全部元素，占用内存量大，而且其计算量约与矩阵阶数的三次方成正比，计算速度缓慢。特别是在目前的计算机精度下，当矩阵高达数百阶时，将可能产生显著的计算误差，甚至不能得出计算结果。因此，这种方法一般适用于中等规模的电力系统。
2）部分特征值分析法：实际上，为了判断系统是否可能出现非周期的静态不稳定现象，将主要关心取值最大的一个或几个实数特征值;而对于自发振荡的不稳定现象，则关心的是实部最大的一对或较大的几对共轭复特征值。前者主要适用于分析系统的静态稳定极限，后者则主要针对电力系统低频振荡分析。这些最大的实特征值或实部最大的共轭复特征值称为主导特征值。于是，为了分析电力系统的静态稳定性，并无必要计算A阵的全部特征值，这便是发展各种部分特征值分析方法的主要出发点。
3 提高电能质量的技术治理与控制方法
3.1电压偏差的调整
1）中枢点电压管理
所谓中枢点是指电力系统可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线，很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差，也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。
2）发电机调压
发电机不仅是有功电源，也是无功电源，有些发电机还能通过进相运行吸收无功功率，所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在同步发电机都装有自动励磁调解设备，其主要功能是自动调整发电机的机端电压、分配无功功率以及提高发电机同步运行的稳定性。但如果通过多级变压供电，仅用发电机调压，往往不能满足负荷的电压要求。
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3.2频率偏差的调整
1）频率的一次调整
系统的单位调节功率即发电机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。因为后者不可调，要控制、调节系统的单位调节功率只有从控制、调节发电机的单位调节功率或调速器的调差系统入手。但实际上由于系统中不止一台发电机组，调差系统不能整定得过小。依靠调速器进行的一次调整只能限制周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频率偏移。当负荷变动周期更长、幅度更大时，需要借助二次调整。
2）频率的二次调整
频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发电机组的频率特性平行地上、下移动，从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。在一次调整的基础上进行二次调整就是在负荷变动引起的频率下降越出允许范围时，操作调频器，增加发电机组发出的功率，使频率特性向上移动。
3.3谐波的抑制
从谐波的来源看，抑制谐波主要从两个方面考虑，一产生谐波的非线性负荷；另一是受危害的电力设备和装置。
1）减少谐波源的谐波含量
增加可控硅变换装置脉冲数，对整流、换流设备增加可控硅变换装置脉冲数是降低谐波最基本的一种方法。适当改变供电系统的运行方式可达到抑制谐波影响的目的。尽可能地保持三相负荷电流的平衡，可减少三次以外的非理论谐波电流。减少发电机产生的谐波，要减少发电机电势中的谐波含量，在电机设计中就要采取多种措施。
2）安装交流滤波器
在谐波源处就近安装滤波器，是在谐波源设备己经确定的情况下防止谐波电流注入电网的有效措施。靠近谐波源吸收谐波电流，是安装滤波器的基本原则。
3）采用有源滤波器
有源滤波器它利用大功率电力电子器件构造的电力变流装置，向谐波源提供与谐波注入波形相同、相位相反的补偿电流，以抵消谐波源注入系统的谐波电流。有源滤波器的使用可彻底改变常规无源谐波抑制装置的工作局限性。
3.4抑制电压跌落
动态补偿技术是解决电压跌落问题的最终途径。根据所采用的补偿信号种类的不同及动态电能质量调节装置连接方式的不同，动态补偿技术可以分为串联电压补偿和并联电流补偿两种方式。
1）串联电压补偿是面向负荷的一种补偿方式，其目的是在供电电压跌落期间迅速向系统注入幅值、相角和频率都可控的三相电压与供电电压相串联，以此来抵消供电电压的跌落成分。
2）采用并联电流补偿有两种目的，一是为了消除大容量负荷启动时伴随的电流严重畸变现象对电网的影响，避免公共母线上发生电压跌落现象二是为了当电网电压发生跌落或波动时，维持负荷处的电压在正常工作水平，避免敏感负荷的正常工作状态受到干扰。
4总结
电力系统的稳定性分析在电力系统占有重要的地位，本文分析了电力系统稳定性的方法，根据电能质量的动态性、相关性、传播性、复杂性、整体性等一系列的特殊性，对它们进行比较、分析，明确优缺点并对如何有效的提高电能质量。
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论文作者:徐杰雄
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：谐波论文; 电能论文; 电压论文; 特征值论文; 电力系统论文; 负荷论文; 稳定性论文; 《电力设备》2017年第35期论文;