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电压稳定性浅析

日期：2008-11-14 22:52:56 来源：中国自动化网
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摘要：对电压稳定性进行了详细的分析，提出了缓解电压稳定性问题的一些措施。关键字：电力系统电压稳定性

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　　1 电压稳定性概述

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　　电压稳定性是指电力系统维持电压的能力。电力系统各母线电压在正常和受扰动后的动态过程中被控制在额定电压的允许偏差范围内的能力。电压稳定性又分为幅值稳定性与波形稳定性两方面。通常以电压偏差、电压波动与闪变、电压正弦波畸变率、频率偏差等项指标来衡量。

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　　本地区随着农业电机井灌溉等农村用电的迅猛增长，致使用电高峰期时而出现配电网的电压低于额定值的这一电压不稳定现象，使电气设备无法正常运行，不能充分发挥其设备效益。所以，电压稳定性有待于我们进一步探讨，以便于更加行之有效的解决电压不稳定现象。

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　　2 电压稳定性的分析

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　　电压稳定性问题是负荷稳定性的一个重要方面。尽管电压失稳和电压崩溃是一个复杂的过程，但是可以通过一个简单的长线路终端接负荷的典型系统说明其发生和发展的机理。图1所示为典型的电压稳定性研究回路，其中Us为无穷大母线电压，Ur为受端负荷母线电压，P，Q分别为负荷吸收的有功和无功功率。实际发生电压崩溃的可能性取决于负荷特性，如果为刚性的恒定功率负荷，如电动机负荷，电压崩溃会加剧；而电阻负荷具有软特性，即电压下降时其功率下降很快，所以减缓了电压崩溃的出现。

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　　电压崩溃还可能在多回路并联输电的系统结构中发生，由于故障切除了三回并联线路中的一回路，使等值电抗增大，线路充电电容降低。从而使输电功率因数发生变化，线损增加。因此，系统可能发生电压不稳定。如果受端有发电机接入，且其与负荷中心的电气距离较近，联络阻抗小。当受端电压降低时，发电机无功出力会自动增大，起到支撑电压的作用。因此，可以允许输电线路送很少的无功功率。但是，通常受端发电机离负荷中心的电气距离仍较远，联络阻抗大。所以电压降低时，发电机的无功出力增加很小，这就要求在末端增加无功补偿。

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　　3 电压稳定性衡量指标

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　　3.1 电压偏差

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　　在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值与额定值之差ΔU或其百分值ΔU%来表示，即：

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　　ΔU=U – Uc

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　　或 ΔU%=[（U－Uc）/Uc>×100%

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　　式中U——检测点上电压实际值，V；

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　　Uc——检测点电网电压的额定值，V。

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　　电压偏差的大小，主要取决于电力系统运行方式，线路阻抗以及无功负荷的变化。

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　　电压变化对感应电动机的特性的影响是：当电动机受电压低于铭牌额定电压时，将引起起动转矩的减少和满负荷温升的增高；电动机受电电压高于铭牌额定电压时，会使起动转矩增加、起动电流增加和功率因数的降低。一般情况下，电压比额定值稍高要比电压低于额定值对电动机性能的不利影响小一些。

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　　我国《供电营业规则》中规定：在电力系统正常状况下，供电企业供到用户受电端的供电电压允许偏差为：（1）35千伏及以上电压供电的，电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%；（2）10千伏及以下三相供电的，为额定值的±7%；（3）220伏单相供电的，为额定值的＋7%，－10%。

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　　3.2 电压波动和闪变

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　　在某一时段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。电压变化的速率大于每秒1%的，即为电压急剧变化。

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　　《电解质量、电压允许波动和闪变》（GB12326—90）国家标准规定电压波动的允许值见表1。

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　　表1 电压波动允许值

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额定电压电压波动允许值（%）（注）

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10kV及以下 2.5

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35—110kV

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220kV及以上

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1.6

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　　注：电力系统公共供电点，由冲击性负荷产生的电压波动允许值。

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　　电压波动主要是大型用电设备负载快速变化引起的冲击性负荷造成的，大型电动机的直接起停及加减载都会有冲击负荷的产生。电压波动是否会引起闪变，主要决定于电压波动的频度、波动量和电光源的类型以及工作场所对照明质量的要求。

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　　3.3 电压正弦波畸变率

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　　众所周知，电压波形在理想状态下是正弦波，但由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的供电设备，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。谐波是具有非线性阻抗特性或具有非正弦电流特性的电气设备产生的。感应炉、电抗器、电视机、微波炉、变频调速装置等设备都是产生谐波的谐波源。

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　　谐波源电气设备接入电网以后，向电网注入谐波电流，谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压，谐波电压叠加在正弦波形的50Hz电网上，并施加在所有接于该电网的电气设备端，对这些设备的正常工作产生影响，主要会引起电气设备损耗增加，产生局部过热，导致电热器和电热机的过早损坏；电机的机械振动增大，噪音增强，造成工作环境噪声污染；对电子元件产生干扰，引起工作失常；对自动装置或测量仪器产生干扰，图像和通讯质量下降。

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　　3.4 频率偏差

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　　我国电力系统的额定频率为50Hz，正常运行的电力系统的频率应经常保持额定值。其允许偏差规定如下：

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　　300万kW及以上的系统其允许偏差不得超过±0.2Hz；在不足300万kW的系统其值不得超过±0.5Hz，300万kW及以上系统电钟在任何时间的偏差不应大于±30s，不足300万kW的系统不应大于±1min。升高或降低频率是不允许的。

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　　为了保证系统在额定状态下运行，就需要采取必要的调荷措施，以保证电力系统能在额定频率下正常运行。如果系统的频率低于额定频率将会对用户和系统的运行造成不良后果。如，频率降低，会造成用户电动机转速下降，电动机不能在额定转速下运转；容易造成某些自动设备不能正常工作等不良后果。

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　　4 缓解电压稳定问题的措施

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　　电压不稳定既然会造成这样或那样的危害，那么，我们该如何缓解电压稳定问题呢？