摘要 ： 电力系统电压稳定性是电力工程界的研究热点之一，近年来随着负荷特性的不断变化，迫切要求建立系统动态模型来研究电压稳定性方面的行为特征。本文应用 FORTRAN 语言搭建有低压保护空调负荷模型和无低压保护空调负荷模型，选取了时域仿真法中的长期动态分析的准稳态方法，通过在 标准节点 IEEE39 的 10 机 39 节点 的静态弱节点 接入两种空调负荷和恒阻抗负荷比例的不同进行仿真，得到负荷与电压之间的动态关系， 总结出如下结论：与恒阻抗负荷相比，空调负荷对系统的动态电压稳定影响较大，且 空调负荷所占的比例越大，系统的动态电压稳定度越差 ， 这在一定程度上说明，动态成分计及的越多，动态电压稳定性越差 ；无低压保护空调在电压恢复时对系统影响巨大，甚至会使系统崩溃 。

 

1 引言

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对电压稳定均起着重要的作用。在影响电压稳定性的诸多因素中 , 负荷特性是最活跃、最关键、最直接的因素 , 它从很大程度上决定了电压失稳和电压崩溃的进程 [1][2] 。而空调负荷在电力系统负荷中所占比例之大，空调类负荷中的感应电机转动惯量比较小，并且在受到扰动时机械力矩是一个恒转矩，和转速的关系比较小，在系统故障时没有低压保护的空调堵转后会仍然挂在系统中，继续吸收大量的有功、无功，是对电压稳定影响较大的一种负荷 [3][4] 。

由于空调群建模需要考虑更多因素，如空调启动时间不同，堵转时间不同，是否有低压保护等，导致目前针对空调群的负荷模型研究很少，空调对电压稳定的影响也大部分停留在单台空调特性的影响。另外，在系统电压恢复期间空调的停机对电网影响还没有进行单独的研究。

本文建立了空调数学模型，并应用 FORTRAN 语言搭建空调负荷模型，利用 PSS/E 仿真软件研究空调负荷对动态电压稳定的影响。

 

2 空调模型的搭建

2.1 无低压保护模型

对于无低压保护的空调建模可以分为四种情况：一为电压跌落不是特别严重 （），空调尚不停机；二为电压跌落严重导致电机堵转 （）；三为当电压恢复至 后产生冲击电流；四为冲击后达到稳定状态。

空调重新启动，对于电力系统分析并没有必要过分详细描述其动态 , 可用一指数函数来近似拟合功率振荡下降的包络线，这对于电压稳定分析是可行的 [5] 。

在冲击模型中，电压恢复至 后，延迟时间 3~5 秒空调重新启动，在 0.3 ~ 0.5s 之内就平息，达到稳定状态。其中 是冲击功率倍数，为功率衰减时间常数。本文假设空调延迟 3s 后同时重启，且 冲击过程持续 0.3s 。应用 FROTRAN 语言搭建空调模型的流程图如下图：

 

 

2.2 有低压保护模型 

对于有低压保护的空调建模则分为两种情况：一为电压跌落不是特别严重 （）空调尚不停机；二为电压跌落严重导致保护动作，空调自动断电 （）

当电压跌至 后 0.1s 空调自动从电网切除，不存在电压恢复空调启动特性。应用 FROTRAN 语言搭建空调模型的流程图如下图：

 

1 空调特性对动态电压稳定性的影响

负荷的动态特性是影响电压稳定的主要因素，考虑到系统运行在接近临界状态时，临界负荷的动态特性对电压稳定的影响最大。因而在实际计算中，可首先利用静态方法求得弱电压节点，通过在弱电压节点引入动态负荷，可突出这种负荷的动态特性对电网的影响，使该节点的电压与负荷的关系更接近系统的实际情况。

 

本文应用模态分析法求得测试系统 IEEE39 的弱电压节点为 BUS-7 ，故本文将针对 BUS-7 研究空调负荷对动态电压稳定的影响，其余节点均看作是恒阻抗负荷。下面将从两方面进行仿真：

1 ）在弱节点处分别接入恒阻抗负荷、无低压保护空调负荷和有低压保护空调负荷进行仿真，并且每次仿真都在相同时间设置相同故障，研究空调负荷与恒阻抗负荷相比在同一节点相同故障过程中对动态电压的影响的差异；

2 ）在弱节点处按照相同比例接入恒阻抗负荷、无低压保护空调负荷和有低压保护空调负荷进行仿真，研究空调负荷与恒阻抗负荷相比在相同的电压变化过程中对负荷变化的差异。

 

3.1 BUS-7 接入单一负荷

将 BUS-7 分别接入恒阻抗负荷、无低压保护空调负荷和有低压保护空调负荷进行仿真，并每次仿真均按照如下操作设置故障：系统稳定运行 1s 时对 BUS-28 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除； 10s 时对 BUS-16 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除； 25s 时对 BUS-10 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除。

图 3-1 BUS-7 接入不同单一负荷时的电压随时间的变化曲线

 

图 3-2 BUS-7 接入不同单一负荷时的有功功率随时间的变化曲线

 

由图 3-1 和图 3-2 分析可知：接入恒阻抗负荷时，虽然受到各种扰动，但电压基本上就在额定值附近波动；而接入空调负荷时，受到扰动时电压骤降，且波动大，当电压降低到一定程度时无低压保护空调堵转，负荷下降至 0 并在电压恢复一定值时空调重新启动对电压产生冲击，而有低压保护的空调在电压低于一定值时自动切离系统，电压恢复。 

 

3.2 BUS-7 按照相同比例接入三种负荷 

将 BUS-7 的负荷均分为恒阻抗负荷、无低压保护空调负荷和有低压保护空调负荷进行仿真，按照如下操作设置故障：系统稳定运行 1s 时对 BUS-28 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除； 10s 时对 BUS-16 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除； 25s 时对 BUS-10 设置三相短路故障，持续 5 个周波后故障清除。 

图 3-3 BUS-7 的电压和有功功率随时间的变化曲线 

由图 3-3 分析可知：当系统受到扰动且 时，两种空调负荷值波动较恒阻抗负荷值大；当 时，有低压保护空调切离系统，无低压保护空调负荷值波动大于恒阻抗负荷值；当 时，无低压保护空调堵转，负荷降至 0 ；在电压恢复至 时无低压保护空调重启对系统产生 8 倍左右的冲击。

 

 

4 结束语

通过上述研究，可以得到如下结论：

1 ）对于同一系统，接入相同负荷值不同的负荷性质且时，恒阻抗对系统电压影响较小，两种空调负荷对系统电压影响一致偏大；当 时，有低压保护空调切离系统，电压迅速恢复，无低压保护空调对电压的影响大于恒阻抗负荷；当 时，无低压保护空调堵转且在电压恢复至 时重启对系统产生 8 倍左右的冲击，其对系统的影响远远超过恒阻抗负荷。

2 ）空调负荷所占的比例越大，系统的动态电压稳定度越差。这在一定程度上说明，动态成分计及的越多，动态电压稳定性越差。

研究中发现，许多问题还可以做进一步的探讨，如在对空调特性进行研究时，未考虑变频和有电加热的空调特性，这种空调在未来的市场将占有较大比重，在以后的工作中应着重研究。

 

 

参考文献

[1] 刘益青，陈超英，梁磊，刘利．电力系统电压稳定性的动态分析方法综述．电力系统及其自动化学报． 2003 年第 15 卷第 1 期

[2] Yu Yaonan ， Zhang Wenjie. Simulation of Power System Voltage Stability Including Load and System Dynamics 。电网技术， 1995(11) ： 6- 1 1

[3] Williams B R ， Schmus W R ， Dawson D C. Transmission Voltage Recovery Delayed by Stalled Air Conditioner Compressors ． IEEE Trans ． On PWRS ， 1992 ， 7(3) ： 1173-1179

[4] Shaffer J W. Air Conditioner Response to Transmissions Faults ． IEEE Trans. On PWRS, 1997, 12 (2) ， 614-618

[5] 李育燕．空调负荷的特性分析与建模． ( 硕士学位论文 ) ．南京，河海大学研究生部， 2004 .

作者简介：

崔宏海（ 1982- ）， 女，辽宁锦州，硕士研究生，助理工程师，研究方向为电力系统分析、运行与控制。

杨京燕（ 1952- ），女，河北保定，教授，硕士生导师，研究方向为电力系统分析、运行与控制，电力系统自动化技术。