1、第第7章章电力系统稳定运行电力系统稳定运行7.1电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性的基本概念n稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰以后，能否经过一段时间回到原来运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。如果能够回到新的运行状态，则认为系统在正常运行状态下是稳定的。反之，若系统的运行状态没有一个稳态值，而是随时间不断增大或振荡，则系统是不稳定的。7.1电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性的基本概念n电力系统静态稳定性电力系统静态稳定性:是指电力系统在某个运行状态下，突然受到任意的小干扰小干扰后能恢复到原来或者与原来很接近的运行状态的能力。n电力系统的暂态稳定性电力系统的
2、暂态稳定性:是指电力系统在某个运行状态下突然受到较大的干扰较大的干扰后能够过渡到新的稳定运行状态或者回到原来运行状态的能力。功角的概念功角的概念n单机无穷大系统单机无穷大系统总电抗：总电抗：由相量图可得：由相量图可得：两端同乘两端同乘dXV/2121TLTddXXXXXsincosqdEIXsindqeXVEP可得：并考虑cosVIPPe 功角的概念功角的概念n分析：当发电机电势分析：当发电机电势Eq和受端电压和受端电压V均为恒定时，传均为恒定时，传输功率输功率Pe是角度是角度的函数，因此的函数，因此成为功角或功率角。成为功角或功率角。而功率与功角之间的关系称为功角特性或功率特性。而功率与功角
3、之间的关系称为功角特性或功率特性。n 功角功角的物理含义的物理含义（1 1）表示电势和电压之间的相位差；）表示电势和电压之间的相位差；（2 2）表征各发电机转子之间相对空间位置（位置角）。）表征各发电机转子之间相对空间位置（位置角）。sindqeXVEP 功角的概念功角的概念n位置角位置角分析分析7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n7.2.1转子运行方程转子运行方程 dtddtddtd220ETJPPdtdT220电力系统稳定性分析的方法和步骤电力系统稳定性分析的方法和步骤n电力系统中各旋转元件的机电特性;即求解一组非线性微分方程和代数方程，得到发电机功角随时间变化的曲线摇摆曲线（
4、t）。n找出系统稳定判据进行判别。n问题关键是求解非线性微分方程组，现常采问题关键是求解非线性微分方程组，现常采用的方法：用的方法：1.数值解法数值解法逐步分析法（计算机时域仿真）逐步分析法（计算机时域仿真）2.简化法简化法非线性方程线性化（针对小扰动）非线性方程线性化（针对小扰动）3.直接法直接法李雅普诺夫能量函数法（针对大扰动）李雅普诺夫能量函数法（针对大扰动）7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n7.2.2发电机电磁转矩和功率n若同步电机基本方程式有:dqdddqXIUXIUE0qdXX7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n代入有功功率表达式，有:qqddqdqdEI
5、UIUjIIjUUIUP)()Re(sindqddddqqXUEUXUUXUEsindEXUEP7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n若用暂态电势表示的电流电压关系如下：qdXXqqdddqqXIUXIUE02sin2sin2dqdqdqEXXXXUXUEPq2sin2sin2dqdqdqEXXXXUXUEPqsindEXUEP 7.4简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定 发电机转子上转矩发电机转子上转矩必须平衡，发电机必须平衡，发电机才能稳定地与系统才能稳定地与系统同步运行；但转矩同步运行；但转矩平衡并不一定能稳平衡并不一定能稳定运行。定运行。a点和点和b点均为转点均为转矩
6、平衡点矩平衡点,但但 a是稳是稳定平衡点定平衡点,b点为不点为不稳定平衡点稳定平衡点.分析分析pe7.4简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定n分析分析15.3 15.3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念n分析结论分析结论(1)静态稳定性：电力系统在运行中受到微小扰动后静态稳定性：电力系统在运行中受到微小扰动后独立地恢复到它原来的运行状态的能力。独立地恢复到它原来的运行状态的能力。(2)功率特性的上升部分是静态稳定的，此时，电磁功率特性的上升部分是静态稳定的，此时，电磁功率的增量功率的增量PPe e和功角的增量和功角的增量具有相同的符具有相同的符号，即号，即0eP0ddPe简单电力系
7、统的静简单电力系统的静态稳定判据态稳定判据 负荷的静态稳定负荷的静态稳定n以一台异步电动机为例进行分析以一台异步电动机为例进行分析ssssMMcrcreemax2)(21maxXXEMdE负荷的静态稳定负荷的静态稳定n负荷稳定：在正常运行时受到扰动后能保持在某负荷稳定：在正常运行时受到扰动后能保持在某一恒定转差下继续运行的能力。一恒定转差下继续运行的能力。n在在a点，负荷稳定点，负荷稳定,转差增量转差增量ss与不平衡转矩与不平衡转矩MM具有相同的符号具有相同的符号,即即M/s0;M/s0;在在b b点点,负荷不稳负荷不稳定定,M/s0.,M/s0.n稳定判据稳定判据:0dsdME7.6 提高系
8、统静态稳定性的措施提高系统静态稳定性的措施n发电机向系统输送的功率极限愈高发电机向系统输送的功率极限愈高,则静态稳定性则静态稳定性愈高。因此，减少发电机与系统之间的联系电抗就愈高。因此，减少发电机与系统之间的联系电抗就可以增加发电机的功率极限可以增加发电机的功率极限 。n7.6.1 采用自动调节励磁装置采用自动调节励磁装置n7.6.2 减小元件的电抗减小元件的电抗 采用分裂导线采用分裂导线 提高线路额定电压等级提高线路额定电压等级 采用串联电容补偿采用串联电容补偿n7.6.3 改善系统的结构和采用中间补偿设备改善系统的结构和采用中间补偿设备 改善系统的结构改善系统的结构 采用中间补偿设备采用中
9、间补偿设备7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定 电力系统机电暂态过程特点电力系统机电暂态过程特点n暂态稳定性：电力系统受到较大的扰动之后各发电机是暂态稳定性：电力系统受到较大的扰动之后各发电机是否能继续保持同步运行。否能继续保持同步运行。n电力系统大扰动电力系统大扰动：1 1）负荷的突然变化）负荷的突然变化 2 2）电源）电源的突然变化的突然变化 3 3）发生短路故障发生短路故障（作为检验暂态稳（作为检验暂态稳 定的条件）定的条件）负荷变化后负荷变化后,系统内发电机机组有哪些调整系统内发电机机组有哪些调整?发电机调速系统会有哪些参数变化发电机调速系统会有哪些参数变化?对发电对发电 机有何影
10、响机有何影响?发电机励磁调节器的作用是什么发电机励磁调节器的作用是什么?7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定n电力系统受到大扰动后电磁参数要发生急剧变化电力系统受到大扰动后电磁参数要发生急剧变化发电机电磁功发电机电磁功率急剧变化率急剧变化大扰动大扰动发电机转发电机转速变化速变化转子上出现转子上出现不平衡转矩不平衡转矩功角功角变化变化功角功角变化变化7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定基本假设基本假设1.忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的转子电流的周期分量，即忽略了网络中应的转子电流的周期分量，即忽略了网络中各元件的电磁暂态过程各元件的电磁暂
11、态过程.2.发生不对称故障时发生不对称故障时,不计零序和负序电流对转不计零序和负序电流对转子运动的影响子运动的影响.3.忽略暂态过程中电机的附加损耗忽略暂态过程中电机的附加损耗.4.不考虑频率变化对系统参数的影响不考虑频率变化对系统参数的影响.7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析简单电力系统简单电力系统(单机单机无穷大系统无穷大系统)7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析各种运行情况下的功率特性各种运行情况下的功率特性7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析n系统正常运行：系统正常运行：n短路时：短路时：n短路切除后：短路切除后：2121TLTdXXXXXsinsin00mPXVEPXXXXX
12、XXTLTd)21)(21sinsin00mPXVEP21TLTdXXXXXsinsin00mPXVEPn一般情况下，一般情况下，XXPPn大扰动后转子相对运动大扰动后转子相对运动1.正常运行时运行点正常运行时运行点a，功，功角为角为0 0。2.2.短路时，工作点应在短路时，工作点应在P P曲曲线上。线上。3.3.短路切除后，工作点应在短路切除后，工作点应在P P曲线上曲线上P P。7.2.2 等面积定则等面积定则n从从0 0到到c c过剩转距所做的功为：过剩转距所做的功为：因发电机转速偏离同步转速不大因发电机转速偏离同步转速不大令令1 1ccdPdMWaaa00ccdPPdPWTaa00)(
13、II从从c c到到maxmax转子动能增量转子动能增量当满足当满足条件时，动能增量为零，发电机会恢复同步，条件时，动能增量为零，发电机会恢复同步，即：即：，这就是这就是等面积定则（等面积定则（equal-area criterion)equal-area criterion)。maxmaxmax)(cccdPPdPdMWTaab0)()(max0ccdPPdPPWWTTba|edfgabceAAn根据等面积定则，可以确定最根据等面积定则，可以确定最小摇摆角小摇摆角minminn当切除角当切除角c c一定时，有一个最一定时，有一个最大可能的减速面积大可能的减速面积A Adfseddfsed,如果
14、如果这个面积比加速面积这个面积比加速面积A Aabceaabcea小小,发电机失步发电机失步.n结论结论:最大可能的减速面积大最大可能的减速面积大于加速面积是保持暂态稳定的于加速面积是保持暂态稳定的条件条件.0)()(minmaxssdPPdPPTT求极限切除角求极限切除角:在某一切除角下，最大可能在某一切除角下，最大可能的减速面积等于加速面积，的减速面积等于加速面积，如果大于这个切除角，系统如果大于这个切除角，系统将失去稳定，这个角度为极将失去稳定，这个角度为极限切除角。限切除角。0)sin()sin(lim.lim.000dPPdPPcrccmmmmmcrmcrcPPPPP000lim.c
15、oscos)(arccos7.7.4 提高暂态稳定性的措施n提高发电机输出的电磁功率 对发电机施行强行励磁 变压器中性点经小电阻接地 电气制动n减少原动机输出的机械功率：对于汽轮机可以采用快速的自动调速系统或者快速关闭进气门的措施。n故障的快速切除和自动重合闸装置的应用7.7.4 提高暂态稳定性的措施 等面积定则的应用等面积定则的应用1.1.直接判断简单电力直接判断简单电力系统暂态稳定性系统暂态稳定性1.1.ABABAB,系统暂态不稳定系统暂态不稳定AB2.2.定性说明一些自定性说明一些自动装置对暂态稳动装置对暂态稳定的影响定的影响n三相自动重合闸重合过程分析3.3.定性说明一些自动装置对暂态稳定的影响定性说明一些自动装置对暂态稳定的影响n自动调速系统对暂稳的影响4.继电保护和开关设备快速响应对暂稳的作用继电保护和开关设备快速响应对暂稳的作用5.继电保护和开关继电保护和开关设备快速响应对设备快速响应对暂稳的作用暂稳的作用
