负荷动态特性对孤网电压稳定性的影响
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第23卷 第 4期
2007年8月
天 津 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY O F TECHNOLOGY
Vol. 23 No. 4
Aug. 2007
文章编号 : 16732095X (2007)0420054205
负荷动态特性对孤网电压稳定性的影响
李 超1, 2 ,房大中1,周雪松2
(1. 天津大学 电气与自动化工程学院 ,天津 300072; 2. 天津理工大学 自动化学院 ,天津 300191)
摘 要 :本文针对石化电网 6. 14重大停电事故 ,分析了自备电厂与外部电网解列后 ,各母线电压的变化 ,以及在紧
急控制中 ,由于要保证有功功率平衡而采用的切负荷措施对于各条母线电压的影响 ,还分析了负荷自投装置对于电
网电压的影响 ,并提出了负荷自投的方案.
关键词 :电压稳定 ;孤网 ;负荷动态特性
中图分类号 : TM731 文献标识码 : A
The influence of Load dynam ic characteristic to
voltage stability of isolated network
L I Chao1, 2 , FANG Da2zhong1, ZHOU Xue2song2
(1. School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China;
2. School of Electrical Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300191, China)
Abstract: This paper analyze the voltage fluctuation of buses after the separation of the autonomous power plant from external
electrical network, and the impact to the bus’s voltage caused by the load2shedding operationswhich ensure the power balance
in the urgent control process, and the influence to the network voltage applied by the load automatic operation device, then
present the scheme of autoreclosing.
Key words: voltage stability; isolated network; load dynamic characteristic
近些年来 ,在发达国家中发生了多起电压崩溃
引起的大面积停电事故 [ 122 ] ,造成了巨大的损失;我
国虽然没有发生过类似的恶性电压崩溃事故 ,但电
压失稳导致的局部停电事故却时有发生 [ 325 ] ;因此世
界各国开始广泛关注电压稳定问题.石化是国民经
济发展的支柱行业之一 ,为了保证生产的连续性和
供电的可靠性所以设置了自备电厂 ,但也出现了一
些问题 ,如当外部系统故障时 ,企业内部形成孤网运
行,无功功率将产生比较大的波动 ,可能使系统电压
瓦解 ,造成企业的大面积停电 ,给公司造成了重大的
经济损失.国际大电网会议 (C IGRE)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 ,并
指出负荷动态特性 、发电机组动态特性以及有载调
压变压器 (OLTC)动态特性对系统电压稳定有着重
要影响 ,因此分析电压稳定问题必须考虑系统中主
要动态元件的特性 ,其中负荷的动态特性是影响系
统稳定性最复杂 ,最活跃的因素 ,它反映了在电压和
频率急剧变化时 ,负荷功率随时间的变化 ,在电力系
统负荷 (尤其是工业负荷 )中,异步电动机占有较大
比重 ,更是最主要的动态负荷 ,对电力系统运行分析
和控制具有相当大的影响.
本文针对天津石化电厂 2000年6月14日与外
部电网解列后 ,形成孤网运行 ,系统瓦解这一重大事
故,分析了事故整个过程中母线电压变化可能导致
的系统失稳的情况 ,并提出了切负荷和负荷自投装
置的改进方法.
收稿日期 : 2006209208.
基金项目 :中国石化科技攻关基金资助项目 (J304009).
第一作者 :李 超 (1978— ),男,硕士研究生.
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1 电压稳定性的概念
IEEE电压稳定工作小组在 1990年的报告中认
为,如果系统能维持电压以确保负荷导纳增大时 ,
负荷消耗的功率也增加 ,并且功率和电压都是可控
的,就称为系统电压稳定 ;反之就称为系统电压不
稳定.
CIGRE TF38. 02. 10工作组在 1993年提出了与
一般动态系统稳定性定义相类似的电压稳定定义和
分类 ,指出电力系统是一个动态系统 ,电压稳定是电
力系统稳定的一个子集.小扰动电压稳定指 ,处于给
定运行点的电力系统在经受任意小的扰动后 ,负荷
附近的电压保持不变或几乎不变 ;它对应的线性化
动态模型的特征值都具有负实部.电压稳定指 ,处于
给定运行点的系统在经受某一给定扰动后 ,负荷附
近的电压趋近扰动后平衡点的值 ;它对应于扰动后
的系统状态在扰动后的稳定平衡点的吸引域中.电
压崩溃指 ,处于给定运行点的电力系统在经受给定
扰动后 ,负荷附近的电压低于可接受的极限 ;电压崩
溃可能是系统性的 ,也可能是局部的.电压不稳定指
不满足电压稳定的条件而导致的电压持续下降或上
升.该文献中还指出 ,电压崩溃和电压不稳定这两个
术语经常可以互相替换 ;电压稳定亦称负荷稳定 ;电
压不稳定和电压崩溃几乎总由大扰动引起 ,如负荷
的大幅度增加 ,尽管如此 ,运行点处的线性化分析对
评估稳定程度仍是有用的.目前 CIGRE的定义和分
类已被电力界广泛采纳.
我国在 2001年新版的电力系统安全稳定导则
中,参照 C IGRE的定义和分类 ,并结合新进的研究
成果 ,将电压稳定定义为电力系统受到小的或大的
扰动后 ,系统电压能够保持或恢复到允许的范围内 ,
不发生电压崩溃的能力.并指出 :电压失稳可表现为
静态小扰动失稳、暂态大扰动失稳、大扰动动态失
稳、长过程失稳.电压失稳可以发生在正常工况 ,即
电压基本正常的情况下 ;也可能发生在不正常工况 ,
即母线电压已明显降低的情况下 ;还可能发生在扰
动后 [ 6 ] .
2 负荷动态特性对电压稳定性的影响
在影响电压稳定性的诸多因素中 ,负荷特性是
最活跃、最直接的因素 ,它从很大程度上决定了电压
失稳和电压崩溃的进程 [ 728 ] .
目前电压稳定研究中受到重视的负荷动态特性
有以下 3个方面 [ 9 ] :
1)随着负荷母线电压下降 ,负荷从系统吸收的
无功功率反而增加的特性会恶化系统的区域无功平
衡状况 ,形成导致电压下降的正反馈机制.
2)动态负荷功率恢复特性 [ 10 ] ,即在电压下降以
后,各类负荷吸收的有功功率和无功功率会以或快
或慢的速度恢复到一定的水平.极端情况下 ,甚至完
全恢复到电压下降以前的水平.对于系统送端来说 ,
当系统无功不足时 ,负荷恢复特性会引起系统电压
下降 ,发电机无功功率越限 ,从而进一步加剧系统无
功不足的状况.而对于受端来说 ,当系统无功不足
时,负荷恢复特性会引起负荷电压下降 ,甚至引起负
荷失稳.
3)动态负荷为实现输入 /输出的有功功率平衡
自动调整导纳的内在特性.负荷稳定运行时 ,表现为
一个恒定的等值导纳.当运行状态发生变化后 ,表现
为一个动态导纳 [ 11 ] .
综合以上 3个方面 ,从定性的角度来看 ,负荷动
态特性中与电压稳定问题有关的本质特征是其为维
持有功功率平衡而自动调整导纳的特性.当负荷输
入的电磁功率少于输出的其他形式的功率时 ,负荷
会减少其等效电阻 ,使输入的电流增大 ,因而各种元
件的漏抗上的无功损耗增加 ,所以需要吸收更多的
无功功率 ,从而使系统电压进一步下降.
3 事故及采用措施仿真分析
针对石化电网 2000年6月14日与外部电网解
列形成孤网运行后 ,系统瓦解这一重大事故 ,从电压
稳定性角度分析 ,拟分为以下两个方面分析 :
1)由于故障 ,石化电网与大电网解列 ,由图 1可
以看到 ,原来大电网供电的电网负荷 ,需要由石化电
厂供电 ,从而造成有功功率和无功功率短缺 ,一方面
为了保证有功功率的平衡 ,另一方面电动机的低电
压保护可能动作 ,都将造成切除一部分负荷 ,对于电
压稳定性造成影响.
2)事故持续一段时间后 ,石化电网的频率持续
降低 , 113、114两条联络线会因低频断开 ,从而切除
电网负荷 ,电压会马上回升 ,这时一些负荷的自投装
置启动 ,异步电动机负荷的群起群投会对电压稳定
造成影响.
3.1 负荷模型
本文采用了 PSASP (Power System Analysis Soft2
ware Package)软件对石化等值网络进行了仿真计
算.国内外 ,大型企业中 ,感应电动机负荷可以达到
80%～90%,所以电厂内部负荷应采用感应电动机
・55・
2007年8月 李 超 ,等:负荷动态特性对孤网电压稳定性的影响
摘要：
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