预防电压失稳的静止无功补偿器分析预防电压失稳的静止无功补偿器分析
现代电网运行趋于稳定极限,电压失稳成为严重问题。利用SVC的动态快速无功补偿作用,能提升小扰动电压
稳定性。提出了一种选择SVC安装点的计算方法,能够针对系统的薄弱节点安装配置SVC,充分发挥SVC的作
用,使系统达到电压稳定。
0 引言引言
随着电网的发展以及电力系统规模的扩大以及分布式电源的兴起,电网运行越来越接近于极限状态,重载运行的电网出现
越来越多的快速或慢速的电压跌落现象,严重的导致电压崩溃,因此电压稳定问题已成为电力系统规划、运行的重点
[1]
。由电
压失稳发展成电压崩溃并扩大为全网性事故的风险也随着电压稳定问题的日益严重而增加,从而影响到电力系统的安全稳定和
经济运行。电力系统运行的实践与理论研究已证明,通过向电力系统的重要枢纽点提供快速的动态无功电压支撑,能有效解决
电力系统安全稳定问题。在电力系统中的电压水平由无功功率的平衡决定,使用静止无功补偿器可以快速提供所需的动态无功
功率,稳定系统电压,防止系统电压崩溃
[2]
。
静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)是灵活交流输电系统的重要组成部分,能够提供连续可调的感性或容性
无功,对电网中的无功负荷实时跟踪补偿,维持平稳的电压控制,提升远距离传输容量。SVC不仅可以改善电力系统的静
态、暂态稳定
[3]
,降低瞬时过电压,还可以通过附加控制抑制电力系统的功率振荡,阻尼电力系统的次同步谐振/振荡,从而
改善提高电力系统的稳定运行范围
[4]
。由于静止无功补偿器具有快速平滑调节、运行可靠、可分相调节,利用静止无功补偿器
改善系统电压质量和提高电力系统在小干扰和大干扰下的稳定性已获得较为广泛的应用
[5]
。
1 电压稳定机理电压稳定机理
电压稳定性是指电力系统在正常运行情况下或遭受扰动后,电力系统维持负荷点母线电压或恢复到允许的范围内,不发生
电压崩溃的能力。
如果发生了某些干扰,如负荷增加或系统状态变化过大,引起电压不可控地增高或下降时,系统会脱离平衡点,进入电压
失稳状态。导致电压失稳的主要原因通常是电力系统缺少无功功率调节能力。
假设有功功率恒定,对应的电压-无功功率特性曲线上 位置是系统电压稳定的临界点,也可称为电压失稳点,而当
时,在此位置附近受到小的扰动后系统电压能自动恢复稳定平衡。
假如在某个全局或局部的重大扰动作用下,系统电压在短时间内不可逆地持续下降,系统电压稳定性破坏,最终导致大面
积停电,电力系统负荷节点的电压失去稳定后急剧下降的后果就是电压崩溃。系统电压失稳后可能导致电压崩溃,电压崩溃可
以是局部的或全局的。
有功功率和无功功率二者同时对电压稳定有重要的作用。在交流网中,电抗线路占主导,电压控制和无功功率有密切的关
系。缺少无功功率不仅会引起电压降低,还影响到电压稳定,甚至可能引起电压崩溃。
对于以电抗线路占主导的电网,在正常运行情况下,可以近似认为随着注入该母线的无功功率的增加,母线电压的幅值升
高。如果系统中有至少一个母线电压的幅值随着注入该母线的无功功率的增加而降低,则整个系统是电压不稳定的。这显然和
通常对于提高母线电压所采取的无功补偿控制措施是相一致的。
按采用的模型,电压稳定性研究可划分为两大类:基于微分方程的动态研究和基于潮流方程的静态研究。本质上电力系统
运行过程是动态的,所有的动态元件都对系统电压稳定有影响。一般通过电压失稳不同的表现形式分析:
(1)静态电压稳定
静态问题一般是指电力系统传输功率达到最大时的稳定极限电压的临界点问题。在电网正常运行时,负荷缓慢增加导致负
荷端母线电压缓慢下降,在到达运行极限之前,电压仍能维持稳定。而在到达电力系统承受负荷增加能力的临界值或接近临界
值时,如果有扰动使系统状态越出临界值,如继续增加负荷、系统故障、甚至系统运行的正常操作,都将使负荷母线电压发生
不可逆的突降。由于在不可逆的电压跌落之前电压并无明显变化,这种电压稳定丧失不易被运行人员觉察。
(2)动态电压稳定
电力系统是一个动态系统,并不总是单独地发生电压崩溃。电力系统动态稳定研究的是系统受到干扰后,不发生振幅不断
增大的振荡而失步。电力系统发生故障后,为保证其功角暂态稳定及维持系统频率,常进行自动切机切负荷等操作。因为此时
系统结构变得脆弱及系统电源支持负荷的能力变弱,在故障后的发电机快速启动、再同步并列、输电线重新带电、负荷再供
电、电力系统解列部分再同步运行的恢复过程有可能导致电压失稳。
(3)暂态电压稳定
电力系统暂态稳定一般指的是受到大干扰后,各发电机保持同步运行并恢复到原先的或过渡到新的稳定运行状态的能力,
通常是指第一摆或第二摆不失步。电力系统发生故障或受到其他类型的大扰动后,有可能出现某些负荷母线电压不可逆的突然
下降,而此时发电机之间的相对摇摆可能未达到使电力系统功角失稳的程度。