探析电动机负荷的静态电压稳定

李本瀚

【摘 要】近年来，随着电力能源需求量不断增加，电力系统的容量以及电网互联日益扩大，电力系统越来越复杂，其运行状态已经无限接近于电压稳定极限，众多电力事故通常都是由于电压失稳导致的。文章分析了电动机的静态电压特性以及连续潮流算法的改进，并进行了仿真算例分析，以供参考。

【关键词】电动机 负荷 静态电压稳定

电动机负荷时电力负荷的重要组成部分，近期的电压稳定研究中，人们逐渐的认识到负荷对静态电压稳定的重要性，并对影响静态电压稳定的因素进行了众多研究，对静态电压特性计算的方法包括灵敏度分析法、特征值分析法、奇异值分析法以及非线性规划法等。文章将电动机的负荷模型应用在连续潮流计算中，并且随着负荷增长方式的变化，负荷功率因素也发生变化，更能够准确、真实、及时的反映负荷的实际状况。

1电动机的静态电压特性以及连续潮流算法的改进

1.1电动机的静态电压特性分析

文章以某电动机为例，该电动机的静态电压参数表示为：P=2、α=0.15、Tj=2.0、s0=0.0116p.u.、Xm=3.5p.u.、Xr=0.12p.u.、Rr=0.02p.u.，通过改变电压可以绘制该电动机的静态电压特性曲线，如图1所示。由图1可知电动机静态电压特性的特点主要包括以下几个方面：电动机在正常状态时，随着电压降低，电动机的功率会降低，而无功功率则先降低后上升，具有“凹型”变化的特点；当电压降低至0.56p.u.时，无功功率明显上升，有功功率则快速下降；当堵转后，随着电压的降低，无功功率与有功功率均降低，并且有功功率远远小于无功功率。由此可见，在描述电动机的静态电压特性时，不能应用任何静态负荷模型，传统的连续潮流算法中，只考虑了静态负荷，对静态电压稳定性计算结果的准确性产生影响，需要对连续潮流算法进行改进。

图1 电动机静态电压特性曲线

1.2连续潮流算法的改进分析

传统的连续潮流算法并没有考虑到电动机负荷，这与实际状况是不相符的，因此文章对连续潮流算法进行了改进，改进之后的连续潮流算法表现为：

（1）对于各个节点的基态电压（U0），应该根据电网的原始数据进行计算。

（2）设定负荷增长方式、步长等，通过参数化预估各个节点的电压（U′），连续潮流预估过程中应该考虑一下几种状况：

①全系统负荷增长，负荷表现为： （公式1）

②系统中某个区域的负荷增长，负荷表现为： （公式2）

③系统中某个节点的负荷增长，负荷表现为： （公式3）

公式中：PL表示负荷有功功率；QL表示负荷无功功率；Psi表示第i个节点的静负荷有功功率；Pdi表示第i个节点的电动机负荷有功功率；Qsi表示第i个节点的静负荷无功功率；Qdi表示第i个节点的电动机负荷无功功率；nsestem表示全系统；nzone表示区域。

（3）校正预估潮流。电网在正常运行的过程中，节点负荷主要包括两个部分，即电动机腐恶与静态负荷，电动机模型在采用连续潮流算法时，应该注意以下两个方面：一方面，如果电动机发生堵转，必须立刻关闭电动机，并停止计算；另一方面，状态变量wr、E′q、E′d通常不会发生突变，因此，当电压出现变化时，经过一段时间之后状态变量才会进入到新的稳定状态，因此，当电压出现变化时，应该等状态变量进入新的稳态，并将此事的电压当做状态变量的初值。

2电动机负荷的静态电压仿真算例分析

文章以电动机的某节点系统为例，分析电动机不同负荷模型、电动机参数对静态电压稳定造成的影响，具体表现为以下几个方面：

2.1电动机参数的影响

分别将电动机参数PMP、Tj、s0、Xm、Xr、Rr等增加15%，观察各个参数变化对静态电压稳定的影响，电动机参数对静态电压稳定的影响如表1所示。通过变动各种参数，参数对临界电压的影响相对较小，电动机比例PMP对极限λmax的影响非常明显，并且随着PMP的降低，静态电压稳定性随之增高。

表1 电动机参数对静态电压稳定的影响

变化的参数 ΔUcr Δλmax

PMP +1.80% -5.40%

Tj 0 0

s0 +1.82% +0.11%

Xm -1.64% +0.83%

Xr +1.66% -0.75%

Rr +0.56% +0.252%

2.2负荷类型的影响

对三种不同负荷类型进行分析，三种不同负荷类型静态电压稳定的对比分析如下所示：（1）由电动机和恒阻抗组成的负荷，将恒功率负荷转变成电动机负荷；（2）由静态负荷组成的负荷，将节点分为以下三种，即Ⅰ类节点：负荷组成为30%恒功率负荷+70%恒阻抗负荷；Ⅱ类节点，负荷组成为50%恒功率负荷+50%恒阻抗负荷；Ⅲ类节点：60%恒功率负荷+40%恒阻抗负荷；（3）由恒阻抗组成的负荷。当全部采用恒阻抗模型时，电动机不存在电压稳定问题，采用电动机与恒阻抗、静态负荷组成的负荷，临界电压差别相对较小，并且电动机与恒阻抗的静态电压稳定性比静态负荷的稳定性好，导致该种现象的原因是电动机的电压降低，在降低至堵转电压之前，发电机的无功功率呈现“凹型”，也就是恒功率负荷超过无功功率负荷。

3结语

（1）文章针对连续潮流算法的改进，不仅计算方法简单、易于实施，并且采用该种算法的计算结果更加符合实际状况。（2）通过计算不同负荷模型对静态电压稳定性影响的分析，结果表明电动机和恒阻抗负荷模型与静态负荷、恒阻抗组成的负荷模型相比，其静态电压稳定性更好。（3）时间常数对于电动机负荷静态电压稳定性的影响相对较小，电动机比例对静态电压稳定性具有明显的影响，并且随着电动机比例的下降，静态电压的稳定性会随之上升。

参考文献：

[1]伍利，南海鹏，姚李孝.实际负荷变化模式下的静态电压稳定分析[J].电力系统及自动化学报，2014，26（5）：50-54.

[2]任杰桢，鞠平，赵娟，余一平，孙建华，梁伟.考虑电动机负荷的静态电压稳定分析[J].电力自动化设备，2014，34（5）：139-144.

[3]牟晓明，李志民.一种计算电压稳定边界的两阶段潮流方法[J].电力自动化设备，2013，33（3）：72-77.

[4]户秀琼，严伟，余娟 等.交直流系统的静态电压稳定预防控制[J].电力自动化设备，2013，33（1）：35-39.