浅析电力系统电压崩溃机理

现在人们已经普遍认识到，电力系统稳定运行的前提是必须存在—个满足于各个节 点全部约束条件的平衡点，电压不稳定场景中最重要的一类就是对应于系统参数变化导 致平衡点不再存在的情况。

由于负荷需求平滑缓慢地增加而使负荷特性改变，直至不再 存在与网络相应曲线的交点从而导致电压崩溃，固然是其中的一种场景，但事实上，更 为重要的情况是由于大扰动的发生(如大型发电机组和大规模输电设备的停运等)所引 起，这种大扰动使网络特性急剧变动，扰动后网络的特性曲线(如PV曲线)很可能不 再同未改变的负荷的相应特性曲线相交(即失去平衡点)，而导致电压崩溃。

所以由于 大的结构和系统参数的突然变化所引起的不稳定机制是电压稳定问题研究的一个很重 要且必需关注的因素。 本文基于静态电压稳定失稳的机理，对该机理的认识都是针对静态负荷特性的，它 把系统静态传输所能承受的极限负荷能力作为电压稳定的临界状态，反映的是潮流约束 条件上下界是否越界，无论是Q.U曲线还是P_U曲线解释，系统在临界点之前总是有 两个可行解点，从电压与功率的变化关系可以看出，只有一个解是可行的，是系统的稳 定运行点;另一个点是不可行的，是系统非稳定运行点。

2004年CIGRE在工作报告中指出‘14]暂态电压不稳定的主要原因机理是系统由于 扰动后功率传输超过输电线路能力或者输电线路故障导致系统联系变弱，或者扰动后感 应电动机不能再加速从而使电动机阻转。另外一个机理解释考虑HVDC高压逆变设备， 当系统的逆变侧负荷区域短路容量比较小时，其负荷侧的电容补偿特性及无功消耗特性 可能使负荷侧发生电压失稳。这是现在广为接受的机理解释，但这种机理解释不能解释 电压和功角的关系。 Custem把电压稳定的短期电压失稳机理解释为扰动后系统短期震荡不稳定或者系 统短期平衡点的失去，但是该观点不能说明电压稳定和功角稳定的关系。

段献忠考虑了网络的作用，其机理解释相似于利用感应电动机来解释电压稳定，是 基于负荷与网络特性的相互作用基础上的[I8]e Overbye的解释从功角稳定的能量函数角度考虑，包含了中长期电压稳定问题和暂 态电压稳定问题，其解释说暂态电压稳定类似于功角稳定，中长期电压稳定是系统负荷 的随机扰动导致系统逸出势能阱。该解释体现了功角稳定和电压稳定两者之间的关系， 但在实际应用中无法找到能量函数和能量函数区域[n0 Yorion等建立了中长期、准静态电压稳定仿真的理论基础，提出将奇异动态理论分 为快动态和慢动态。并且指出:在中长期电压稳定研究中必须考虑电器元件的非线性。

从上面可以看出大多数学者都是从电压稳定的定义去考虑进行暂态电压稳定的机 理解释，侧重于电压与负荷及负荷特性的关系，实际上在暂态过程中除了感应电动机之 外，负荷的动态元件也是很复杂的。但是此文中主要是研究静态电压稳定，所以考虑负 荷动态元件的电压崩溃机理在此不做进一步说明。