[電力系統]電壓崩潰

電壓崩潰的概念

在電力系統中，人們把因擾動、負荷增大或系統變更後造成大面積、大幅度電壓持續下降，並且運行人員和自動系統的控制無法終止這種電壓衰落的情況稱之為電壓崩潰。這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘，也可能長達10~20min，甚至更長，電壓崩潰是電壓失穩的最明顯的特徵，它會導致系統瓦解。

電壓崩潰的物理解釋

對於電壓崩潰現象的物理解釋主要有：P—V曲線解釋、無功功率平衡解釋、OLTC負調壓作用解釋、同步馬達解釋和電網動態特性和負荷動態特性相互作用的解釋。

（1）P—V曲線解釋

在簡單系統中，當負荷功率因數不變時，負荷節點的有功功率和電壓幅值的關係曲線就是P—V曲線。對於給定負荷功率，存在電壓水平不同的兩個解，曲線分為上下兩個半支。在下半支運行時，如果升高電源端電壓，反而會使負荷節點電壓下降，即電壓控制失去因果性。當負荷加重時，運行點不斷向極限點靠近，最後達到極限，如果負荷繼續加重，將發生分歧，導致電壓崩潰。

（2）無功功率解釋

在電力系統中電壓水平的高低主要受無功功率的影響，這自然使人們把電壓崩潰與某種形式的無功功率的不平衡聯繫起來，許多文獻中都把電壓失穩歸因於系統不能滿足無功功率需求的增加。這類觀點典型的代表是傳統的dΔQ/dU判據，該判據的意義是：當某一節點無功功率不平衡量對該點電壓的導數小於0時，該節點是電壓穩定的，大於0時則是電壓不穩定的，等於0的狀態對應於靜態電壓穩定的臨界點。另外還有一種觀點是：當負荷節點電壓下降時，其從電網吸收的無功功率反而增多，無功功率在電網中遠距離傳輸導致電壓進一步下降，形成惡性循環，導致電壓崩潰的發生。

（3）有載調壓變壓器的負調壓作用

在正常情況下，有載調壓變壓器增大變比，將使副邊電壓上升，保證副邊電壓運行於給定的整定值，但是，但負荷特別重時，有載調壓變壓器增大變比，則可能使電壓反而下降，導致有載調壓變壓器在達到上限以前反覆調節，副邊電壓不斷下降，這就是負調壓作用。

（4）同步馬達解釋

在主要的重負荷中心往往裝有與電力系統其它部分保持同步運行的發電機。有學者認為，在電壓穩定研究中，採用同步電動機來表示這樣的負荷中心應該能更好地反映負荷特性，以同步電動機和無窮大電源構成的簡單系統為例，採用解析的小干擾分析和定性的物理討論相結合的方法，提出了同步電動機為維持功率平衡增大電流，負荷特性與網路特性相互作用導致電壓崩潰機理的解釋。

（5）電網動態特性和負荷動態特性相互作用

有學者提出電壓失穩的根本原因在於負荷為維持有功功率平衡而自動調節其等效導納的特性和網路的P—G曲線的錐形特性、V—G特性曲線單調下降特性，以及負荷特性和網路特性的相互作用。目前，針對導致電壓不穩定，電壓崩潰的主要因素這一問題，主流觀點是：電壓穩定性就是負荷穩定性。針對負荷的非線性性質和動態性質，及其對電壓穩定性的影響，進行了大量的研究工作，主要成果如下：負荷的靜態非線性性質可以用電壓的指數模型或多項式模型來描述；對於短期電壓穩定問題，可採用計及感應電動機特性的綜合模型來描述其動態特性；對於長期電壓穩定問題，可採用綜合負荷模型；對於一個實際的電力系統，如何獲得其具體參數是一個關鍵問題，電壓穩定的分析結果對這些參數較為敏感。這種觀點的不足之處在於：儘管負荷的非線性性質和動態性質對電壓穩定性有重大影響，但是電壓降落髮生在輸電網，正是因為某些輸電線路上的電壓降落不斷增大，才導致了電壓不穩定，崩潰，因此，負荷的非線性性質和動態性質只是導致了電壓不穩定，崩潰的外因，而輸電網路的特性才是內因。目前，基於輸電網路的傳輸極限的電壓不穩定，電壓崩潰機理研究開展的比較多。但是。沒有充分研究輸電網路的動態特性。因此無法仿真得到電壓不穩定，電壓崩潰的過程。無法全面、清晰地解釋導致了電壓不穩定，崩潰現象以及目前防止電壓不穩定，崩潰的措施的合理程度。為了尋求較快的分析方法，在電壓穩定性的模型如何簡化這一問題上，最主流的觀點是：利用短期現象和長期現象之間存在的時間上的可分性，在研究長期現象時，對快子系統用偽靜態來近似定義。在研究短期動態是，可以近似認為慢變數在快暫態期間是常數。這種觀點過於直觀,可能忽視了導致了電壓不穩定/崩潰的主要動態因素。