目前我国正处于经济快速发展时期，电力系统也进入了大电网，超高压，大机组，远距离的时代，但电力建设普遍滞后于经济发展水平，并且此状况还将长期存在，这迫使电力系统时常运行于接近极限传输能力的状态。因此，在目前形势下，借鉴国外恶性电压崩溃事故和我国以往局部电压失稳的经验和教训，研究电压崩溃发生的机理，电压稳定安全指标，电压稳定预防和控制措施，对于避免电压崩溃事故的发生有着及其重要的意义。

中长期电压稳定的一般时间为几分钟，也有的长达数十分钟，典型的为2到3分钟，运行人员还来不及参与。长期电压稳定与电力系统对严重扰动的响应相关。所谓严重的扰动既是使频率、电压、潮流产生较大或长期持续的偏移，以至引起一些缓慢变化过程、保护系统和控制动作的扰动，这些行为在常规的暂态稳定研究中是不模拟的。

长期电压稳定的焦点包括高负荷、从远端发电机的高功率输入和突然的大扰动。如果负荷对电压敏感，则系统是暂态稳定的。扰动（在负荷区掉大的发电机或主要传输线）导致高的无功损耗和在负荷区的电压降，主干功率传输LTC变压器的分接头和配电电压校正器监视低压侧并且要恢复配电电压，因此也就恢复了负荷功率水平。负荷的恢复导致传输线电压的更进一步降低。附近的发电机过励磁或过负荷，但是过励磁 限制器（或电厂运行员）限制电枢电流在时间过负荷能力（1到2分钟）期望的额定值。发电机还要更多的提供无功，这样做的效率并不高。发电与输电系统不能再更多的提供负荷和无功损耗，接着电压迅速下降。部分或全部电压崩溃就发生了。最后的阶段可能要包括感应电机停转或者保护继电器动作。崩溃是局部或全局的取决与负荷的类型（包括电压解列方式）。

按研究中采用的模型来划分，电压稳定性研究方法可分为两大类别，一类是基于传统或改变潮流方程的静态研究，另一类是基于微分代数方程的动态研究。

从国内外的文献可以看出，在上个世纪八十年代以前的电压稳定性的分析除了线性化系统分析以外基本上都是静态的分析方法，而且一般分析的系统规模比较小，应用的分析方法有潮流分析、P-V曲线、V-Q曲线以及模态分析等。随着计算机技术的发展，逐渐出现了大规模的计算机电力系统动态仿真程序，从开始以T.Van Cutsem为代表的准静态假设快速动态仿真到全动态仿真，统称为时域仿真。

3.1 静态分析方法

目前有关静态电压稳定性的研究都是基于潮流方程或经过修正的潮流方程的（例如扩展到发电机内节点的潮流方程）。这是因为，一方面许多学者认为电压稳定是一个潮流是否存在可行解的问题；另一方面静态分析技术比较成熟，容易给出电压稳定裕度指标和其对状态变量的灵敏度信息，从而便于对系统进行监控和优化调整。

3.2 动态分析方法

电压稳定问题本质上是一个动态问题，系统中的诸多动态因素，如发电机及其励磁控制系统、负荷动态特性、OLTC动态、无功补偿设备特性、继电保护动作情况等，对电压稳定均起着重要的作用。只有在动态分析下，这些因素对电压稳定的影响才能充分体现，这对于深入了解电压崩溃的机理，电力系统稳定性的本质，以及检验静态分析的结果都具有十分重要的意义。这一类分析方法主要包括小扰动法分析法、时域仿真法、分岔理论等。

3.2.1 时域仿真法

基于非线性动态方程和约束方程的时域仿真方法可以全面考虑到系统元件的各种特性和约束，因而在暂态电压稳定分析和较长期电压稳定分析中都有应用，是研究电压崩溃现象的机理、过程以及检验其他电压稳定分析方法的正确性的有力工具，用它可以分析失稳机理，研究扰动后的电压稳定性。

目前用时域仿真法研究电压稳定问题时存在如何精确建立系统模型的问题。首先，Taylor在1994年的著作【18】中指出，电压稳定问题实际上就是负荷稳定的问题，因而如何建立能恰当地反映电压稳定问题物理本质的负荷模型尚需深入研究。其次，电力系统电压稳定问题涉及电力网上的电容补偿器，因此应将结构保留到10KV，对这么大的一个系统，要想将其全范围、全过程详细地描述出来，难度很大。另外，时域仿真法研究电压稳定问题时还存在计算时间过长，实时性差，累计误差可能使结果不可靠等缺点。

3.2.2分岔理论

电力系统是一个大容量、多连接、运行在非常接近极限状态的非线性系统，其稳定性问题实质上属于非线性动态系统稳定性问题。分岔理论是对非线性动态系统进行结构稳定性机理分析的有力工具。主要研究系统随参数改变而引起的解的结构和稳定性的变化过程【19】。

分岔分析不直接求解描述系统的微分代数方程组，它考虑系统的平衡点数目以及稳定性随参数的变化，从而进行系统的稳定性判别。它可以得到系统在某个中间过程经历参数扰动后是否能保持稳定的结论，这一点类似于小干扰分析。利用分岔曲线能判断系统当前的稳定裕度，还能获得系统的失稳模式，这对系统失稳机理的分析是很有裨益的。同时分岔理论在一定程度将电压稳定分析中的静态分析方法和动态分析方法联系起来，提供了统一的数学分析基础。

电压水平的控制是通过全系统中控制无功功率的产生，吸收和传输完成的。发电机提供了电压控制的基本手段；自动电压调节器控制励磁电流以保证发电机端电压在给定水平上。通常在系统中需要另外的手段来控制电压。用于这个目的的装置如下：

 无功功率源, 例如并联电容器、并联电抗器、同步补偿机和静止无功补偿装置（SVCS）。    

 线路电抗补偿装置，如串联电容。

 可调变压器, 如可调分接头变压器及升压器。

并联电容器和电抗器，以及串联电容器提供被动补偿。它们或永久连接在传输和配电系统上或用开关连接。它们用改变网络特性的方法对电压控制起作用。同步补偿机和SVCS提供主动补偿；它们所吸收/提供的无功功率是自动调节的，以使得它们所连接的节点电压不变。它们和发电机一起维持了系统特定点的电压。系统中其他点的电压是由各种电路元件上通过的有功功率和无功功率以及被动式补偿装置所决定的。

4.1 系统设计措施

(1) 应用无功功率补偿装置

不同形式的无功补偿装置对电压稳定性的作用不同，必须选用合适的无功补偿装置保证足够的稳定裕度。无功补偿装置的大小、容量和地点的选择必须根据所有保证系统能满意运行的最为繁重的系统工况的详细研究确定。根据在事故后最大允许电压降低的设计原则通常不能满足从电压稳定性观点的要求。稳定裕度必须根据到不稳定的MW和MVAR的距离。从这一点考虑，找出电压控制区和薄弱输电边界是重要的。

(2) 控制网络电压和发电机无功输出

发电机VAR的负荷（或线路压降）补偿调节其高压侧或穿过升压变压器的一部分的电压。在许多情况下，由于这将恒定电压点电气上向负荷靠近，因此，对电压稳定具有有利影响。另外，发电机励磁的二次外环控制也可用于调节网络侧电压。这要比发电机端电压正常调节以减少上述两种控制的相反作用要慢的多。对于外环控制而言，大约10s的响应时间是适当的。一些电力公司开发了专门的方案以控制网络电压和无功功率。例如法国和意大利的电力公司（EDF和ENEL）正在开发“二次电压控制”方法以集中控制网络电压和发电机无功输出。东京电力公司具有一种供给无功的自适应控制。

(3) 保护/控制的协调

电压崩溃的一个起因是缺乏在设备保护/控制和电力系统需要之间的协调。适当的协调应当根据动态模拟研究来保证。跳开设备以防止过负荷应当是最后的手段。只要可能，就应提供适当的控制措施（自动或手动）在从系统切除设备以前来消除过负荷。

(4) 控制变压器分接头调节器

分接头调节可以就地或集中控制，以降低电压崩溃的风险。当分接头调整是不利的时候，一个简单的办法是当电源侧电压下降时，闭锁分接头调整；当电压恢复时，再恢复分接头调节。有几家电力公司再用这种办法。有可能采用一种改进的带负荷调节变压器分接头ULTC的策略。这些策略必须根据对负荷及配电系统特性的了解来研究。例如，降低供电给居民用电为主的变电站的电压，可以至少是暂时减少负荷。当负荷因自动或手动控制装置的动作而被提高时，这将最终被部分抵消。提高工业区负荷的电压并不有效的增加负荷（有功），但是却增加了与这些负荷连在一起的电容器的无功出力。基于微处理器的ULTC控制实际上提供了实现ULTC控制策略的无限灵活性，因此可以利用负荷的特性。当降低压侧电压可以提供缓解时，当一次电压降到一个门槛值以下时，低压侧电压可以被降低到一个指定的水平。另外，在保持二次电压有利时，应该用正常的ULTC控制。甚至有可能将电压提到稍高于正常水平。最好地策略取决于特定系统地特性。

(5)低电压切负荷

为了适应非计划的或特别严重的情况，有可能必须采用低电压切负荷措施。这类似于低频率切负荷，它已经成为应付导致发电缺额及低频率的特别严重条件的电力公司的普遍经验。切负荷提供了一个防止大面积系统崩溃的低成本的措施。特别是当导致不稳定的系统的工况及事故发生的概率低但可能导致严重后果时特别有用。被切除负荷的特性及地点对于电压问题比对频率问题更为重要。切负荷的措施应按区分故障、暂态电压降低及导致电压崩溃的低电压工况来进行设计。

4.2 系统运行措施

(1) 稳定裕度

系统应该在具有适当的电压稳定裕度下运行，为此必须适当的安排无功电源和电压的分布。目前还没有被广泛接受的裕度大小的选择办法及可以做为指标的系统参数。它们大都是随系统而定的，并且必须根据每个系统的特性来建立。如果不能用现有的无功电源及电压控制设施来满足所需要的裕度，就可能必须限制传输功率并启动其他机组以提供临界地区的电压支持。

(2) 旋转备用

必须由运行的发电机保证足够的旋转备用，如果需要，在中等和低励磁情况下，投入并联电容器，以保持所需要的电压分布。在每个电压控制区内，必须确定并保持所需要的储备。

(3) 调度员的作用

调度员必须能够识别与电压稳定相关的征兆，并采取相应的适当补救措施，如电压及传输功率控制，可能的话作为最后手段，可以切除负荷。必须建立防止电压崩溃的运行策略。在线监视和分析，识别潜在的电压稳定问题，及可能的补救措施对于电压稳定是非常有价值的。

本文从电力系统的整体出发，综述了影响电力系统中长期电压稳定的主要元件，分析了研究电力系统电压稳定各种方法的成果和存在问题，最后提出了维持电力系统的电压稳定的措施。从中可以看出，动态分析方法是研究电压稳定性必不可少的工具，它可以准确模拟电压失稳过程，详尽反映动态元件的作用，为失稳机理的解释提供数据，并且通过协调控制来维持系统的电压稳定。