关键词：电力系统；电压稳定；弱节点集1引言天津市是我国四大直辖市之一。天津电网地处（北）京（天）津唐（山）电网的中心，它的安全和稳定运行直接关系到整个华北地区电网的安全与稳定。天津电网处在华北电网的受端，随着经济的发展，受用电量增加而电力走廊紧张等因素的影响，天津地区存在着导致电压不稳定的隐患。本文针对天津电网的实际情况，利用连续潮流[1]、模态分析[2]和电压稳定指标[3]，对天津电网运行情况进行了深入分析，以期弄清天津电网电压稳定性的现状及薄弱环节，为天津电网更为安全经济的运行提供指导。2天津电网简介截止到2000年2月，天津电网装机总容量已达5116MW，可调出力为4837MW，其中燃油机组容量为1015MW，占总装机容量的20.8，其它均为燃煤机组。公司直属电厂4座，容量为3467MW，华能控股电厂1座，容量为975MW，地方及企业自备电厂22座，合计容量为673.4MW。正常运行情况下，负荷考虑为3483MW(由天津调度局提供)，占华北电网总供电负荷的14.63。
天津地区现有500kV变电站2座（津北站和吴庄站）、500kV输电线路4条（盘山-津北、盘山-安定、津北-安定和津北-吴庄）；220kV网络已形成3个双环网结构，分别是：①紧靠市区的津北‑杨厂-吴庄-双港-张贵庄-卫国道环网，②市区外围的津北-杨厂-吴庄-上古林-民生村环网，③毗邻天津市区的津北-杨厂-吴庄-上古林-葛沽-孟港后-汉沽环网；110kV及以下线路开环运行，电压等级覆盖500kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV和6.6kV。此外，天津电网还装配有较多的无功补偿装置。
天津电网主要通过两个界面与华北电网联系。界面一（记为ITF1）：由两条500kV线路，经安定和盘山与北京地区相连，即津北-安定和津北-盘山；界面二（记为ITF2）：由两条220kV线路，经韩城与唐山电网相连，即汉沽-韩城Ⅰ、汉沽-韩城Ⅱ和宁河-韩城。
本文分析中所用的数据取自华北电力调度局2000年度运行方式分析报告（天津部分），共包括1658条母线、161台发电机和2116条线路。针对天津电网的特点和研究需要，在分析中，取天津地区为内部系统，将其余处理为外部系统。3电压稳定性分析3.1正常运行状态负荷连续增长的情况
考虑发电机的功率（有功和无功）极限和分组投切补偿装置，从基态开始同比例地缓慢增长天津地区负荷，步长为5MW，在天津地区（总）负荷Ptj=4989.33MW时系统失稳，系统裕度为1506.33MW，在失稳点附近，电压最低的母线依次为：军粮11、津三11、唐官11、陈热11和双港11，图1给出了这几个母线的电压变化情况，图中的放大部分，由上到下的曲线依次对应：双港11、陈热11、唐官11、津三11和军粮11。考虑到母线电压的下限（幅值不低于0.9pu），天津电网的实际裕度在1000MW左右。为讨论方便，下边计算中给出的裕度均为理论计算值。表1给出了系统在负荷增长过程中，界面潮流的变化情况（单位：有功MW、无功Mvar，下同）。由图1、表1和上述分析可看出以下几点：
（1）在负荷增长过程中，系统存在一些薄弱环节，电压失稳首先由这些节点开始，且在失稳过程中，它们的表现规律相似，本文称之为电压稳定弱节点[3,4]。它们一般由一些联络较弱的负荷节点组成，在潮流方程鞍节点附近往往对应于系统内电压最低的节点。当系统失稳过程中这种低电压节点数不止一个时，即对应于系统的弱节点集。图1示出了弱节点集电压幅值的变化情况。（2）长距离输电时，在轻载情况下，线路对地电容向系统注入大量无功，而在重载情况下，线路本身大量消耗无功。正是由于在重载情况下，系统设备和线路大量消耗无功，造成局部无功的大量短缺，被认为是电压失稳的重要诱因。
3.2与华北电网联络的界面出现故障的情况
主要考虑以下几种可能的故障情况：①一条500kV联络线停运；②一条220kV联络线停运；③一个界面停运（一条线路检修，另一条线路出现故障）。计算结果见表2至表4，从中可以看出：
（1）为保证天津电网在出现任何单一故障时不致失稳和保证关键节点电压幅值不越限（≥0.9pu），正常运行时天津地区总负荷应小于4400MW（裕度约为1000MW），经由界面一和界面二的潮流总量应小于1800MW。
（2）由于天津地区地处华北电网的受端，大量负荷通过ITF1和ITF2两个界面从外部系统输入，因而两个界面上的任何故障都对系统产生重要影响，如界面一中的任何一条联络线停运，都会使系统稳定极限降低约400MW；如果界面一中一条线路检修时，另一条线路出现永久性故障，则系统在基态情况下就不能正常运行，需要甩掉7的本地负荷以维持系统稳定。从长远发展角度看，在天津新建大型发电厂的可能性很小，因而解决天津存在电压失稳隐患的最根本方法是增加与外部系统的联络。
（3）在实际发生的电压失稳事故中，一个重要的原因就是关键设备连续出现故障，因而在进行电压稳定性分析时，除进行传统的N－1校验外，还应考虑N－2甚至更严厉的故障校验。
3.3线路、母线和发电机出现单一故障的情况
主要研究了以下3种单一故障的情况：220kV及以上线路出现单一故障，计算结果见表5；220kV及以上母线出现单一故障，计算结果见表6；天津地区某一台发电机发生故障的情况，计算结果见表7。进一步，利用改进的电压稳定指标LI和模态分析技术，求解系统在表5~7中的各种故障时的弱节点集[3,5]，并统计各母线作为弱节点出现的次数。
（1）天津地区500kV线路和220kV线路已经形成电磁环网。环[1][2]下一页
