1、浅谈电力系统的无功功率和电压控制【摘要】由电力系统的供电的典型负荷节点由许多装置所组成。这种组成随日期、随季节和气候的变化而不同。通常负荷节点的负荷特性是吸收无功功率的，复合负荷的有功功率和无功功率都是电压幅值的函数。具有低的滞后功率因数的负荷使传输网络有大的电压降落，因而供电也不经济，对于工业用户，无功功率通常和有功功率一样要计费，这就鼓励企业通过使用并联电容器来提高负荷功率因数。 【关键词】电力系统；无功率；电压控制 引言：我国的电力生产主要依靠以煤为代表的化石类不可再生资源，电能的节约就意味着资源的节约和碳排放的降低。因此电力系统要从各个环节着手，减少无功功率损失，提高经济性，其中，电压
2、控制和无功补偿是重要手段 。为了调节无功功率，同时提高电压稳定性，电力系统在发电厂、变电站、用户侧均布置了无功补偿设备。 1.电压稳定的基本概念 电压稳定取决于电力系统维持负荷需求和负荷供给之间的平衡。可能产生的电压不稳定以某些母线电压不断下降或不断上升的形式发生。电压不稳定可能结果是一部分区域失去负荷，或传输线跳开，以及由于保护系统作用导致其他元件级联停运，某些发电机失去同步，可能造成其停运或造成磁场电流限制器越限。 2.无功功率的传输 电力系统的有功功率都是由发电机发出的，经过升压、传输、降压输送给用户使用；而系统的无功功率既可以由发电机发出，也可以通过补偿设备发出。系统中的感性元件，如异
3、步电动机、输电线路、变压器等都需要消耗无功功率，此网络中必然存在无功功率的输出。 上图展示了一个简单系统中功率的传输，中间的电力网络既可以理解为线路，又可以理解为变压器。由于线路（变压器）阻抗的存在，且线路（变压器）两侧系统都难以独自达到功率的平衡，因此在线路传输有功功率的同时，必然存在无功功率的传输与消耗。与系统功率传输不同，系统向负荷供电，有功功率传输方向一定是从电源传递到负荷，而有功功率与无功功率的关系被称为负荷的电压特性。分析表达式可知，系统有功功率与无功功率的传输存在对应关系，而二者之间的关系即为电压平衡的条件。 3.电压稳定性能的技术 3.1 无功不足的电压失稳分析 通常认为，有功
4、与频率有关，而无功与电压有关。这种说法虽不严谨，但也有其一定道理。从无功和电压的关系分析电压稳定性，可以如下表述：当节点的电压幅值随这个节点的无功支持的增加而增加时，则认为系统是电压稳定的；而当其中至少有一个节点的电压幅值，随这个节点的无功支持的增加反而降低时，认为系统是电压不稳定的。当系统中无功功率短缺时，会造成电压水平的低下，当系统发生某些微小扰动时，有可能会使某些枢纽变电所母线电压不稳，其母线电压可能在顷刻之间就大幅度下降，不仅会造成电压不稳现象，更严重的还可能发展为电压崩溃事故。 3.2 负荷突增时的电压失稳的分析 互联电力系统的电压失稳，常常发生在系统负荷很重的情况下。当负荷接近极限
5、时，如果再增加少量负荷，系统电压可能就会突然急剧下降，严重时甚至不能控制，导致电压失稳现象的发生。负荷特性很大程度上决定了电压失稳/电压崩溃的历程。 如果一个电力系统处于重载情况，假定负荷已接近于临界状态，无功电源已达极限，无法再提供多余的无功支持时，系统发生很小的电压降低，或负荷稍微增加一点，都会打破系统的平衡，导致系统的局部电压失去稳定，最终结果可能就是整个系统的电压崩溃。 4.电压稳定的控制措施 电压稳定控制，是电力系统稳定控制的重要组成部分。由于在很多实际的电压失稳事例中，完全没有功角不稳定即将来临的迹象，因此，针对电压失稳情况的电压控制，由此进行探讨是非常有必要的。电压控制，是在电压
6、发生故障或者负荷连续快速增长的情况下，电力系统进入危险状态、处于电压失稳或者电压崩溃的过程中，通过采取适当的措施，使电力系统恢复到正常状态，或者暂时进入恢复状态的控制。 4.1 保证电压稳定的两种控制措施 通常保证电压稳定性，一般可以采取两种控制措施：预防控制和紧急控制。根据约束条件是否满足，电力系统运行可分为正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态（电压崩溃）和恢复状态。 预防控制。在系统进入电压警戒状态时进行，主要通过在系统运行于稳定边界时，设定无功校正装置的动作整定值，以及校正现场控制器的可控变量，将系统运行点拉回到稳定区域。 紧急控制。是在紧急状况下，系统已经处于电压失稳的过程中，采
7、取的用以防止电压崩溃的措施。基于对电力系统中电压失稳的危害分析，电压崩溃所造成的后果最为严重，所以，对其的防治措施的探讨也最有意义。电压紧急控制，是保证电压稳定防止电压崩溃的主要手段。 4.2 分布式的控制方法 分布式的控制方法，即将全系统的优化控制，分解为不同的控制子区域的控制问题，可以应用“分解-协调”的方法，推广控制理论中的最优控制、稳定性分析、模型化技术进行控制的分析和设计，也更加符合电压无功问题的本质特点。根据系统的状态，在紧急情况时，将电力系统分为若干个控制区域。在每一个控制区域设有电压紧急控制器，独立监测本区域的运行状态，对本区域的突发事件做出紧急处理，快速计算出本区域的电压危险
8、节点，并将其作为控制目标，从而保证本区域的电压水平。协调级分布式电压紧急控制的核心环节，以本地区电压安全稳定为目标，在电压控制的不同阶段，针对性地协调控制分散在各处的现场级电压无功控制器，高效合理地控制无功功率的流动；并接收上一级的指令，在必要时和其他的控制区域进行协作。组织级作为电压紧急控制的最高级，其作用是进行全电网的安全稳定分析，以及全局经济优化控制等功能。在电压紧急情况时，在必要的情况下，协调不同的控制区域，以保证系统的稳定运行。 4.3 电压紧急控制策略 分布式无功紧急电压控制的基本目标，是通过及时地利用区域内所用可能的无功出力维持电压稳定性。控制中心在电压失稳发生时，实时确定电压控
9、制分区，并将普通的二级电压控制策略，切换到紧急控制策略。紧急控制通过快速的协调逐步强制设定发电机以及 STATCOM（高压动态无功补偿装置）的出力来完成。参与控制的手段除了快速的 FACTS（柔性交流输电系统）元件和发电机外，还包括响应速度稍慢的无功源（主要为并联电容器） 。如果经过上节的控制，危险节点 Vc 依然越限，则控制慢速设备，如果 Vc 已回到正常范围内，按照无功等效的原则，投入慢速响应设备，逐步释放快速响应设备的无功出力，以保证足够的紧急无功储备。 5.结语 电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中，电压不稳定、电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。 参考文献 1李永明，电力系统中电压稳定及控制技术的探讨，装备制造技术，2010（03）. .2蒋建民著电力网电压无功功率自动控制系统 【M】中国新技术新产品
