动态电压稳定性分析（共8篇）
动态电压稳定性分析 篇1
目录 电压稳定基本概念 2 电压稳定分析方法的分类 3 潮流雅可比矩阵奇异法 4 电压稳定研究方向展望 5 改善电压稳定的技术 6 结论 7 参考文献
电压稳定性是指系统维持电压的能力.当负荷导纳增大时,负荷功率亦随之增大,并且功率和电压都是可控的.电压崩溃是指由于电压不稳定导致系统内大面积、大幅度的电压下降的过程。压稳定性分析则是对这一过程进行理论分析，使得这个过程变得可以认为控制。
随着负荷需求的不断增长和电源点越来越远离负荷中心，我国电力系统正在向远距离、大容量、超高压输电方式发展。同时由于电力市场的引入带来的经济性及可能出现的环境保护等方面的压力，迫使电力系统运行状态正逐渐趋近于极限状态，电网的稳定性问题将变得日益突出。
电力系统的稳定性问题是多种多样的，其中机电方面的稳定问题可以简化为：(1)单机——无穷大系统(纯功角稳定问题)：
(2)单机通过阻抗接在“静态”负荷上(纯电压稳定问题)。
在实际电力系统中，上述两个问题可能同时存在或相继发生。功角稳定问题现在从理论和数学分析上都已完全解决了。相反，电压稳定问题的发生机理现在仍不完全清楚，更不用说可以被广泛接受的分析工具了。近年来，由于电压崩溃恶性事故的相继发生，如1983年12月27日瑞典电网、1987年法国西部电网、1987年7月23日日本东京电网等，运行和研究单位都逐渐关注电压大幅下降前，母线角度及电网频率都相对稳定，显然经典的功角稳定性已不适于上述事故的分析。在这些电网事故发生前，由于母线电压角度、电网频率甚至电压幅值都相对稳定，常规的报警装置没有发挥作用，其中1987年的日本东京电网事故过程长达20分钟，可是运行人员并没有采取手动切换负荷等安全措施来阻止电压崩溃事故的发生，这也说明了进行电压稳定性研究的重要性。
具体到安徽电网的实际分析，我们认为导致电压稳定破坏事故可能有以下两个问题：1.在淮北电厂及淮北二电厂小开机方式下，淮北通过系统联络线受进较大潮流，若发生淮北母线故障等大扰动，使淮北电网同时失去大量发电出力及与系统的联络线；2.江北小开机大负荷方式下，若发生洛河电厂Ⅰ母线故障，使江北电网同时失去洛河电厂＃5联变及洛河电厂＃1机。我们使用了BPA程序对以上问题进行了经典的功角稳定仿真计算，发现功角的震荡和电压的剧烈下降是同时发生的，到底是电压崩溃造成的功角失步还是失步造成的电压崩溃呢，若是电压崩溃事故，那么现有的预防稳定破坏事故措施都是针对于功角稳定破坏事故的，并不适应于电压稳定破坏事故。显然我们迫切需要了解电压稳定问题的机理，掌握电压稳定分析的工具，同时采取相应的预防措施。为此，我们对众多关于电压稳定问题的研究成果进行了调研，通过分析和总结，希望能够对电压稳定问题有一个比较清晰的概念，得到适合实际应用的工具。 电压稳定基本概念
电压稳定性这一概念对于电力系统运行人员并不陌生。在低压配电系统中，电压稳定破坏这一现象早已被发现。但直到近些年，这一现象才在高压输电系统中发现，并越来越被重视起来。
现在，一般认为电压稳定破坏事故是这样发生的：当出现扰动、负荷增大使电压下降至运行人员及自动装置无法控制时，系统就会进入电压不稳定的状态，电压的下降时间可能只需要几秒钟，也可能长达几十分钟。在电压下降过程中，以下几个方面有着重要影响：
(1)有载调压变压器的动作将使低压配电网的电压上升，高压输电网的电压下降，民用有功、无功负荷将逐渐回升，导致一次侧的高压输电网电压进一步下降，一次系统中的线路充电功率和电容器的无功补偿均将减少，同时一次网络中的无功损耗将增加，因此，一次侧电压进一步下降。如此循环下去，有载调压变压器将处于或接近极限运行位置。
(2)工业负荷主要是感应电动机负荷对于电压变化非常敏感，在电压起初的下降过程中，它随着电压的下降而下降，但当电压进一步下降时，由于转差的增大而使电流增大，因而电动机漏抗中消耗的无功功率急剧增大，当电动机因不稳定而停止转动时，将吸收大量无功功率。这时由于级联效应，会有更多的电动机停转，最终将出现大范围的电压崩溃事故。
(3)发电机励磁调节器在电压下降过程中，将增加无功出力，帮助维持电压。然而当无功负荷超过发电机的容量时，电厂的运行人员、发电机的过励保护、过流保护等自动装置将降低励磁，减少无功出力，使无功缺额增大，迫使远方发电机承担起维持电压的任务，致使一次网络中的无功损耗增加，电压进一步下降。
(4)电压问题如同线路过负荷一样容易造成级联停运。当重载线路的受端电压下降时，施加在送瑞系统上的无功功率可能是受端所收到的无功功率的许多倍。
如果电压不停地衰减下去，电压崩溃事故就会发生。因为这一过程持续时间在几秒到几十分钟的范围内，所以有些文献根据这一过程的持续时间将电压稳定问题划分为暂态电压稳定(时间从零秒到大约10秒钟)、经典电压稳定(时间从1分钟到5分钟)、长期电压不稳定(包含20到30分钟的电压恶化)。
2电压稳定问题的研究历程
电压稳定的研究最早可追溯到40年代，但直到1978年法国大电网的灾难性电压崩溃事故前，这一课题并没有得到电力系统的广泛注意。从70年代末期以来，人们对电压稳定进行了大量研究。过去十年中，有两次大规模的调查活动进一步强调了电压稳定问题的重要意义。一项是IEEE电压稳定专题工作组于1988年进行的，目的是确定在工业中，这一问题存在的范围。另一项由EDF主持的研究，发现全球有20次重大故障可以归咎于电压稳定问题。
过去很长一段时间内，在电压稳定问题的研究上一直存在着争论，这就是：电压稳定问题究竟是静态的还是动态的，相应的分析方法也就分为基于潮流方程性质的静态方法和基于微分方程性质的动态方法。近年来，随着研究工作的进一步深入，用静态方法研究电压稳定遇到了越来越多的困难，计算结果与实际事故相比较，也难以令人信服。现在，人们普遍认为电压稳定问题是一个动态问题，应该用基于微分方程的动态分析方法加以解决。鉴于这种情况，国际大电网会议(CIGRE)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，在此基础上将其分为小干扰电压稳定性、暂态电压稳定性和长期电压稳定性。 3 电压稳定分析方法的分类
结合国外电网的经验和我省电网的实际，我们认为对电压稳定问题的分析要解决以下三个问题：
a.当前系统离电压崩溃点的距离即电压稳定裕度是多少?
b.电压崩溃发生时，影响电压稳定的关键因素是什么，电压薄弱点在哪儿，哪些区域是电压不稳定的? c.在大扰动发生后，当前稳定的系统是否有可能发生电压崩溃事故?
确定一个电压稳定程序是否符合要求，要根据以上要求进行判断。虽然电压稳定静态分析方法从原理上讲并不严格，所得结果也令人难以信服，但有着计算简单，不需要较难获得的元件动态模型等优点。目前的实用化电压稳定分析程序基本采用了静态分析方法，其中P-V曲线法、灵敏度分析法、潮流多解法、雅可比矩阵奇异法使用较广泛，下面我们将详细介绍这四种方法。
(1)P-V曲线法
这是一种基于物理概念的计算分析。给定系统基态潮流计算结果，逐步增加系统负荷，求出系统各运行点，利用负荷特性，从而得到反映负荷实际吸收功率与节点电压关系的一系列(P，V)点，将这些相连便可得到P-V曲线。与功角曲线相似，这条曲线的拐点处被认为是电压稳定的分界点，拐点右侧高电压区，被认为是电压稳定点，拐点左侧低电压区被认为是电压不稳定点。当前系统运行点距离拐点的距离远近反映了系统的电压稳定裕度。然而，在考虑了系统元件的特性后，这一判据的正确与否值得进一步研究，例如电网技术1998年第九期中刊出的《电力系统动态元件特性对于电压稳定性的影响》一文中指出，负荷电压静特性、发电机励磁系统稳态增益对于电压稳定极限点的影响巨大。在某些情况下，系统有可能在P-V曲线的右侧高电压区就已失稳，也有可能直到P-V曲线的左侧低电压区仍能保持电压稳定。利用P-V曲线拐点判断电压稳定性造成的误差究竟是偏保守还是偏冒进难以估算。
(2)灵敏度分析法
给定基态潮流计算结果，通过增加有功、无功负荷来获得电压幅值和电压角度的变化量。所有受控变量的敏感度由电压幅值和电压角度的敏感度得到，受控变量包括受限的无功源、受限的联络线传输功率、变压器分接头的变化等。通过对受控变量的敏感度指标进行排序，得出与电压下降密切相关的无功源、联络线等强相关变量集，同时得出电压下降最大的节点集称为弱节点集。
灵敏度分析方法可以应用于电压稳定的在线监控，其中强相关变量集说明了当前系统中影响电压稳定的关键因素，如哪些发电机的停运、联络线的检修对电压稳定至关重要。而弱节点集说明了哪些区域是电压不稳定，系统最可能首先在这些区域内失稳，要对这些弱节点进行监控，同时考虑增加对这些节点的无功补偿。
(3)潮流多解法
潮流解的非唯一性的提法首先在1975年由KLOS和KERNER发表的专著《thenon-uniquenessofloadflowsolution》中提出，文中提出潮流的解往往是成对出现的，解的个数随着负荷水平的加重而减少，当系统接近极限运行状态时，将只存在两个解。在所有这些解中，只有一个解是和电力系统的实际运行状态相对应的，称为“可运行”的解。其余的解对应于电力系统的不稳定运行点，在电压稳定分析中，这些不稳定的解叫做“低电压解”。但是也有文献指出，在重负荷情况下，潮流方程的解由高电压解转移到低电压解这一跳跃现象，并未在动态仿真中出现过，更不曾在实际运行状态中观察到，潮流多解仅仅是潮流方程非线性的数学结果，各解稳定与否不取决于解的本身，而取决于电力系统各元件的动态特性，例如如果考虑负荷等元件的动态特性而认为是恒阻抗负荷时，高、低电压解将都是稳定的解。
目前潮流多解研究的主要意义在于为计算系统的极限运行状态提供一种简单方法，多解的个数及多解之间的距离是反映系统接近极限运行状态的指标。
电压稳定性分析电压稳定研究方向展望
综合各有关电压稳定问题的研究成果，结合实际电网运行的需要，以下几方面还需进一步研究，这些方面的研究可以使我们更好地理解电压失稳现象，并有可能象功角暂态稳定理论一样提供电压失稳的判据，最终得到电压动态稳定分析的实用化程序。(1)元件动态模型的建立
尽管有关电压稳定问题的文献很多，但是电压失稳特别是在动态、非线性方面的机理还不十分清楚。非线性动态理论为解决这方面的问题提供了适合的数学工具，元件动态特性的建模越来越受到重视。元件的动态特性包括发电机、负荷、OLTC有载调压器等等，其中负荷模型的完善最为重要。对于发电机来说，已有研究成果严格证明了系统是否发生非周期电压失稳与发电机调节系统的结构和时间常数无关，只取决与它的稳态增益《电力系统动态元件特性对于电压稳定性的影响》一文更进一步证明了对于发电机来说，系统电压稳定极限与原动机及其调速系统的稳态增益无关，只与励磁系统的稳态增益有关。(2)在线电压稳定监控
电压稳定监控程序应帮助调度员根据当前或未来一段时间内可能出现的运行状态，迅速、准确地做出判断，诸如当前系统是否可能发生电压崩溃等等，从而正确采取预防措施，因此非常需要在线电压稳定监控指标及其相应的程序。目前，国内电力系统在这一方面也开展了相当多的研究，例如天津大学利用局部L指标，对电力系统在线电压稳定局部监控做了相关研究，提出了只对弱节点集即系统内负荷关键点实施监控的方案。(3)数字仿真技术
属于时域仿真分析法，能够很好地反映电压崩溃的全过程，但是无法提供敏感度和稳定域度的信息。同时模拟过程需要占用大量的CPU时间，对硬件要求很高，对结果的分析需要消耗大量的人工。为了能准确、快速的得出结果，可能需要发展一种应用专家系统或神经网络等技术的专门的分析方法。改善电压稳定的技术
前面已经通过分析得出了在电压崩溃过程中的一些关键因素，从而可以定性地给出一些防止电压崩溃的技术手段。(1)使用串联和并联电容器
对于110-35kV的架空线路，如线路长度很长、负荷变化范围很大，可在线路上串联电容器。使用串联电容器可以有效地减小线路电抗，从而降低无功网损。线路可以从送端向无功短缺的受端送更多的无功，从而减小线路级联效应对电压稳定的负作用。虽然过多使用并联电容器可能是导致电压不稳定的部分原因，但适当使用并联电容器可在发电机中留出“旋转无功储备”，这部分旋转无功储备对保持电压稳定起着积极的作用。(2)使用SVC静止无功补偿器
SVC的使用可以有效的控制电压和防止电压崩溃。(3)使用低电压切负荷装置
过重的负荷是导致电压崩溃的直接原因，根据一次侧电压的下降切除受端系统的部分负荷，对于防止电压崩溃非常有效。(4)发电机的控制
根据灵敏度分析，可以指出系统中哪些发电机的停运使电压下降最明显，只要有可能，就应该投入这些发电机，以提供电压支持。发电机励磁系统受限是导致电压崩溃的重要原因，因此要进一步定义无功过负荷的能力，训练运行人员使用它，并重新整定保护装置以便不再阻碍无功过负荷的使用。在无功短缺地区，应当选用额定功率因数为0.85或0.8的低功率因数发电机。(5)有载调压变压器OLTC的控制
根据电压稳定在线监控，如果当前系统的电压稳定域度较小，那么为防止电压崩溃现象的发生，调度员在电压持续降低时，应当停止上调有载调压变压器低压侧的分接头，而采用手动切负荷的方法来恢复电压。结论
(1)现有的电压稳定分析程序大多基于静态电压稳定分析，可以解决前面提出的第一、第二两个问题，即给出当前系统运行状态的电压稳定裕度，指出系统中影响电压崩溃的关键因素和可能首先发生电压崩溃的区域等。需要指出的是，现在普遍认为，用静态分析方法得出的结果，难以令人信服，需要接受动态机理的检验。要解决前面提出的第三个问题即大扰动下系统是否发生电压崩溃，需要采取动态的电压稳定分析方法，现在这方面还处于研究过程，缺乏实用化程序。
(2)要进行动态的电压稳定分析方法，首先要建立系统的动态元件模型。因此下一阶段的工作重点在于建模，具体包括发电机励磁系统的稳态增益、OLTC的动作、负荷模型等，其中负荷动态模型的建立是关键。同时要进一步研究发电机无功过负荷能力，以便尽可能的利用发电机和励磁机的过负荷能力来推迟电压崩溃。
(3)在现阶段缺乏可靠的元件动态模型及电压稳定分析程序的时候，我们对于可能发生电压崩溃的地区如淮北乃至整个江北220kV电网，装设了18套低电压切负荷自动装置，其中安庆变装设在110kV母线上。在洛河电厂装设的220kVⅠ母线跳闸远切负荷装置对于防止江北大受电方式下，可能导致的电压崩溃事故有着重要作用。同时我们还在进一步研究淮北电网的稳定问题，包括功角稳定和可能出现的电压稳定问题。参考文献
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动态电压稳定性分析 篇2
许多国家和地区因为电力系统的稳定性发生破坏而承受了巨大经济损失并因此付出了惨痛的代价[1,2,3]。随着电网的发展和变革,电力系统的安全可靠稳定经济运行一直以来都占有举足轻重的地位。如今,我国电网已经进入了全国电网互联、西电东送的关键阶段[4]。因为环境约束和成本限制而产生的技术性损失或影响,电网结构在带来巨大经济利益的同时也会对我国电力系统的安全性和可靠性带来巨大挑战[5],为了避免大电网停电事故带来的灾难性后果和社会影响,研究电力系统的电压稳定性有着十分重要的意义。
电压稳定指当系统向负荷提供的功率随着电流的增加而增加时,系统处于电压稳定状态,反之系统处于电压不稳定状态;电压崩溃指当系统处于电压不稳定状态,负荷扔持续地试图通过加大电流以获得更大的功率(有功或无功),则会发生电压崩溃[6]。造成不稳定的主要因素是系统不能满足无功功率的需要,而有功功率和无功功率流过输电网络的感性电抗时所产生的电压降[7]过大是失稳问题的核心。电压崩溃事故发生后,由于它具有突发性和隐蔽性,运行人员在事故形成期间很难察觉,不能及时采取紧急控制措施,系统往往要数小时甚至更长的时间才能恢复正常供电,这不仅造成巨大的经济损失,还会导致社会生活秩序的严重混乱[8]。
因此,本文针对基于动态响应的电压稳定进行了研究。在总结传统电压稳定分析方法的基础上,开展了基于动态响应的电压稳定分析,结合动态响应数据特点,确定了基于戴维南等值跟踪的电压失稳模式判别方法。通过算例仿真分析,验证了电压失稳判据的有效性与准确性。
1 基于动态响应的电压稳定分析
电压稳定分析方法分为基于潮流方程的静态分析方法和基于微分方程的动态分析方法[9]。
由于电力系统是一个处于不断的扰动之中的复杂动态系统,而电压的稳定性研究一直以来都是以离线分析为主,即对系统典型运行方式,在离线数据基础上进行预想事故的稳定性评估。然而随着电力市场和互联电网的不断发展,电力系统的运行越来越接近稳定极限,模型参数不精确导致的仿真曲线与实测轨迹间的误差越来越突出[10]。为避免计算结果过于保守影响实际运行电网的经济效益,由实测动态响应中提取稳定性信息和动态特性信息,将电压稳定评估在线化,对实际系统的电压稳定水平做出实时准确的判断,并提供有效的预防控制对策,具有重要的现实意义和必要性。
电力系统的动态响应包括系统受扰后各状态变量的运行轨迹,可以描述系统在特定的运行方式下遭受特定扰动时所表现出的暂态和动态特性[11]。由动态响应中提取信息不受系统模型参数误差影响,从而能够反映系统真实特性,并且为模型校验提供依据,提高稳定分析和控制的精度。
因此,本文选取了基于戴维南等值跟踪的失稳模式判别方法。该方法可以将响应数据与模型的建立有效地结合,当每一时刻的注入电流由量测数据给出,即可实现电压稳定的实时在线分析。当负荷母线电压大幅度跌落时,该方法可有效区分系统的主导失稳模式,较好地找出临界失稳点。
2 戴维南等值参数计算方法
实际电力系统中,在任意时间断面k时刻,从某一负荷母线向系统看进去,可把系统看作一个电压源经过一个阻抗向所研究的负荷母线供电的两节点系统(即戴维南等值),如图1所示。
图1中,Ek和Zk分别为k时刻戴维南等值系统的电势和阻抗,此时可得负荷母线电压为,电流为,负荷视在功率为。
在暂态过程中,随着系统运行状态的变化,如果能够计算得到任意一个时刻k负荷母线处的系统戴维南等值电势和阻抗Zk,就可以得到一系列随时间变化的戴维南等值系统,从而计算出戴维南等值参数。
在电力系统的时域仿真中,在任意时刻t,必须求解如下网络方程,以获得节点电压向量:
式中:Y为系统导纳矩阵;为t时刻系统各个节点的注入电流向量;为t时刻系统各个节点的电压向量。
等值节点i处的综合阻抗矩阵为:
采用补偿法计算开路电压,即节点i开路时,相当于流经节点i处的负荷电流为0,可以在节点i处补偿一个注入的电流量来求取系统节点电压的变化量。
式中:为t时刻暂态稳定计算得到的节点的i处的电压;为节点i处的负荷电流,
由式(3)求出的开路电压即为节点i处的系统戴维南等值电势。
式中:为节点i处负荷的阻抗。
同样根据补偿法原理来求取短路电流。
节点i处短路时,相当于在原有网络的基础上,在节点i处叠加一个注入电流量,根据叠加原理,此时节点i处的电压为:
式中:为短路后节点i处的电压。而节点i处短路时,,可求得:
根据叠加原理,可以求得节点i处的短路电流为:
这样,基于计算得到开路电压和短路电流,通过求解两者的比值,即可得到t时刻节点i处的系统戴维南等值阻抗Zt,tTev为:
同理,在故障发生后的任意时刻,针对不同的负荷节点,重复上述步骤,可以计算得到任意一个负荷母线处随时间变化的系统戴维南等值电势EThev和戴维南等值阻抗ZThev。
3 基于戴维南等值跟踪的失稳模式判别方法
由电压稳定的定义可知,电压稳定与否是由负荷的功率需求及系统提供功率的能力决定的,其中负荷的动态特性(决定了负荷需求,可以由负荷阻抗的变化规律来体现)起着关键作用。用简单系统可以简单地对此进行说明。
设、ZS分别为系统侧的戴维南等值电势和阻抗,RS、XS为系统的等值电阻和电抗,为负荷节点电压(设UL、θ分别为负荷电压幅值和相角),ZL、PL、QL分别为电流、负荷阻抗、负荷有功和无功功率。RL和XL分别为负荷的等值电阻和阻抗。
系统中负荷的视在功率为:
因此,负荷消耗的有功功率和无功功率为:
联立式(10)和(11),消去θ可得:
当满足:
电压有唯一解:
此时负荷阻抗ZL满足:
因此:
即有:
从式(9)～式(17)推导过程可以看出,当满足|ZL|=|ZS|,系统存在电压唯一解。暂态过程中,当负荷阻抗模值由大变小,最终等于并小于戴维南等值阻抗时,该负荷母线电压处于不稳定状态,即|ZL|=|ZS|为电压失稳的充分条件,但不是必要条件。
对于简单电力系统而言,失稳过程中,若负荷点的负载阻抗模值小于戴维南等值阻抗模值,则系统发生电压失稳。
对于复杂电力系统而言,当负荷节点电压崩溃时,节点电压大幅下降,其戴维南等值电势变化不大,且负荷点的负荷阻抗模值小于戴维南等值阻抗模值,利用前述方法可判定为电压失稳。当局部受端系统电压崩溃时,多个负荷节点电压都大幅度下降,受附近节点电压下降的影响,某些负荷节点的戴维南电势也会下降,这时就难以通过一个节点的戴维南参数的变化来判别失稳模式。但由前述分析,在电压崩溃的系统中,仍可找到负荷阻抗小于戴维南等值阻抗的点,从而也能判断电压失稳。遇到更加复杂的失稳问题时,则需要更进一步的研究。
4 算例仿真分析
IEEE3机9节点系统如图2所示,母线STNB-230处负荷模型为1 00%感应电动机,其余负荷模型为100%恒阻抗。系统1 s时母线支路1发生三相短路故障,1.1 s后切除故障线路。
计算结果如图3～图9所示,图3为STNA-230母线电压曲线,图4为STNB-230母线电压曲线,图5为STNC-230母线电压曲线,图6为支路5有功功率曲线,图7为支路5无功功率曲线,图8为支路6有功功率曲线,图9为支路6无功功率曲线,图3～图9中曲线1(绿色)为PSASP得到的仿真曲线,曲线2(蓝色)为戴维南等值系统算得的曲线。
由图3～图9可以看出,由于模型建立过程中某些参数的影响以及等效算法的误差曲线1与曲线2未能完全重合,但仍有较高的相似度和重叠性,从而验证了基于时域仿真的戴维南等值参数计算方法有较高的精度和准确性。
由于切断了支路1,故障后STNA-230母线电压迅速掉为0;STNB-230母线电压产生了较高的电压降,母线电压迅速跌落并发生了振荡;STNC-230母线电压也产生了电压降,但降落的幅度没有STNB-230母线电压降落幅度大。为了判别STNB-230母线与STNC-230母线电压是否失稳,求取2个母线处负荷阻抗与系统戴维南等值阻抗变化的曲线如图10及图1 1所示。
图10和图11中,曲线1(蓝色)为负荷阻抗变化曲线,曲线2(绿色)为系统戴维南等值阻抗变化曲线。将图4与图10进行比较可知,在负荷阻抗由大变小的过程中,STNB-230的母线电压也在下降,当负荷阻抗的模值等于戴维南等值阻抗模值后,STNB-230由电压稳定区域进入电压不稳定区域,开始震荡,且电压过低。因此,利用电压稳定判据来进行判断,即若负荷点的负载阻抗模值小于戴维南等值阻抗模值则发生电压失稳,可认为STNB-230的母线电压在1.25 s发生了崩溃。
同理,将图5与图11也进行比较可知,在负荷阻抗由大变小的过程中,STNC-230的母线电压也产生了电压降,但电压降落幅值并不大,且2条曲线并无交点,即负荷阻抗的模值一直大于戴维南等值阻抗模值,因此根据电压稳定判据来进行判断可认为STNC-230的母线电压没有发生失稳。而图5中电压振荡的原因可认为是由于系统发电机励磁的影响,在5 s之内还未恢复稳定状态。
同时也可得出结论:感应电动机负荷模型比恒阻抗负荷模型更容易发生电压失稳。
通过仿真分析判断,可以得出该3机9节点系统电压不稳定。
5 结语
本文论述了基于动态响应的电压稳定分析方法,结合动态响应数据特点,确定了基于戴维南等值跟踪的电压失稳模式判别方法,接着详细推导了戴维南等值参数的计算方法,分析了基于戴维南等值跟踪的失稳模式判别方法,最后进行算例仿真分析,结果验证了电压失稳判据的有效性与准确性。
如何将响应数据与算例仿真进行更完美的结合依旧是电压稳定的判稳研究的重点和难点,相关方面的研究仍然将继续深入。
参考文献
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负荷特性对电压稳定性影响分析 篇3
关键词:负荷特性 电压稳定性 影响 分析
中图分类号:TM71文献标识码:A近年来,由于经济建设速度的加快,对于电力需求的不断发展,所以也迎来了高电压,大电网和大机组的时代,而在这样的高电压情况下,依然会出现电压不稳定的事故,而且越来越多,呈现上升趋势。引起电压不稳定的原因很多,最为主要的就是负荷特性问题,负荷特性是电压不稳定最为直接的因素,而且一定程度还会引起电压崩溃和电压失稳的情况发生,因此,分析负荷特性对电压稳定性的影响,来防止电压崩溃,就成为当前摆在电力系统面前的重要课题。
1 负荷特性和电压稳定的定义
1.1 负荷特性的定义
负荷特性的含义就是负荷率随着系统频率发生变化所产生的一定规律性,或是因为负荷端电压变化所发生的一定规律,这两种情况所引起的规律成为负荷特性。所以一般特性有分别,首先是频率特性,其次是电压特性,将这两者再往下区分,就可以分为动态特性和静态特性。
1.2 电压稳定的定义
电压稳定的含义主要遵循我国2001年出版的《电力系统安全稳定导则》中的定义:电力系统在受到大或小的扰动后,能够恢复或保持在系统容许电压范围内,而不发生电压崩溃的能力。
2 電压失稳机理
依据电压失稳的发生时间,可将电压稳定分成长期电压稳定和短期电压稳定两种。其中,长期电压稳定的典型时域范围为2～3分钟,造成电压崩溃情况主要是由恒温控制负荷、发电机最大励磁限制和带负荷自动调节分接头变压器等的动态特性共同作用的。短期电压稳定的时域在10秒分为内,造成电压崩溃情况主要是由直流输电转换器、电子控制负荷、感应电动机等具有快速调节特性的负荷成分共同作用的。
众所周知,备自投的逻辑与运行方式密切相关,因此有必要掌握变电站的运行方式,才能分析得到备自投的配置及其逻辑。
对于110kV侧,主要的运行方式为:
(1)进线1带1#、2#主变,进线2带3#主变,开关A、B、D闭合,开关C断开,低压侧b、e开关热备用
(2)由于进线1、2具有同等地位,进线1仅带主变1的情况方式1相似。故与方式1比较,仅改动为B断开,C闭合。
(3)2#主变热备用,即B、C、c、d断开,其他开关闭合。
可以看出方式(1)、方式(2)具有相似性质,为避免重复,实际上仅需分析方式(1)方式(3)情况下各备自投的逻辑。而BZT1/BZT2、BZT3/BZT4也具有对称的性质,故仅分析BZT1、BZT3的逻辑即可,其他可以类推。
备自投的逻辑与运行方式密切相关,进而分析得到备自投的配置及其逻辑。在分析中,首先应当指出,110kV进线侧的处理与双进线桥接方式的处理相同,这是因为对于双进线的运行方式,无论是进线备自投,还是主变备自投,其唯一可操作的方式即为将故障线路与主变先做隔离,并在隔离的基础上连接(投入)备用线路及主变,只有这样方能保证电源的有效提供——进线备自投,以及负载的有效提供——主变备自投。而对于10kV侧,其唯一目的便是保障每段母线都有主变提供电能,而备自投的目标便是为其提供通路。
而对于均分负荷站,其特点要求其对负荷的分配不能过于随意,而是由一台主变带两段负荷,这一方面看是限制了备自投动作的方式,从另一方面看却是简化了备自投的逻辑。
3 负荷特性对电压稳定性的影响
近年来,人们对于电压稳定性的研究日渐深入,负荷对电压稳定的重要性进一步明确。负荷功率平衡逐渐失去并恶化的过程就是电压失稳的过程,其所导致系统的崩溃就是电力系统中这种失稳的传播。
3.1 动态负荷特性的影响分析
在电压降低时,恒阻抗负荷会随之下降,利于形成稳定电压。因此,若为恒阻抗静态负荷特性,当低于期望值时,系统的电压水平和功率将保持稳定;因负荷母线在电压降低时,会造成持续的电压下降,甚至造成电压崩溃现象的发生。故恒功率负荷特性在降低端电压时,会增大负荷电流,导致输电线路电压的增加,端电压进一步降低;若系统负荷为纯感应点击,其运转停止的极限转矩同PV(感应点击同阻抗负荷组合时的功率极限)曲线临界点相一致。当在PV曲线尚不运行时,会带来系统的稳定,当PV曲线下部开始运行,则感应的电机会停止运转,带来的结果就是系统吸收大量的无功功率,这样的情况会导致电压崩溃而影响到电压的稳定性,还有一类情况就是因为负荷和输电线的组合形成确定电音,那么一旦变压器开始来进行负荷供电,那么调节端将会使负荷电压提升到有可能的极限,这样会增加线路的务工损耗而导致电压形成非常的不稳定。反之,会降低超高压电压的水平,在电压崩溃条件下,这一点可能导致电压稳定性的降低。
3.2 静态负荷特性的影响分析
静态负荷特性指的是进入稳态电压时电压同负荷功率的关系。实际系统中,逐渐增加达到负荷极限后,如若持续增加,系统电压便会失去平衡点。运用静态电压稳定分析法来对静态负荷进行分析,着手于静态观点来对电压崩溃机理作出解释。反映系统运行点同极限点距离的指标有很多,其中功率极限最为直观。存在较高负荷时,以改变负荷的方式来对功率进行控制并不稳定,即减小负荷阻抗,功率亦随之减小,而典雅是否会降低,是否会失稳则完全由负荷特性来决定。
4 提高系统电压稳定性的建议
基于负荷组成的复杂组成的复杂性,电力系统电压稳定性的提升应从以下方面着手:强化系统网架结构建设,合理选择静止公务系统、并联电容器及同步调相机,来保障无功补偿的效率。增加快速响应无功备用的容量,来促进电压稳定性的提高;实际应用中,应用的变压器可考虑加上负荷调节分接头,低压减载无疑成为对电压稳定性问题加以解决的重要后备手段;开发功能强大的电压安全监控软件,来促进系统安全运行水平的大程度提高,防患于未然;确保负荷模型同实际情况相符,以完善的事故预案来提升系统电压的稳定性。
5 结语
负荷特性在电压稳定性问题上扮演者重要角色,借鉴上述内容,结合系统运行实际,来进一步提升电压稳定性。以在保障电力系统良性运行的同时,促进我国电力行业的长足稳定发展。
参考文献
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[2]马幼捷,龚娟,周雪松,侯明.系统负荷特性与电压稳定的关系[J].天津理工大学学报,2008,24(5):1～4.
[3] 林舜江,李欣然,刘杨华.电力系统电压稳定性及负荷对其影响研究现状[J].电力系统及其自动化学报,2008,20(1):66～74.文章编号:1674-098x(2012)04(a)-0083-01
动态电压稳定性分析 篇4
为及时准确研究生安全稳定隐患存在情况，掌握我院研究生的思想动态，了解同学普遍关注和关心的问题，我院做到切实掌握学生的思想变化情况。在对排查结果、调研结果进行总结分析后形成工作报告汇报如下：
一、安全稳定隐患排查分析情况 1.涉及师生切身利益方面存在的隐患：
1）一些同学反映食堂菜价标注不明确、部分菜价偏高、饮食卫生方面存在食物不卫生、餐具清洁不干净等须待改善的问题。
2）学校住宿方面：部分宿舍一楼没有防护措施，尤其是女生，存在安全隐患。宿舍朝阴的同学没有可以晒衣服被子的地方。
3）研究生工资下发不够及时、分配不太均衡、课题经费报销困难等问题 对策举措：
1）通过学院维权部门向学校相关部门反馈问题，并敦促其及时并妥善解决：将菜价标注明确、做好卫生清洁工作。
2）通过学院维权部门向容大后勤集团反馈问题，并敦促其及时并妥善解决问题。
3）稳定研究生群体的情绪，耐心指导报销流程，并及时尽快审核处理相应资金下发、报销等工作。
2.涉及校园安全管理及周边治安环境存在的隐患：
1）有同学反映学校对陌生人的排查不够严密，经常有陌生人进入学校，晚上还有人进入寝室行窃，允许外卖和非校园内人员的进入，存在一定的安全隐患
2）宿舍楼的自行车库未安装摄像头，自行车有丢失现象，校园内多处未安装路灯，晚上不太安全
3）校园内车流量大，人流也密集，易发生交通事故。对策举措： 1）敦促学校有关部门加强对陌生人的排查，晚上加强巡逻保障师生的财产安全
2）向学校相关部门反映情况，加强治安巡逻。要求研究生对自行车上锁，进行自身可行的保护工作
3）通过班支、短信提醒等途径，提醒学生群体出行注意安全，在校内行走时要注意来往车辆与行人。向学校相关部门反馈存在的问题，寻求相关部门的协作。
3.可能引发师生伤害事故的安全稳定隐患：
1）学业、事业、爱情三重巨大压力下研究生的心理健康问题
2）实验室的安全问题：仪器安全、有毒药品的使用安全等需要进一步加强 对策举措：
1）定期邀请心理咨询师对问题同学进行开导疏导，密切关注他们的思想心理动态，多给这类同学一些关爱，缓解他们的压力，开展相应的舒压活动。鼓励大家多途径进行自我开导
2）联系实验室负责老师，开展实验室安全教育讲座，提醒师生时刻注意实验室安全。组织学院相关人员，定期开展安全隐患排查工作。谨防由于操作不规范、安全意识不足可能造成的重大安全事故。
4.学生参与网络贷款或出租个人寝室的情况：
经过周密的排查工作，目前，我院研究生不存在参与网络贷款、出租个人寝室的情况。
对策举措：
在后期的工作中，我院仍旧会时时强调此项工作的重要性，并定期组织相关人员进行排查，密切关注，绝对杜绝此类现象的发生。
5.新疆、西藏等少数民族学生以及延长学制、心理困难等特殊学生群体在教育管理服务方面存在的隐患： 1）本院有3名少数民族研究生，由于文化差异，可能存在交流沟通的摩擦、口角。
2）本院研究生群体没有延长学制、心理困难等情况，也未有和导师关系不和谐的情况，部分同学可能在有些学术问题上和老师有分歧，但是同学们反映并不影响师生之间的关系，在于学业困难方面，部分同学存在不同程度的家庭经济困难问题。
对应举措：
1）加强不同民族学生之间的交流，举办一些的活动，增进彼此的了解。2）家庭经济困难的学生可通过个人提出申请的方式申请各类助学金；部分困难生学业成绩优秀获得年度奖学金的，还可申报国家励志奖学金等；学校、学院提供多个助学岗位，相关经济困难的学生可通过勤工俭学的方式获得勤工工资；学期伊始，每班已设立资助委员，建立了全院资助委员微信群，及时将学院的工作落实开展，并且密切关注家庭经济困难生所会发生的特殊问题，及时汇报并做好相应举措。
6.与境外非政府组织交流中存在的渗透隐患： 学术信息交流时，可能存在信息的泄露 对策举措：
加强个人素质教育，加强对研究生的教育。培植社会主义核心价值观提高大学生对境外非政府组织的甄别与意识入侵
7.其他有可能影响校园安全稳定的因素：
1）学生课余时间追逐，打闹，没有掌握分寸和方式方法
2）学生取暖、用电、饮食不当而造成火灾、触电、中毒等事故。对策举措：
学院、学校组织力量对学校周边地质 实验室 校舍情况进行排查。每逢开学、放假前要有针对性地对学生集中开展安全教育，强化学生安全。
二、研究生思想动态研判情况 1．关注热点、焦点、难点问题
生活中，学生们关注的重点为餐饮问题，为民以食为天，我院学生希望学校餐厅提供安全、营养的饭菜保证学生们的身体健康。并且从暑期的G20峰会、“互联网+农业”、“一带一路”金融生态体系等热点出发探究城市经济增长和社会发展、环境保护相协调的科学模式。再者在国际与国内社会的热点问题上，大部分同学都时刻保持着关注，有八成以上的同学表示观看了天宫二号上天的直播，还有两成左右的大学生观看了重播。无论是自然灾害还是国外局势变革亦或是经济文化发展的情况，同学们都通过报刊与网络等途径进行了解。
目前大部分学生都很关心国家大事以及关注社会焦点问题。如最近很多的女大学生失踪案件，极度引起了社会不满，学生都因此提高自身警惕性。同时学生也都能关注时事，如最近杭州G20峰会的召开、天通一号01星、天宫二号的成功发射，学生们对国家的发展充满信心，抱有强烈的爱国情怀，能够用和平的心态和发展的眼光看待形势的变化和发展。
对于刚入校的学生，亦较为关心实验室、教室相关情况，以及各食堂、西点铺、超市等生活区域的情况。此外，新生也尤其关注关于奖学金、学费、助学贷款等方面的问题。
2．存在的群体性诉求：
老生目前存在的问题主要在于对实验进程的摸索存在很大困难。另外，寝室的网络不能作为内网使用给同学们的生活带来了很大的不便。
3．研究生在人生观、世界观、价值观方面较为显著的特点与倾向性问题： 研究生在人生观、价值观、世界观三方面的状态整体上是积极健康的，学生的整体思想观念积极、学习态度端正、学习计划明确，且学院内氛围十分融洽。对众多社会问题的认识较为理性、对国家的发展充满信心，抱有强烈的爱国情怀。以饱满的热情和崭新的姿态投入到新学期的学习和生活中。
新生也存在部分问题，调查显示，部分学生是为了逃避工作压力而选择读研究生，导致学生兴趣度低，极少数同学仍然处于对自身定位模糊状态。在今后的教育中，我院也会更加关注此类问题，并且逐步解决，通过耐心细致的思想政治工作来引导学生，培养学生成才。
4．研究生对学校发展提出的意见和建议： 密切关注学生需求、针对学生的特点进行培养，重视学生工作，体察学生的生活与学习，营造良好的校园学习生活环境。学校应团结全校师生的力量。希望学校能够全面健康发展。
动态电压稳定性分析 篇5
学生思想动态关乎学校发展、学院稳定，涉及学生健康成长。各班级主要负责人、安全监督员、心理咨询员应协助团委老师及时做好观察、了解、上报工作。关心、关注因家庭经济变故、个人情感、学习成绩、个性特征或其他容易导致班级不稳定、不安全的学生。为准确掌握班级学生思想动态，在班级自查的基础上，现就以下情况进行调查，请如实填写。（若班级存在以下问题，请填写相关学生名单并另附说明材料，时间段为近一个月。）
1、班级学生是否有外宿情况？是否有彻夜不归现象？
班内无此情况。
2、班级学生宿舍内是否有用电、火、设施等方面的安全隐患？
班内无此隐患。
3、班级内学生之间或宿舍学生之间是否有突出矛盾现象？
存在小矛盾，但在班级同学的调节下，已经和解，现在关系不错。
4、班级内是否有性格特别内向、存在交往困难等方面的学生？
班内无此情况。
5、班级内是否有家庭、经济发生变故的学生及表现？
班内有个别同学家庭经济困难，但在助学金申请上班级已经予以照顾。
6、班级内是否存在因学习压力而产生厌学的学生？
班内有一名同学，因挂科，学习压力有点大，但现在已经调整好了。
7、班级内是否有因情感受挫导致情绪低落的学生？
班内无此情况。
8、班级内是否有网瘾（沉迷于网络游戏、网络聊天）学生？
班内无此情况。
9、班级内是否有经常旷课或因兼职而旷课的学生？
班内无此情况。
10、班级内是否有因其他因素导致精神状态低落的学生？
班内个别同学因事情比较多，偶尔情绪会低落，但都能很快调整过来。
以上调查，如不能反应实际问题，可另附表说明班级在思想动态、安全稳定方面的详细情况。
班级：
班长、支书：（签字）
心理咨询员：（签字）
动态电压稳定性分析 篇6
和研究生思想动态研判的通知
各学院：
根据浙教工委2011年239号文件精神和学校工作要求，为加强防范工作，及时消除校园安全稳定隐患、确保校园稳定，现启动2011年与研究生有关的校园安全稳定隐患排查化解和研究生思想动态研判工作，有关要求如下：
一、与研究生有关的校园安全稳定隐患排查化解工作的主要内容
1.研究生意识形态领域存在的安全稳定隐患。重点是各种可能出现的破坏活动以及各种宗教向研究生群体的渗透。
2.在教学管理、后勤服务、校区迁建、合作办学等涉及研究生切身利益方面可能引发的突发事件隐患。
3.可能引发研究生伤害事故的安全隐患。主要是师生参加实习、实训、社会实践等户外、校外活动可能发生的纠纷事件、伤害事故。因心理疾病、情感纠纷引发的各种伤害事故和非正常死亡事件。
4.在重点人群管理上存在的安全稳定隐患。主要是对家庭经济困难、学业困难、行为有失范记录、心理有疾病的研究生，由于工作不深入不细致、防范措施不到位可能引发的群体性事件和伤害事故。
5.研究生宿舍、教室、实验室、图书馆、食堂等场所、重要设施设备、危化物品存放设施以及学生生活商业网点等区域存在的安全隐患。
6.非法传销、诈骗、校园交通安全、学校及周边治安环境方面存在的安全隐患。
7.学校食品安全管理、饮用水安全、传染病等疾病防控方面存在的安全隐患。
8.其他可能影响研究生群体安全稳定的问题。
二、研究生思想动态研判工作的主要内容
1.研究生关注的热点、焦点和难点问题。
2.研究生中可能存在的思想波动和不稳定情绪。
3.研究生中各类特殊群体的诉求。
4.研究生对学校改革发展、研究生思想政治教育工作的期待和需求。请各学院在10月27日9：00前，将开展与研究生有关的安全稳定隐患排查化解工作情况、整改措施或建议和研究生思想动态研判工作情况报研究生部陈炯奇（jiongqi@163.com）。各学院在开展隐患排查化解工作与思想动态研判工作时要高度重视，全面系统的开展工作，并积极采取措施，把隐患消灭在萌芽状态。
基于PSASP的电压稳定性分析 篇7
近年来, 全球电力系统多次发生电压崩溃事故, 使得电压稳定问题的研究在世界引起广泛关注。电力系统电压稳定性分析要解决以下问题:判断系统在某一运行状态下, 电压是否稳定;给出系统在当前运行点的稳定裕度, 也即当前运行点离电压不稳定的距离;找出系统中电压稳定的薄弱节点、支路和区域。
二、电压稳定性的含义及分类
1、电压稳定性的含义
电压稳定性是指系统在受到扰动后, 在系统特性和负荷特性的共同作用下能维持负荷点电压运行在平衡点附近的能力。就问题的物理本质意义而言, 电力系统的电压稳定性是指系统在承受各种扰动后能够维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力;就稳定性的物理表现而论, 电力系统的稳定性是指其具有抑制各种扰动并恢复到原始稳定平衡状态 (小扰动稳定性) 或过渡到新的稳定平衡状态 (大扰动稳定性) 的能力。
2、电压稳定性的分类
(1) 电压稳定可以按照扰动大小和时间框架分别进行划分, 按扰动大小分, 电压稳定可以分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。其中, 小扰动指的是诸如负荷的缓慢增长之类的扰动;大扰动指的是诸如系统事故、发电机被迫切除之类的扰动。
(2) 按时间框架分, 电压稳定可以分为短期电压稳定和长期电压稳定。短期电压稳定的研究对象主要是感应电动机、高压直流输电 (HVDc) 变流器等, 时间范围一般在几秒以内:长期电压稳定的研究对象主要是变压器分接头调节、发电机励磁限流器等, 时间范围一般在几分钟到几十分钟之间。
三、电力系统分析综合程序PSASP的电压分析功能
1、电力系统分析综合程序PSASP (Power System Analysis Software Package) 是中国电力科学研究院自主研发的一套功能强大、使用方便的电力系统分析大型软件包, 包括电压稳定性分析模块。本文基于PSASP, 对电网进行了静态电压稳定性分析, 指出了系统中的薄弱节点、薄弱区域。
2、PSASP电压稳定计算的主要功能和特点
(1) 可考虑负荷发电机及其励磁系统有载调压变压器分接头 (OLTC) 等与电压稳定性密切相关的动态元件特性;
(2) 可求出对应于指定系统过渡方式的电压稳定极限 (稳定裕度) ;
(3) 常规潮流计算方法与两种改进病态潮流计算方法结合可得到完整的P-V (Q-V) 曲线;
(4) 可分别在系统初始稳态运行点和电压稳定极限点进行模态分析确定系统的关键节点和关键区域;
(5) 可求出系统初始稳态运行点和电压稳定极限点处各节点的电压-功率 (系统总功率) 灵敏度;
(6) 可通过P-V (Q-V) 曲线监视系统电压稳定极限的计算过程;
(7) 可在系统单线图上计算系统电压稳定极限进行模态分析。
3、PSASP采用模态分析方法来判别系统的薄弱节点和薄弱区域。分别在初始稳态运行点和电压稳定极限点进行模态分析, 求出各节点对主导电压失稳模式的参与因子, 根据参与因子的大小可确定系统的薄弱节点和薄弱区域。参与因子越大则表明该节点的功率变化对电压稳定性影响越大, 也就说明此节点越薄弱。
4、负荷模型和发电机出力方式的确定在进行电压稳定性计算时, 负荷模型采用40%恒阻抗+60%恒功率的静态负荷模型, 不考虑负荷的频率特性。负荷增长方式为:全系统各负荷保持当前状态时的功率因数和比例不变, 同步增长至电压稳定极限点;发电机出力按照当前状态的比例不变, 同步增长;在迭代过程中, 若发电机无功出力越界, 则将PV节点转化为PQ节点。
四、电力系统电压稳定的研究方法
电力系统电压稳定的研究主要在以下几个方面:分析当前系统运行点与电压失稳点的距离或电压稳定裕度的大小;分析可能引发系统电压失稳的薄弱节点或薄弱区域;研究防止系统电压失稳的控制策略:对于大干扰电压稳定进行故障选择和筛选, 研究影响电压稳定的故障极限切除时间:当需要切负荷时, 快速计算为保持电压稳定所应切除的负荷量以及负荷的极限切除时间。
1、求取系统小干扰电压稳定极限的算法
(1) 在给定的初始运行状态及过渡方式下, 系统小干扰电压稳定极限的求解过程可以描述为:从系统被研究的稳态运行点开始, 按一定步长不断增加k的取值, 然后进行潮流计算, 同时考虑各种约束条件, 采用小干扰电压稳定新判据判别系统的稳定性直至得到系统电压稳定极限。采用逐步搜索计算电压稳定极限, 并在每个搜索步上采用预估-校正算法, 以提高求解速度。
(2) 校正算法可以是综合程序PSASP现有的适合于不同特性网络的各种潮流解法。随着系统运行方式的不断恶化, 校正时所用的潮流解法可能不收敛, 即出现病态潮流问题, 对此可选择改进潮流算法来消除奇异点或将奇异点移到电压低于最大负荷点电压的区域。改进算法实际是通过增加各个节点与主导节点之间的虚拟支路来克服常规潮流算法的病态问题。改进算法实际为算法的推广, 并给出了选择更好的数值函数提高算法收敛性的余地。改进算法仅需对潮流雅可比矩阵做简单修正没有增加矩阵的维数, 并基本保持了雅可比矩阵的稀疏性, 计算效率比较高。
(3) 为了得到完整的P-V (Q-V) 曲线, 可在改进潮流算法不收敛后, 再次切换到常规的潮流算法。常规的潮流算法和改进潮流算法相结合, 可得到完整的P-V (Q-V) 曲线。
2、确定系统关键节点和关键区域
(1) 由于根据电压稳定极限所得出的裕度指标仅是系统的一个全局安全指标, 它并不能给出系统的关键节点 (薄弱节点) 和关键区域 (薄弱区域) 等信息, 因而还不能为实际系统运行提供全面的指导信息例如当系统的电压稳定裕度较低时可选择在某些地点装设无功补偿装置以改善系统的电压稳定性另外在某些重负荷情况下为防止系统发生电压崩溃, 在系统无功补偿装置都已投入的情况下, 应在某些关键节点紧急切负荷, 以使系统的电压稳定性满足所能接受的水平。最佳无功补偿装置设置点和最佳切负荷点实际均为系统电压稳定性最薄弱的节点。
(2) 很多电压稳定性指标都可提供有关系统弱节点、弱区域的信息。由于现有的判别系统弱节点、弱区域的方法都是基于常规潮流雅可比矩阵的。并不是基于系统的状态方程系数矩阵, 因而所得出的结果并不严格基于发电机负荷静态化雅可比矩阵JS, PSASP采用模态分析方法来判别系统的弱节点和弱区域, 这相当于近似考虑了与电压稳定性密切相关的动态元件特性。
可分别在初始稳态运行点和电压稳定极限点进行模态分析, 求出各节点对主导电压失稳模式的参与因子, 根据参与因子的大小, 可确定系统的薄弱节点和薄弱区域。参与因子越大, 则表明该节点功率的变化对电压稳定性影响越大。由于通常情况下, 初始稳态运行点的电压稳定裕度较高, 故在电压稳定极限点或重负荷运行方式下的模态分析结果可能更有实际意义。
(3) 另外, 在计算电压稳定极限的过程中, 还可计算出各母线的电压对系统总功率的变化率, 即电压-功率灵敏度, 根据该灵敏度由大到小也可确定系统的薄弱节点和薄弱区域。由于是基于静态的潮流方程计算电压-功率灵敏度, 所以该灵敏度反映的是由于系统网络特性所决定的薄弱节点和薄弱区域, 可能与考虑发电机及其励磁系统的模态分析结果有较大差异。
结论
通过对电网的电压稳定性分析, 可以得出如下有意义的结论: (1) 母线的电压稳定性不仅同所带负荷轻重有关系, 而且同母线在网络中的位置、电网的运行方式有关。 (2) 在负荷增加的过程中, 电压稳定的薄弱区域有可能发生转移, 运行人员不仅要监控当前运行状态下最薄弱的母线, 更要注意电压稳定极限点时最薄弱母线的运行状态。 (3) 线路的功率传输裕度较大, 但有可能线路两端母线的电压波动范围较小, 运行人员也应该密切监控这些线路或母线的运行情况。 (4) 电力系统综合分析程序PSASP的分析计算结果与电网运行运行实际相吻合, 为电网规划和安全稳定运行提供了依据
摘要：本文主要阐述了电压稳定研究的意义, 电压稳定问题的定义、分类, 运用电力系统分析综合程序PSASP电压稳定计算功能, 如求取系统小干扰电压稳定极限的算法和确定系统关键节点和关键区域等方法, 从而保证电网的安全稳定运行。
关键词：电压稳定,电力系统分析综合程序 (PSASP) ,系统小干扰,负荷型
参考文献
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[4]赵冬梅, 卓峻峰.电力系统最优潮流算法综述们[J].现代电力, 2002.
动态电压稳定性分析 篇8
关键词：矩形油藏；低渗透油藏；不稳定渗流
中图分类号：TE1211 文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0075-08
Abstract：At present， the research on solution of seepage pressure in low permeability rectangular reservoir formation is relatively mature. However， there are still some deficiencies in the study of dynamic analysis of the seepage pressure and the influencing factors on seepage pressure. Aiming at the difficult problem of low permeability rectangular reservoir， based on the two-parameter continuous model， the dynamic analysis models for constant pressure or fixed production were established separately by using the steady state successive substitution method， and the related factors analysis was carried out from the aspects of the formation characteristics and the pressure coefficient.The analysis showed that whether in the fixed production model or in the constant pressure model， the relationship between the pressure propagation distance and time is quadratic trinomial， and the speed of pressure propagation is positively correlated with the yield and the permeability， but negatively correlated with the viscosity of the fluid， the bottom hole flowing pressure and the starting pressure gradient.Example calculation showed that the models are reliable， which can provide some theoretical basis for the rectangular reservoir development by water injection and for the calculation of expected effective time of water injection.
Key words：rectangular reservoirs； low permeability reservoirs； unsteady seepage
随着我国国民经济稳定增长，石油需求不断增加，我国已经成为仅次于美国的世界第二大石油消费国[1]。但是由于中、高渗透油藏后备石油储量不足，每年新增探明储量中，低渗透油藏比例越来越大，因此加速开发低渗透油藏，意义重大[2]。
目前，我国的老油田开采面临两大难问题：高含水和低渗透。针对于低渗透的研究，前人已经做出了很多研究，且取得了重大进展：如马尔哈辛提出低渗透油藏存在启动压力梯度，并从微观角度解释了其产生的机理[3]；Pascal 等人首次应用数值积分方法——有限差分法[4-5]，在考虑启动压力梯度条件下，求解流体渗流压力分布。
宋付权等人结合室内实验，建立低渗透油藏岩心一开一关渗流数学模型，对一维压力传播边界进行数值求解[6]；李凡华等人考虑启动压力梯度，建立了无限大和有界低渗透油藏不稳定渗流试井分析模型[7]；邓英尔等人在实验的基础上，首次提出非达西渗流连续函数模型，并建立了非线性稳态渗流的压力和产量公式[8]；刘鹏程等人结合室内实验和油田实际生产，提出压敏分段变化理论，并在此基础上给出了油气井单井产能公式和产量预测方法[9-10]；郝明强等人考虑启动压力梯度和压敏效应，通过拟压力变换，推导了平面径向流压力分布公式[11]。朱圣举采用稳态逐次替换法，给出了不同渗流方式下，低渗透油藏孔隙中弹性流体低速不稳定渗流压力的传播规律[12]。杨清立提出的两参数非线性连续模型既反映出流体在低渗介质中渗流时存在最小启动压力梯度的现象， 又可以很好地描述非线性段特征[13]。姜瑞忠基于两参数模型，采用数值模拟方法，建立了两维两相非线性渗流数值模型[14]。但是目前针对于压力传播规律的研究还很欠缺，且大多只考虑拟启动压力梯度，认为低渗透油藏渗流的启动压力梯度与油藏本身的无关，其无法真实反映地下流体的渗流特征。或是基于一维径向渗流[15]，或是研究定产量生产[16]，然而实际生产中，存在定井底流压生产情况，且对于生产中的大型线性排状注水，或是渗流物理模拟实验，流体会发生一维单向流动，因而有必要对低渗透油藏不稳定渗流压力进行动态分析。
1物理模型
为一平面带状等厚低渗油藏，地层流体微可压缩，粘度为μ，油藏平均厚度为h，宽度为w，长度为L，地层外边界压力为pe，井底流压为pwf，油藏中一口井以定产量或是定井底流压方法生产，储层中的流体以不稳定渗流形式流向井筒。
目前非线性渗流的数学模型描述方法很多[17-19]，如表1所示。
dpdx=-（a-1-bN）+（a-1-bN）2+4abN2b=
-（a-1-bN）+（a-1+bN）2+4bN2b（4）
对（4）式进行讨论，当a→∞，b→0时，（4）式可简化为dpdx=N=μqwkh，此解与达西定律对应，验证了解析解是正确的。
利用文献12中的稳态逐次替换法，可得
由式（12）可知，压力传播与时间成幂指数关系，这与中高渗油藏的一维压力传播与时间为线性关系不同。原因在于低渗透油藏本身孔喉小，在压力敏感效应下，孔喉直径缩短为原始的70%[21]。且存在启动压力梯度，尤其是储层能力不足时（压力系数太小，小于1时），使得孔隙流体压力不足以传播到井筒，启动压力梯度影响更为明显。低渗透油藏在两种机制作用下，压力传播速度变慢，传播规律发生变化。
对于实际油田开发而言，要提高压力传播速度，必须借助外来能量来补充地层能量的不足，如注水或注气，从而提高储层孔隙流体压力，减小或消除启动压力梯度的影响，进而使得油田正常开发。采用压裂改造低渗透储层，在储层中建立“流动网络”，联通储层更多的渗流通道，增大储层暴露的渗流面积，加上外部注水或注气，提前补充地层能量，增加储层压力，减小储层流体渗流阻力，使得低渗透储层启动压力梯度减小或“消失”。
1） 模型应用。取文献16的参数：低渗透油藏地层原始压力为30 MPa，孔隙度为012，渗透率为12 mD，流体黏度为0256 mPa.s，启动压力梯度为002 MPa/m，流量为10 m3/d，矩形油藏长、宽、高分别为100 m、20 m、5 m，a、b取值为0908、105。将上述数据代入式（12），并与表1中的拟压力梯度模型和达西模型作对比，结果如图2所示。
t/d
1. 拟启动压力梯度模型；2. 拟线性模型；3. 达西模型
图2显示了不同渗流模型下压力传播的范围和深度，三种模型的趋势大致相同，在井筒附近压降梯度最快，远离井筒处的压降梯度慢慢变缓。当压力传播距离相同时，非线性模型所用时间比拟启动压力梯度模型的小，比达西模型的大，这是因为在低渗透油藏中，当压力达到最小启动压力梯度时，地层中的流体就开始流动，而启动压力梯度模型中，只有当压力克服拟启动压力梯度时，流体才可以流动，故在传播相同距离时，所用时间要长。相反，由于达西模型不考虑启动压力梯度的影响，因而在传播相同距离时，用的时间最少。各模型计算结果相差很大，低渗透、特低渗透油藏由于具有明显的非线性渗流特征，采用线性模型分析问题，必然会导致较大的误差，因此建议使用非线性模型进行相关问题的分析和计算。
随着油田实际生产的进行，压力传播的动边界逐渐往外扩大，分别取x=20 m，40 m，60 m，80 m，100 m，将数据带入式（12），观察其压力随时间的变化规律，如图（3）所示。再取t=60 d，70 d，80 d，90 d，观察各时间地层中的压力分布规律，如图（4）所示。
由图3知：随着油井的采油，压力逐渐向边界扩展，当动边界扩展到20 m，40 m，60 m，80 m，100 m时，压力降落漏斗急剧增大，尤其在井筒附近表现最为突出，地层压力不断降低。图4显示：不同时间，压力波及的范围不一样，地下压力存在压力波及区和未波及区，井筒附近的压力变化最为明显，越偏离井筒，压力降落速度偏低。
2） 单因素分析。压力传播快慢受控于地层物性、温压力系统等因素，考虑实际生产需要，本文主要研究产量、渗透率、黏度等对压力传播快慢的影响。分别取图5表明：随着渗透率的增大，压力传播的越来越快（动边界往外扩散速度增大），因为渗透率增大，地层流体流动能力增强，相应的地层阻力减小，压力波更容易向外传播，进而动边界向往移动速度增大。
图6显示：随着黏度的增大，压力传播的越来越慢（动边界往外扩散速度减小），这是因为地层流体黏度越大，流动阻力就越大，需要更多的时间克服阻力流动，压力传播速度变慢，动边界往外扩散速度降低。
由图7知，对于同一时间，随着采油量的增加，压力传播的越远，即压力传播的越快。因为在相同时间内，增加采油量，就必须提高地层流体的流速，则就需要提高压力梯度，但是对于定边界压力的低渗透油藏，相同距离的压力梯度是一样的，为达到压力梯度在时间上的不一致，就必须使压力传播的更快，才能满足油井产油量增加。反过来，采油量的增大，生产压差也会在一定程度上增加（以增大生产压差提高油井产量），需要压力扩散到更大的空间范围，增加压力激动区的面积，即表现出，压力传播相同时间时，随着油井产量的提高，压力传播的越快、越远。
式（17）定压条件下，时间与压力传播距离关系式。与定产模型呈现类似的规律。式（17）表明：定井底流压条件下，矩形油藏压力开始降落，呈“漏斗状”向外扩展，只是压力在近井壁处近似为一定值，当压力传播到边界时，由于边界压力一定，这时为保持这种定井底流压的情况，必须对地层补充能量，此时油井的产量主要是两部分：一部分是边界进入地层的流体，q1，并且流量逐渐增加；另一部分是边界内部地层依靠弹性能量膨胀产生的流体q2，但是却逐渐减少。当油井产量为q1时，由不稳态渗流转变为稳态渗流。
1） 模型应用。由式（17）知：时间与压力传播距离为二次三项式，若井底流压为75 MPa时，数据相关数据代入式（28），并依此取启动压力梯度为002 MPa/m，007 MPa/m，020 MPa/m和渗透率为025 mD，050 mD，10 mD，20 mD得到定压生产10 d的压力传播规律，如图8所示。
由图8知：启动压力梯度和渗透率均能在一定程度上减缓压力传播速度。启动压力梯度大，地层阻力大；渗透率大，地层阻力小。两种因素相互制约，由于启动压力梯度是低渗透油藏储层本身的属性，通过外部很难改变，但是地层渗透率却是可以改造的。目前工艺上主要采用压裂、酸化进行，低渗透油藏更多采用压裂进行增产。
2） 单因素分析。同理，如212所述，本文主要研究井底流压、渗透率等对压力传播快慢的影响。分别取pwf=12 MPa，14 MPa，16 MPa，18 MPa观察压力
由图9知：图形斜率逐渐变小，压力传播速度减小，直到压力波及到边界。主要是因为传播距离越远，耗散的能量越大，若得不到外界能量的及时补给，则地层流体无法克服地层阻力，从而使得油井产量下降，这也是诸多低渗透油藏采用注水开发，补给地层能量的原因。当传播距离不大时，井底流压的影响较小，随着距离的增大，井底流压的影响增大。
减小井底流压，放大生产压差，可以有效提高油井产量，但是并非井底流压越小越好，而是油井以最合理的井底流压生产，可实现油井高效、稳定开发。（14）式解出x（t），并代入（17）式，求解得合理井底压力为
pwf=pe-（a2-a）2b[（bfa-1）+
（bfa-1）2+8b2a2μBfkφ0ct（1-a）]（22）
f=（1-a）2[a+ab-（b-1）a2] （23）
将文献17数据代入式（22）得合理井底压力为1031 MPa，对应的最大产油量326 m3/d。
3实例分析
我国部分地区由于长期受到地质活动的影响，导致这些地区出现了很多的复杂断块油藏，苏北的台兴油田是一个典型的狭长型低渗透复杂断块油田[22-23]。该油田由于受到多级断层相互作用，使得台兴油田发育Ⅲ-Ⅴ级断层11条，断层将整个台兴油田分为11个含油断块。每个含油断块都有独立的温度、压力系统，每个小油藏形状近似矩形，宽度较小，长度较长，符合本文模型的应用条件。下面以文献23中的区块为例，进行实例分析。
目前数值模型的理论是建立在经典达西渗流基础上的，而Eclipse2010中的E300模块是针对低渗透油藏，考虑了启动压力梯度，因此将本文的定产模型计算的某时刻的井底流压（定产解）与数值模拟结果（数值解）对比，如表2所示。由表2可知，相对误差基本控制在8%内，说明定流压模型是可靠的。
表2定产模型实例计算对比表
时间
/d定产解
/（m3·d-1）数值解
/（m3·d-1）相对误差
/% 1017492161717552 2017202158837668 3016951156317787 4016729154127873 5016532152157966 6016355150438022 7016194148848089 8016048147388163 9015913146098195
由于定流压模型中，设定井底流压为常数，因此将式（17）带入式（14），求得不同时刻的产量（定压解），并与数值模拟（数值解）对比，如表3所示。由表3可知，相对误差控制在77%内，则定流压模型是可靠的。
表3定流压模型实例计算对比表
时间
/d定压解
/（m3·d-1）数值解
/（m3·d-1）相对误差
/% 10271225097485 20285527134974 30327930726313 40313933807678 50365938966477 60423845216678 70560159295856 80691772464756 4结论
1） 定产模型中，时间与压力传播距离为二次三项式关系，且在压力传播速度上，两参数连续模型比达西模型慢，比拟启动压力梯度模型要快，与流体黏度呈负相关，与产量、渗透率呈正相关；
2） 定压模型中，时间与压力传播距离亦为二次三项式关系，但压力传播速度与渗透率呈正相关，与井底流压、启动压力梯度呈负相关。
3） 实例计算表面，建立的定产模型、定压模型是可靠的。
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