二级电压控制对电力系统稳定性的影响孙元章　姚小寅　刘锋摘　要：提出了判断电力系统小干扰稳定性的关键特征值判据。根据该判据分析了二级电压控制对电力系统稳定性的影响。通过在两机系统上实例计算，证明了二级电压控制可有效地推迟电压崩溃的发生，提高系统的静态稳定性、动态稳定性和带负荷的能力。与时域仿真结果的比较说明：根据关键特征值判据法对二级电压控制效果的分析是正确、可信的。
关键词：电力系统；电压稳定；二级电压控制
分类号：TM-712　文献标识码：A
文章编号：0258-8013(2000)02-0028-05THEIMPACTOFSECONDARYVOLTAGECONTROL
ONPOWERSYSTEMSTABILITYSUNYuan-zhang　YAOXiao-yin　LIUFeng
(TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)ABSTRACT：Thecriticaleigenvaluecriterion(CEC)ispresentedandusedtoanalyzetheimpactofsecondaryvoltagecontrolonthestabilityofa2-generatorsystem.Theresultsshowthatthesecondaryvoltagecontrolcannotonlydelaythevoltagecollapse,butalsoimprovethestabilityandtheabilitytosupportmoreloadsofpowersystems.ThecomparisonbetweentheresultsofCECandsimulationdemonstratesthatCECisacorrectandcreditablemethodtoanalyzetheimpactofsecondaryvoltagecontrol.
KEYWORDS：powersystem;voltagestability;secondaryvoltagecontrol▲1　引言　　电压稳定问题一直是电力系统的一项重要研究内容。有关的研究工作主要集中在以下3方面：电压崩溃机理，电压稳定安全性能指标的计算和防止电压崩溃事故的措施。二级电压控制(SVC)是防止电压崩溃事故的一种较为有效的方法，而且正从分散式二级电压控制(DSVC)向协调二级电压控制(CSVC)发展^［1］。
　　二级电压控制的产生源于人们70年代对电压崩溃的认识。其基本思想是认为由于电网中某些地区无功不足，造成局部电压下降，引起连锁反应，导致全网电压水平下降，而另外一些地区的无功源又没有被充分利用来阻止这一现象的发生，最终系统发生电压崩溃。综合调动全系统的无功源，最大限度地产生无功，并对无功潮流进行最佳的控制，是防止电压崩溃事故的有效途径。
　　二级电压控制的主要目标是以某种协调的方式重新设置区域内各自动电压调节器(一级电压控制)的参考值(或设定值ReferenceValue)，使得各节点的电压满足运行要求。二级电压控制方案的设计包括以下步骤：(1)将整个电力系统分成若干控制区域(ControlZones或Regions)，在每个控制区域中选出最关键的电压母线称为“先导节点”(PilotNodes)，该节点的电压变化能够反应整个区域内所有节点的电压变化情况，而且当区域内各节点电压因受干扰发生变化之后，如果将先导节点的电压恢复至干扰前的水平，则能够使得区域内其他节点的电压同样得到恢复；(2)设计二级电压控制器。二级电压控制器根据先导节点的电压偏差，按照某种预定的控制方式有效地调整区域内各控制发电机(ControlGenerators)的自动电压调节器(AVR)的参考电压设定值或其它无功源的设定值，从而使得先导节点的电压基本保持不变，进而维持整个区域的电压水平，并使无功分布在一个良好的状态^［2，3］。
　　在时域仿真计算和实际应用中，二级电压控制都显示出对电力系统电压稳定性有很好的作用^［3］。但若从理论上进行解释则需要将电压崩溃的机理、电压稳定安全性能指标和二级电压控制等结合起来。由于电力系统是一个非线性的动态系统，从电压稳定静态分析和安全性能指标都只能反映二级电压控制的静态特性，而不能提高对二级电压控制本质的认识，从而无法指导人们进一步改善二级电压控制。同时二级电压控制的发展需要一个既能反映其本质又能对其效果进行评价的判据。这一判据应具有广泛性、代表性和明确的物理意义。通过时域仿真计算虽然可以对二级电压控制的效果进行最终评定，但由于其只能针对具体系统的具体状态给出结果，所以效率低，代表性差，无法揭示二级电压控制的本质。
　　本文从动态分析中小扰动分析法的角度提出了关键特征值判据(CriticalEigenvalueCriterion)。根据该判据对二级电压控制的效果进行了评定，证明该控制是通过减小系统的关键特征值的实部来增强系统的稳定性。并通过与时域仿真结果的比较，证明该二级电压控制的确提高了电力系统的稳定性，同时也证明了关键特征值判据的正确性。2　二级电压控制方案　　文［2］提出了一整套二级电压控制方案。其中先导节点和控制发电机的选择是事先离线计算好的。二级电压控制器的框图如图1所示。其中K_p是放大倍数，T_p，T_R是比例环节时间常数，Q_r为参与因子，V_p为先导节点的电压幅值，V_pset是先导节点电压给定值，ΔV_gref为AVR参考值修正量。图1　二级电压控制器框图
Fig.1　Thestructureofthesecondaryvoltagecontroller　　假设发电机的无功没有越限，且二级电压控制器中各限幅环节的输出等于输入，则二级电压控制器可用下列一组微分方程来描述。ΔQ_k、ΔQ_s为中间状态变量。　　　　　　　　　　　　　　　(1)3　关键特征值判据—CEC(CriticalEigenvlaueCriterion)　　动态电压稳定分析中的小扰动分析法是把电力系统动态行为描述为一微分-代数方程组，在工作点附近作线性化，通过状态方程特征距阵的特征值来判断系统在工作点的稳定性。该方法可以反映发电机、励磁调节器、二级电压控制器等的动态特性。
　　人们也越来越认识到，电压稳定问题和功角稳定问题之间是有一定的联系的。在小扰动分析法中将发电机用3阶模型来描述，如式2所示，则将电压稳定与功角稳定问题综合考虑，更符合电力系统的实际情况。本文中描述电力系统的微分-代数方程组由以下构成：
　　发电机：假设调速器不作用，即机械功率P_T不变。各符号定义如图2所示。图2　发电机矢量图
Fig.2　Thevectorsofagenerator　　　　　　　　　　　　　　　(2)　　励磁回路为：　　(3)　　励磁控制器：采用它励快速励磁系统结构，　　　　　　　　　　　　　　　(4)　　二级电压控制器：如式(1)所示。
　　负荷:采用恒阻抗模型，设为R＋jX，消耗功率　　　　　　　　　　　　　　　(5)[1][2][3]下一页