基于分支理论探究电力系统电压稳定性

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　　摘 要：在社会经济高速发展的背景下，我国电力系统也逐渐发展完善，电网结构的复杂程度不断提升，高电压、大电网和远距离已经成为电力系统的主要发展方向，电压崩溃事故的發生频率也随之增加，电力行业对电力系统电压稳定性的研究逐渐重视。近些年，动态补偿器等设备的应用，加剧了问题的复杂程度。本论文针对电力系统电压稳定性差的问题，基于分支理论，对电力系统电压稳定性进行探究，并在此基础上，提出合理的校正建议，希望对促进我国电力事业的发展有所帮助。
　　关键词：分支理论；电力系统；电压稳定性
　　中图分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0172-02
　　0 引言
　　在科学技术发展的推动下，电力系统逐渐朝向大机组、大电网、高电压的方向发展，稳定电力系统电压的难度也随之加大，电压失去稳定性，引发恶性事故的情况时有发生。从上世纪80年代截至到目前，发达国家均已发生过多起电压崩溃的事故。国内电力系统同样发生过这类事故。就当前的实际情况而言，有关电压稳定性的理论尚未形成，甚至对于电压失稳机理也没有形成统一的看法。目前常用的电压研究方法主要包括灵敏度法、最大功率法以及扰动法，虽然这些方法，可以起到一定的效果，但却无法反映问题的实质，然而利用分支理论对电力系统电压稳定性进行探究，却可以取得良好的效果。因此，对基于分支理论探究电力系统电压稳定性进行研究，具有十分重要的意义。
　　1 电压稳定性分析方法理论概述
　　电力系统电压稳定性探究主要包括以下方面的内容：
　　（1）建立电力系统数学模型；（2）选择分析方法；（3）分析电压稳定性丧失的动力特性；（4）计算电压稳定裕度；（5）计算安全运行指标；（6）保持电力系统电压稳定性的措施。
　　在上述内容中最为关键的内容是选择分析方法，这是保证分析准确性的前提基础。由于动态分析方法可以对电压失稳的原因进行分析，故本文利用该分析方法，对电压失稳问题的物理机理进行研究。
　　2 电力系统电压稳定性的分析方法
　　2.1 小干扰分析法
　　小干扰分析法是指对系统微分代数运行点处进行线性化处理，其目的在于消除系统代数的变量干扰，继而得到对电力系统状态进行反映的方程系数矩阵，然后找出矩阵中的特征值，并根据该值的变化，对系统电压稳定特性进行判断。这种方法可以对电力系统中干扰电压稳定性的元件特征进行统计。但这种方法的效果，会随着电力系统规模的日益扩大而减弱，仅适用运行点处的系统矩阵，很难对影响电力系统电压稳定性的原因进行综合分析。
　　2.2 动态潮流法
　　动态潮流指的是系统功率并未处于平衡状态时的稳态潮流，通过这种方法的使用，在计算潮流的过程中，可以使用微分方程，能够对传统的潮流分析方法进行补充和优化，从而得到准确的分析结果。
　　2.3 能量函数法
　　能量函数法也被成为直接法，主要是指依据电力系统的特征，建立与之相匹配的能量函数，对比系统受扰动后以及电压稳定边界上的能量函数值，并根据差值结果，对系统电压稳定性进行分析。这个方法为确定电力系统电压稳定性提供了新的方向，可以得到稳定域，并且可以作为对比不同规模电力系统间电压稳定性的依据。但是这种方法存在较大的误差，可信度难以得到保证，并且随着电力系统规模的日益扩大，这种计算方法已经很难适用于当下。
　　2.4 时域仿真法
　　该方法属于大干扰分析方法的一种，电力系统的微分代数方程是其分析的基础，可以对动态元件和非线性特性的作用进行保存，通过数值积分的使用，获取的系统电压的变化曲线，通过分析曲线，即可明确影响电压稳定性的因素。该方法具有以下方面的优点：一是对系统元件的动态化特征进行强调，确保了仿真结果的准确性；二是适应能力较强，可以在不同的机制环境下，分析电压失稳的原因；三是可以对电压失稳的表现进行直接观察，从而为解决对策的制定，提供理论依据。
　　2.5 分岔理论分析法
　　电力系统在临界点处如果出现分岔，那么就会导致电力系统电压失稳问题的发生，这是影响电压稳定性的根本原因，因此，在探究电力系统电压稳定性时，应用该分析方法，可以对电压失稳的物理机理进行明确。基于此，本文在分析电力系统电压稳定性采用的主要方法就是时域分析法和分岔分析法，充分发挥两种方法相结合的优势，得到准确的分析结果[1]。
　　3 基于分支理论探究电力系统电压稳定性分析
　　在社会用电需求不断增加的背景下，我国电力事业实现了快速的发展，高电压电网逐渐完善，电力系统结构的也愈加复杂，电压失稳事故的发生频率与日俱增。应用分支理论对电力系统电压稳定性的研究，在国内外相对较少，其中最常见的分叉点主要有两种，分别为SNB和HB，这两个分岔点对于电力系统电压稳定性来说十分关键。有助于电压失稳问题物理机理的研究。在基于分支理论探究电力系统电压稳定性阶段，还要使用一种分岔软件，这个软件的研发基础是windows操作系统，这个软件的应用，有利于降低分析电力系统电压稳定性的难度，可以为电力系统电压稳定性的研究，创造有利的条件。
　　3.1 分岔分析软件
　　随着分岔理论的日渐完善，分岔分析软件也实现了快速的发展。其中最常用的软件为AUTO和MATCONT。其中，在分析电力系统电压稳定性时，AUTO软件取得了广泛的应用，究其原因，主要是研究人员可以借助该软件，追踪计算分岔点，为电力系统电压稳定性的分析研究，提供了一个新的方向，并创造了有利的条件。但是这种软件却存在天然的劣势，这款软件无法适用于windows操作系统，因而加大了使用的难度。因此，在实际工作过程中，这款软件只能在特定情况下使用，在分岔分析中的使用相对偏少。
　　而MATCONT软件的基础是windows系统，因此，该软件与AUTO软件相比，在使用上较为便捷，并且该软件集多种功能于一身，将其应用于电力系统电压稳定性分岔分析之中，取得的优势十分显著。可以使用该软件对各种分岔点进行计算。与AUTO软件相比，这款软件具有更多的功能，且使用更为便捷。 　　3.2 分岔理论分析电力系统电压稳定性的具体流程
　　电力系统的电压在运行过程中，如果从稳态变为分岔，电压稳定性就会受到影响，会出现电压失稳，此时，通过分岔理论的使用，可以准确分析导致电压失稳的因素[2]。
　　平衡解流形，能够对电力系统随参数改变而发生变化的情况进行表现，对其进行追踪，有利于计算电力系统各岔点的结果，继而得到正确的解题答案。在电力系统电压稳定性探究中应用分岔理论的关键点在于，对平衡解流形的追踪，只有保证追踪的有效性，方能了解和掌握电力系统处在负荷工作状态下，其内部电压的变化情况，继而根据所掌握的内容，对负荷点附近的电压和极限功率进行直观化的描述，在预防电力系统电压失稳方面的作用十分显著，同时也是分岔点搜寻的基础。如果解题答案，能够满足平衡点集合，就可以保证追踪平衡解流形的有效性。
　　目前，在计算平衡解流形时，主要是通过参数化方法的使用，将其转化为方程，然后选择一个点，并将其作为初始点，通过切线法以及割线法的使用，对平衡解流形上的点进行准确的预测，并在此基础上，对其进行校正处理，以保证预测结果的准确性，不断重复上述步骤，继而对平衡解流形进行求取。在这一过程中，步长的选择，会对计算时间和准确性造成决定性的影响[3]。
　　4 基于分支理论的电力系统电压稳定性仿真性研究
　　为了对上述计算流程进行合理的验证，本文选择实验的方式，建立仿真模型，以保证计算的准确性。
　　4.1 追踪平衡解流形
　　研究人员可以将电力系统参数代入到平衡解流形的公式之中，经过计算求解后，可以将公式转化为方程组，并且这个方程组能够对系统动态特征进行反映，在此基础上，即可对电力系统电压稳定性进行分析仿真分析。
　　4.2 电压仿真分析
　　根据上面的计算结果，可以对电力系统各负荷阶段的电压变化情况进行准确的判断和仿真分析。
　　第一，在电压尚未分岔的阶段，电力系统中的电压变化较小，趋于稳定。尽管受到扰动，但并不会导致电压失稳问题的发生。第二，如果电力系统受到干扰，那么电压就会在特定的节点内发生波动，分岔情况会随之出现。第三，随着分岔点处电压不断降低，崩溃现象出现的概率会随之极大，电压稳定性会受到不利的影响。
　　由上述分析得知，基于分支理论中的分岔分析方法和时域仿真研究方法，可以对电力系统电压稳定性进行准确且有效的分析，且计算量较少。
　　5 电力系统未来发展方向
　　通过上述分析得知，电力系统电压失稳现象的实质就是分岔，而电力系统分岔可以被分为两种，一种是静态分岔，另一种是动态分岔，而本文研究的分岔内容，只是电力系统分岔中最为简单的一种，基于分支理论探究电力系统的电压稳定性任重而道远。在未来研究中，应该做好以下几方面的工作：
　　（1）对分岔算法进行优化，充分发挥计算机软件的优势，对分岔点取值方法进行完善，降低取值和计算的难度。
　　（2）对数学模型进行完善，现阶段分析电力系统电压稳定性时，经常会假设一些条件，但是假设条件的背景却过于理想化，与电力系统实际运行情况存在偏差，致使模型准确性受到不利影响。因此，研究人员应该在未来重视对数学模型的完善。并借助分支理论对导致电压失稳现象的原因进行深入探索，在此基础上，制定有效的解决措施，避免电压失稳问题的出现，从而保证电力系统的稳定运行[4]。
　　6 结语
　　在社会经济高速发展的背景下，我国电力事业实现了快速发展，电力系统的规模、覆盖范围也不断加大，与此同时，电负荷及负荷密度呈快速增加的趋势，容易对电压稳定性造成影响，继而导致电压失稳的现象，这种现象一旦出现，就会对电力系统的正常运行造成影响。如何采用有效的方法，对电力系统电压稳定性问题进行分析和探究，成为了人们重点关注的问题。本文基于分支理论，通过分岔分析方法和时域仿真分析方法的使用，对电力系统电压稳定性进行了研究，并取得了良好的研究成果，从而为电力系统的优化和完善，提供了理论依据。
　　参考文献
　　[1] 張孝乾.含风电场的电力系统静态电压稳定性研究[J].电工技术，2018（24）：111-114.
　　[2] 李宪华.电力系统电压稳定性研究[J].科学咨询（科技·管理），2018（12）：57.
　　[3] 章熙，贺先强，覃海，等.一种基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标[J].电测与仪表，2018，55（21）：9-13.
　　[4] 胡健，付立军，马凡.基于突变理论的独立电力系统电压稳定性分析[J].电工技术学报，2018，33（20）：4855-4863.
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