1、2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念115-1 15-1 概述概述15-2 15-2 功角的概念功角的概念15-3 15-3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念15-4 15-4 暂态稳定的初步概念暂态稳定的初步概念15-5 15-5 负荷稳定的概念负荷稳定的概念15-6 15-6 电压稳定性的概念电压稳定性的概念15-7 15-7 发电机转子运动方程发电机转子运动方程第十五章第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念电力系统运行稳定性的基本概念2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念2电磁暂态分析电磁暂态分析旋转电机的转速保持不变旋转
2、电机的转速保持不变假设假设暂态过程中的电流、电压的变化暂态过程中的电流、电压的变化机电暂态分析机电暂态分析重点重点研究研究转子机械运动规律转子机械运动规律电力系统的稳定性问题电力系统的稳定性问题重点重点保证电力系统稳定是电力系统运行的必要条件。保证电力系统稳定是电力系统运行的必要条件。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念3 在电力系统在电力系统发生故障或操作发生故障或操作后，将产生复杂的电磁暂后，将产生复杂的电磁暂态过程和机电暂态过程，态过程和机电暂态过程，电磁暂态过程电磁暂态过程主要指各元件中电场和磁场以及相应的主要指各元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变
3、化过程，电压和电流的变化过程，机电暂态过程机电暂态过程则指由于发电机和电动机电磁转矩的变则指由于发电机和电动机电磁转矩的变化所引起电机转子机械运动的变化过程。化所引起电机转子机械运动的变化过程。虽然电磁暂态过程和机电暂态过程虽然电磁暂态过程和机电暂态过程同时发生并且相互同时发生并且相互影响影响，但是要对它们统一分析却，但是要对它们统一分析却十分复杂十分复杂。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念4由于这两个暂态过程的由于这两个暂态过程的变化速度变化速度实际上相差很大，在工程实际上相差很大，在工程上通常近似地对它们分别进行分析。例如上通常近似地对它们分别进行分析。例
4、如：在在电磁暂态过程电磁暂态过程分析中，常不计发电机和电动机的分析中，常不计发电机和电动机的转速变化。转速变化。而在而在静态稳定性静态稳定性和和暂态稳定性暂态稳定性等等机电暂态过程机电暂态过程分析分析中，则往往近似考虑或甚至忽略中，则往往近似考虑或甚至忽略电磁暂态过程电磁暂态过程。只有在分析由发电机组轴系引起的次同步谐振现象，只有在分析由发电机组轴系引起的次同步谐振现象，计算大扰动后轴系的暂态扭矩等问题中，才不得不计算大扰动后轴系的暂态扭矩等问题中，才不得不同时考虑同时考虑电磁暂态过程电磁暂态过程和和机电暂态过程机电暂态过程。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
5、5本章框架本章框架2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念615-1 概述概述稳定问题的提出稳定问题的提出一、联网的必要性一、联网的必要性1.18311.1831年法拉第发明电磁感应定律，电能成为二次能源，就地使用。年法拉第发明电磁感应定律，电能成为二次能源，就地使用。2.18852.1885和和18901890年发明了单相变压器和三相变压器。年发明了单相变压器和三相变压器。3.18913.1891年出现了三相交流输电，远距离输电成为可能，出现了由发电机、年出现了三相交流输电，远距离输电成为可能，出现了由发电机、线路和负荷构成的最简单的电力系统。线路和负荷构成的最简
6、单的电力系统。4.4.由于实际运行中发现受端系统在缺乏电源支持的情况下非常薄弱，逐渐由于实际运行中发现受端系统在缺乏电源支持的情况下非常薄弱，逐渐出现了多电源点的互联运行，从而形成了早期的互联电网。出现了多电源点的互联运行，从而形成了早期的互联电网。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念7多个地区联网形成大型互联电网后：多个地区联网形成大型互联电网后：u有利于地区间电力的平衡和经济调度有利于地区间电力的平衡和经济调度u有利于安排机组的检修和事故备用容量有利于安排机组的检修和事故备用容量u有利于充分利用系统中廉价的水利资源有利于充分利用系统中廉价的水利资源u有利于实
7、现负荷点的多路供电以提高供电可靠性有利于实现负荷点的多路供电以提高供电可靠性u有利于提高系统的抗冲击能力有利于提高系统的抗冲击能力u有利于提高系统的供电质量有利于提高系统的供电质量由于互联系统在经济上的明显优点，电力系统互联的规模越来由于互联系统在经济上的明显优点，电力系统互联的规模越来越大，世界上最大的西欧联合电力系统总装机容量已超过越大，世界上最大的西欧联合电力系统总装机容量已超过2 2亿亿KWKW。联网的效益联网的效益2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念8 1880 1880年年7 7月，上海，第一台月，上海，第一台12KW12KW机组机组19491949
8、年，发电量年，发电量4343亿亿KWh KWh，装机容量，装机容量1848.6KW1848.6KW19991999年，发电量年，发电量12331.412331.4亿亿KWhKWh ，装机容量，装机容量2.982.98亿亿KWKW装机容量：装机容量：9696年超过年超过1 1亿，亿，9595年超过年超过2 2亿，亿，9696年开始排世界第二，年开始排世界第二，20002000年年4 4月超过月超过3 3亿亿 20042004年年4 4月装机容量达月装机容量达4 4亿千瓦亿千瓦 20202020年计划达到装机容量年计划达到装机容量9 9亿亿KWKW发电量：发电量：9999年比年比9898年增加年增
9、加6.52%,6.52%,目前也是世界第二位目前也是世界第二位目前最大的火电厂：邹县电厂，目前最大的火电厂：邹县电厂，240240万万KWKW目前最大的水电厂：二滩电厂，目前最大的水电厂：二滩电厂，330330万万KWKW 三峡电厂，装机容量三峡电厂，装机容量18201820万万KWKW ，将是世界最大，将是世界最大目前全国电网覆盖率：目前全国电网覆盖率：96.4%96.4%7 7个大区电网，华东网个大区电网，华东网51985198万万KWKW 5 5个独立省网，广东省网个独立省网，广东省网30333033万万KWKW我国电力系统发展历史我国电力系统发展历史2/3/2023电力系统分析 第十五
10、章 电力系统运行稳定性的基本概念9194019501960197019801990200035-110KV220KV330KV500KVHVDC?KV1953年松常线369KM1972年刘汉线534KM1981年平武线595KM1989年葛上线1064KM我国电力系统发展历史（电压水平）我国电力系统发展历史（电压水平）2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念10u电网互联技术可以合理利用能源资源，具有显著的经济电网互联技术可以合理利用能源资源，具有显著的经济效益，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了效益，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了一些新的问题。
11、一些新的问题。u随着电力网络互联程度的不但提高，系统越来越庞大，随着电力网络互联程度的不但提高，系统越来越庞大，运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也越来越大，使电网的安全稳定问题越来越突出。越来越大，使电网的安全稳定问题越来越突出。u在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切相关、在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切相关、在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺少必在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺少必要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能引要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能引起全系统的连锁
12、反应，甚至造成大面积的系统瓦解。起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解。二、电力系统稳定问题的提出二、电力系统稳定问题的提出2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念11三、稳定性概念三、稳定性概念n电力系统受干扰后，凭借系统本身固有能力和控制设电力系统受干扰后，凭借系统本身固有能力和控制设备的作用，在有限的时间内，恢复到原始运行状态或备的作用，在有限的时间内，恢复到原始运行状态或稳定到新的稳态运行状态。稳定到新的稳态运行状态。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念12稳定性示意图稳定性示意图稳定运行稳定运行暂态过程暂态过程失去稳定
13、失去稳定新的稳态运行新的稳态运行干扰干扰稳定稳定不稳定不稳定2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念13基本问题基本问题早期稳定研究的内容早期稳定研究的内容1.1.联网后发电机组是否仍能按如下额定功率顺利地送出功率，联网后发电机组是否仍能按如下额定功率顺利地送出功率，如果不能，应该如何确定发电机的最大允许输出功率如果不能，应该如何确定发电机的最大允许输出功率?2.2.线路可以传送的功率是否仍然只受经济电流密度和最大允许线路可以传送的功率是否仍然只受经济电流密度和最大允许电流电流(热稳定极限热稳定极限)限制，如果不是，应该如何确定线路允限制，如果不是，应该如何确定线路
14、允许的最大传送功率许的最大传送功率?3.3.线路出现短路或跳闸等事故时系统能否仍然正常运行，如果线路出现短路或跳闸等事故时系统能否仍然正常运行，如果不能，应该引入什么样的保护装置和或稳定控制装置不能，应该引入什么样的保护装置和或稳定控制装置?NNNNIUPcos四、电力系统稳定研究的内容四、电力系统稳定研究的内容2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念14随着电网互联规模的增大，不断出现大量随着电网互联规模的增大，不断出现大量新的稳定问题新的稳定问题：l如何在网络结构比较薄弱的情况下防止由于某一设备如何在网络结构比较薄弱的情况下防止由于某一设备或线路的故障产生连锁反
15、应，导致全系统的稳定事故；或线路的故障产生连锁反应，导致全系统的稳定事故；l如何防止长距离重负荷的联络线引起的低频振荡现象；如何防止长距离重负荷的联络线引起的低频振荡现象；l如何防止由于大型互联系统频率维持能力逐渐减弱且如何防止由于大型互联系统频率维持能力逐渐减弱且可能的有功冲击加大可能引起的频率稳定问题；可能的有功冲击加大可能引起的频率稳定问题；l如何防止带负荷调压变压器和无功功率缺额可能引起如何防止带负荷调压变压器和无功功率缺额可能引起的电压稳定问题。的电压稳定问题。对电力系统稳定问题的研究发展至今，已形成为一个研究对电力系统稳定问题的研究发展至今，已形成为一个研究内容日新月异、研究方法多
16、种多样、应用领域十分广阔的内容日新月异、研究方法多种多样、应用领域十分广阔的综合性研究领域综合性研究领域电力系统稳定研究的内容电力系统稳定研究的内容2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念15电力系统稳定性问题：电力系统稳定性问题：系统在某一正常运行状态下受系统在某一正常运行状态下受到扰动后能否恢复到原来的运行状态或过渡到新的稳到扰动后能否恢复到原来的运行状态或过渡到新的稳定运行状态的问题。定运行状态的问题。同步运行状态：同步运行状态：所有并联运行的同步电机都有相同的所有并联运行的同步电机都有相同的电角速度。是电力系统正常运行的一个重要标志。在电角速度。是电力系统正
17、常运行的一个重要标志。在这种运行状态下，表征运行状态的参数具有接近于不这种运行状态下，表征运行状态的参数具有接近于不变的数值，通常称为变的数值，通常称为稳定运行状态。稳定运行状态。同步发电机的转速决定于作用于其轴上的转矩的平衡。同步发电机的转速决定于作用于其轴上的转矩的平衡。转矩平衡与稳定性：转矩平衡与稳定性：转子上转子上转矩必须平衡转矩必须平衡，发电机才，发电机才能稳定地与系统同步运行；但转矩平衡并不一定能稳能稳定地与系统同步运行；但转矩平衡并不一定能稳定运行。定运行。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念16同步稳定性问题：同步稳定性问题：电力系统在运行中受到
18、电力系统在运行中受到微小的微小的或或大的大的扰扰动之后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题。动之后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题。这种稳定性是根据这种稳定性是根据功角功角的变化规律来判断的，因而又称的变化规律来判断的，因而又称功功角稳定性。角稳定性。稳定分类稳定分类静态稳定静态稳定 暂态稳定暂态稳定按电力系统承受扰动的大小，分为按电力系统承受扰动的大小，分为 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念17扰动大小扰动大小概念概念原因原因小干扰小干扰正常的负荷和正常的负荷和参数的波动参数的波动1 1 个别电动机的接入和切除；个别电动机的接入和切除；2
19、2 加负荷和减负荷；加负荷和减负荷；3 3 架空输电线因风吹摆动引起线间距离（影响线架空输电线因风吹摆动引起线间距离（影响线路电抗）的微小变化；路电抗）的微小变化；4 4 发电机转速可能产生微小变化。发电机转速可能产生微小变化。大干扰大干扰系统结构变化，系统结构变化，功率、电流和功率、电流和电压变化大电压变化大1 1 负荷的突然变化，如投入或切除大容量的用户负荷的突然变化，如投入或切除大容量的用户等；等；2 2 突然增加或减小发电机出力，如切除一台容量突然增加或减小发电机出力，如切除一台容量较大的发电机；较大的发电机；3 3 发生短路故障和断线故障，无故障断开线路也发生短路故障和断线故障，无故
20、障断开线路也属于这一类干扰。属于这一类干扰。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念1819811981年中国水利电力部制订的年中国水利电力部制订的电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则中对电力系统稳中对电力系统稳定作了如下规定：定作了如下规定：分类分类定定 义义静态稳定静态稳定指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。自动恢复到起始运行状态的能力。暂态稳定暂态稳定指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态
21、运行方式的能力。行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。通常指第一或第二振荡周期不失步。动态稳定动态稳定指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。而失步。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念19n小干扰：对系统行为特性影响与干扰地点和大小无关。在运小干扰：对系统行为特性影响与干扰地点和大小无关。在运行点对特性曲线线性化，判别系统静态稳定或不稳定。行点对特性曲线线性化，判别系统静态稳定或不稳定。六、研究方法六、研究方法n大干扰：结构变化对运行点有很大偏移，不能线性化大干
22、扰：结构变化对运行点有很大偏移，不能线性化机机电暂态过程，判别暂态稳定，用数值方法求解。电暂态过程，判别暂态稳定，用数值方法求解。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念202/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念21一、电路分析一、电路分析2121TLTddXXXXX图图15-1 15-1 简单电力系统及其等值电路简单电力系统及其等值电路n不考虑电不考虑电阻及导纳阻及导纳cosVIPPe发电机输出电磁功率：发电机输出电磁功率：系统总阻抗：系统总阻抗：无限大容量母线无限大容量母线隐极机隐极机2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统
23、运行稳定性的基本概念22sindqeXVEP发电机输出电磁功率：发电机输出电磁功率：sinqEsincosqdEIXcosVIPPedqXEIsincos二、功角特性/功率特性2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念23图图15-3 15-3 功角特性功角特性 当发电机电势当发电机电势Eq和受端电压和受端电压V均恒定时，传输均恒定时，传输功率功率Pe是角度是角度的正弦函数。的正弦函数。)(fPe 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念24传输功率的大小与相位角传输功率的大小与相位角密切相关，称密切相关，称为为“功角功角”或或“功率角功率
24、角”。传输功率与功角传输功率与功角的关系，称为的关系，称为“功角特性功角特性”或或“功率特性功率特性”。功角功角除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对位置。发电机转子之间的相对位置。定义：定义：2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念25三、功角三、功角 为电势为电势与电压与电压qEV之间的相位角。之间的相位角。qEVaIRII dXI j daXI j dRXI j2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念26功角相对空间的位置功角相对空间的位置P PT TP PE ENE Eq
25、qV VNVE Eq qE Eq q2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念27n发电机转子上作用着两种转矩：发电机转子上作用着两种转矩：n1 电磁转矩电磁转矩Me，它向系统输出，是制动性转距；，它向系统输出，是制动性转距；n2 机械转矩机械转矩MT，它由原动机输入，是加速性转距。，它由原动机输入，是加速性转距。PTPew wN正常运行时，转矩平衡，转速恒定正常运行时，转矩平衡，转速恒定 电磁转矩和机械电磁转矩和机械转矩用对应的电磁功转矩用对应的电磁功率和机械功率描述率和机械功率描述2/3/202328Eqw wNV 0PTPew wN2/3/202329PTPeE
26、qw wNVw wNw wN1 sin dqeXVEP 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念30功角的物理意义功角的物理意义 表示电势表示电势E Eq q和和V V之间的夹角，即表示系统的电磁关系。之间的夹角，即表示系统的电磁关系。表示了各发电机转子间的相对空间位置，又称为表示了各发电机转子间的相对空间位置，又称为“位置位置角角”。通过通过，可以把电力系统间的电磁运动和机械运动联，可以把电力系统间的电磁运动和机械运动联系起来。系起来。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念31电力系统稳定性概述及一个简单的机械比拟电力系统稳定性概述及
27、一个简单的机械比拟2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念32P0P1 0 Pe 1四、功角特性图四、功角特性图 sin dqeXVEP 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念3315-3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念15-3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念同步运行同步运行转矩平衡转矩平衡？一、功角特性分析一、功角特性分析 二二、静态稳定初步概念、静态稳定初步概念2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念34定义定义电力系统的功角稳定电力系统的功角稳定静态稳定静态稳定 (Steady Stabil
28、ity)(Steady Stability)电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念35例如：例如：个别电动机的接入和切除，加负荷和减负荷；个别电动机的接入和切除，加负荷和减负荷；架空输电线因风吹摆动引起的线间距离的微小变化；架空输电线因风吹摆动引起的线间距离的微小变化；发电机转子的旋转速度不是绝对均匀的，即功角是有微小发电机转子的旋转速度不是绝对均匀的，即功角是有微小变化的。变化
29、的。电力系统的静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运电力系统的静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。行稳态能否保持的问题。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念36一、功角特性分析一、功角特性分析n稳态运行时有两个平衡点稳态运行时有两个平衡点a a和和b b。a b b b a a Pmax 0 90 180 b a P0 P 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念37Pa点点:0 eTPPP回到回到a点点（振荡）（振荡）减速减速 减小减小 正的正的干扰干扰0 eTPPP回到回到a点点（振荡）（振荡）加速加速 增
30、大增大 负的负的干扰干扰Paaa a aabbTP 0PeeP2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念38aa a ta点能稳定运行点能稳定运行2/3/202339b点点:0 eTPPP加速加速 增大增大 正的正的干扰干扰0 eTPPP减速减速 减小减小 负的负的干扰干扰aabbTP 0Pe失步失步 P增大增大 增大增大PPbbb b 回到回到a点点|P|增大增大 减小减小eP2/3/202340ab b tb b点是不稳定运行点点是不稳定运行点 故故a点为静态稳定点，点为静态稳定点，b点为静态不稳定点，正点为静态不稳定点，正常运行时一定在常运行时一定在a点。点。e
31、PaabbTP 0Pe2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念42a b b b a a Pmax 0 90 180 b a P0 P 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念43n定义定义如果在工作点处如果在工作点处S S大于大于0 0，系统在该点是静态稳定的，系统在该点是静态稳定的如果如果S S小于小于0 0，则系统是静态不稳定的，则系统是静态不稳定的S S的数值大小可以说明静态稳定的程度，或者说表示了发电机的数值大小可以说明静态稳定的程度，或者说表示了发电机维持与系统同步运行的能力维持与系统同步运行的能力于是系统的稳定判据可以表示为
32、于是系统的稳定判据可以表示为 ddPSe0ddPSe二、静态稳定初步概念2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念44aabbTP 0Pe902/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念45n整步功率系数：表明发电机维持同步运行的能力，即静态稳定的程度。cosdqeEqXVEddPS2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念46静态稳定储备系数n以有功功率表示的静态稳定储备系数%10000GGslPPPPK%10000GGmPPPPK简单简单系统系统2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念4
33、72/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念482/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念49 电力系统静态稳定性是研究电力系统在某一运行方式下电力系统静态稳定性是研究电力系统在某一运行方式下受到受到微小干扰时的稳定性问题微小干扰时的稳定性问题。假如在电力系统中有一瞬时。假如在电力系统中有一瞬时小干扰，在干扰消失后，系统能回复到原始运行状态；而在小干扰，在干扰消失后，系统能回复到原始运行状态；而在一个永久性的小干扰作用下，系统经历一个暂态过程后，能一个永久性的小干扰作用下，系统经历一个暂态过程后，能达到一个新的稳态运行状态，则这一系统被认为是
34、静态稳定达到一个新的稳态运行状态，则这一系统被认为是静态稳定的、否则系统在小干扰下将是静态不稳定的。的、否则系统在小干扰下将是静态不稳定的。静态稳定研究的是系统对微小干扰的适应能力，或静态稳定研究的是系统对微小干扰的适应能力，或者说考虑的是系统在运行点处维持同步运行的能力，系者说考虑的是系统在运行点处维持同步运行的能力，系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的运统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的运行方式有关，与小干扰的大小及具体发生地点无关。行方式有关，与小干扰的大小及具体发生地点无关。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念5015-4 15-
35、4 暂态稳定的初步概念暂态稳定的初步概念电力系统的功角稳定电力系统的功角稳定暂态稳定暂态稳定 (Transient Stability)(Transient Stability)电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并发电机保持同步运行并过渡到新的过渡到新的或或恢复到原来稳定方式恢复到原来稳定方式的的能力。能力。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念51一、暂态稳定性与干扰的型式有关，一般有一、暂态稳定性与干扰的型式有关，一般有3 3种基本形式：种基本形式：(原因原因)1.1.电力系统的结
36、构或参数突然变化，常见的是短路。无故电力系统的结构或参数突然变化，常见的是短路。无故障断开线路也属这一类干扰；障断开线路也属这一类干扰；2.2.突然增加或减少发电机出力；突然增加或减少发电机出力；3.3.突然增加或减少大量负荷。突然增加或减少大量负荷。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念52n由于大干扰的形式不同，系统在某一运行方式下受到大干由于大干扰的形式不同，系统在某一运行方式下受到大干扰后的暂态稳定情况也不相同，即同一个电力系统在某一扰后的暂态稳定情况也不相同，即同一个电力系统在某一运行方式和某种干扰下是暂态稳定的，但在另一种运行方运行方式和某种干扰下是暂
37、态稳定的，但在另一种运行方式和另一种干扰下可能不稳定。式和另一种干扰下可能不稳定。n在分析某一系统的暂态稳定性时，首先必须确定出系统的在分析某一系统的暂态稳定性时，首先必须确定出系统的初始运行方式初始运行方式。系统的干扰方式则应视具体情况而定。系统的干扰方式则应视具体情况而定。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念53电力系统的暂态稳定分析基本的假定电力系统的暂态稳定分析基本的假定1.1.不考虑短路电流中非周期分量的作用并假定发电机定子不考虑短路电流中非周期分量的作用并假定发电机定子电阻为零。电阻为零。2.2.暂态过程中，网络中的频率基本不变，仍为暂态过程中，网络
38、中的频率基本不变，仍为50Hz50Hz。3.3.当故障为不对称故障时，只计正序基频分量的影响。当故障为不对称故障时，只计正序基频分量的影响。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念54sindqXVEPsindqXVEP2121TLTddXXXXX21TLTddXXXXX切除一回线路后切除一回线路后GT-1LT-2VP,QjXdjXT1jXT2jXLIjXLIdX VqE二、二、电路分析电路分析IIdX 2/3/202355III ddXX假定假定E Eq q保持不变保持不变 sinII dqXVEP sinIIII dqXVEP00作为负荷静态稳定的判据。作为负荷
39、静态稳定的判据。0/dsdPes0M MM Me eM MM Ma ab b2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念7715-6 15-6 电压稳定性的概念电压稳定性的概念n世界上电压稳定大事故：世界上电压稳定大事故：n19781978年年1212月月1919日，法国电网日，法国电网n19831983年年1212月月2727日，瑞典电网日，瑞典电网n19871987年年7 7月月2323日，日，日本东京电网日本东京电网n19891989年年3 3月月1313日，日，加拿大魁北克电网加拿大魁北克电网n19961996年年7 7月月2 2日，日，美国西部联合电网（美国西
40、部联合电网（WSCCWSCC）2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念78我国十大电压稳定事故：我国十大电压稳定事故：19721972年年7 7月月2020日日 ，浙江，浙江19721972年年7 7月月2727日，湖北日，湖北19801980年年7 7月月2727日，安徽日，安徽19821982年年8 8月月7 7日，华中日，华中19891989年年8 8月月4 4日，贵州日，贵州19901990年年9 9月月2020日，广东日，广东19931993年年3 3月月1414日，新疆日，新疆19931993年年4 4月月2424日，海南日，海南19951995年年9
41、9月月9 9日，宁夏日，宁夏19971997年年2 2月月2727日，西北日，西北 2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念79一、电压失稳的特点一、电压失稳的特点 n事故发生具有突然性和隐蔽性。运行人员在电压不稳事故发生具有突然性和隐蔽性。运行人员在电压不稳定事故发生初期很难察觉。定事故发生初期很难察觉。n事故发展具有不可控性。电压不稳定一旦发生，不能事故发展具有不可控性。电压不稳定一旦发生，不能及时地采取紧急控制来阻止电压的下降，最终可能会及时地采取紧急控制来阻止电压的下降，最终可能会导致全系统大面积电压崩溃。导致全系统大面积电压崩溃。n事故发生时系统一般处于负
42、荷过载状态。事故发生时系统一般处于负荷过载状态。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念80电压稳定性（电压稳定性（Voltage Stability）是指在正常运行情况下或者遭受干扰是指在正常运行情况下或者遭受干扰后，电力系统维持所有母线电压在可以接后，电力系统维持所有母线电压在可以接受的稳态值的能力。受的稳态值的能力。二、电压稳定的定义二、电压稳定的定义2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念81 电压稳定性：维持所有母线电压的能力。在系统的电电压稳定性：维持所有母线电压的能力。在系统的电压稳定性分析中，主要关注负荷点电压的行为，因此
43、电压稳定性分析中，主要关注负荷点电压的行为，因此电压稳定性有时也称为负荷稳定性。压稳定性有时也称为负荷稳定性。比较比较 功角稳定性：同步发电机间保持同步运行的能力；以功角稳定性：同步发电机间保持同步运行的能力；以发电机转子间相对角的运动规律作为判断稳定性的依据，发电机转子间相对角的运动规律作为判断稳定性的依据，如前面所讲的静态稳定、暂态稳定等。如前面所讲的静态稳定、暂态稳定等。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念82 是指电力系统在遭受一系列故障后导致系是指电力系统在遭受一系列故障后导致系统内大面积、大幅度的母线节点电压持续性下统内大面积、大幅度的母线节点电压持
44、续性下降的过程。降的过程。(4)电压崩溃（电压崩溃（Voltage Collapse）电压崩溃比电压稳定性要复杂很多，系统母线电压的电压崩溃比电压稳定性要复杂很多，系统母线电压的崩溃既可以是功角不稳定造成的，也可以是电压不稳定造崩溃既可以是功角不稳定造成的，也可以是电压不稳定造成的，也可能是二者共同作用造成的。它是一个描述电压成的，也可能是二者共同作用造成的。它是一个描述电压下降的过程和现象的术语。下降的过程和现象的术语。注意注意2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念83 它不仅指一个系统不发生功角失稳的能力，它不仅指一个系统不发生功角失稳的能力，还包括在出现任何
45、适当而可信的预想事故或有害还包括在出现任何适当而可信的预想事故或有害的系统变更后，系统维持电压稳定的能力。的系统变更后，系统维持电压稳定的能力。(5)电压安全性（电压安全性（Voltage Security）2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念84电压稳定性：强调在正常运行和某种故障条件下维电压稳定性：强调在正常运行和某种故障条件下维持所有母线电压在可以接受的水平的能力。持所有母线电压在可以接受的水平的能力。电压安全性：强调在任意适当而可信的预想事故或电压安全性：强调在任意适当而可信的预想事故或者系统变更后都能确保系统电压稳定的能力。者系统变更后都能确保系统电压
46、稳定的能力。电压安全性比电压稳定性要求更高。电压安全性比电压稳定性要求更高。比较比较2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念85(6)(6)电压不稳定电压不稳定 (Voltage Instability)(Voltage Instability)当系统出现扰动、负荷增大或者系统变更后使当系统出现扰动、负荷增大或者系统变更后使得一些母线电压急剧下降或者向下漂移，并且运行得一些母线电压急剧下降或者向下漂移，并且运行人员和自动装置的控制已经无法终止这种电压衰落，人员和自动装置的控制已经无法终止这种电压衰落，从而使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常的从而使得系统的完整性遭
47、到破坏，功率不能正常的传送给用户，则称此时系统是电压不稳定的。传送给用户，则称此时系统是电压不稳定的。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念86 电压不稳定最终可能会导致灾难性后果电压不稳定最终可能会导致灾难性后果电压电压崩溃；崩溃；电压崩溃不一定由电压不稳定引起，也可能由功电压崩溃不一定由电压不稳定引起，也可能由功角不稳定引起。角不稳定引起。比较比较2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念8715-7 15-7 发电机转子运动方程发电机转子运动方程n一、转子运动方程一、转子运动方程n二、参考轴与角度二、参考轴与角度n三、用标幺值表示的
48、转子运动方程三、用标幺值表示的转子运动方程n四、惯性时间常数的意义四、惯性时间常数的意义2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念88一、转子运动方程一、转子运动方程aMJA 由旋转物体的力学定律由旋转物体的力学定律原动机的机械转矩原动机的机械转矩发电机的电磁转矩发电机的电磁转矩转动惯量转动惯量kgms2机械角加机械角加速度速度rad/s2 Ma=MT-Me为不平衡转矩为不平衡转矩kgm2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念89dtdAdtd ,1 1、以机械角度表示、以机械角度表示eTaMMMdtdJdtdJJA 22转子运动方程转子运
49、动方程aMJA 机械角速度机械角速度(rad/srad/s)从某一固定参考轴算起从某一固定参考轴算起的机械角位移的机械角位移(rad)2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念90如发电机的极对数为如发电机的极对数为p p pApp w w 2 2、以电角度表示、以电角度表示机械电气单位角度Qqrad角速度Wwrad/s角加速度Aarad/s2eTaMMMdtdJdtdJJA 222/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念91 pApp w w eTaMMMdtdJdtdJJA 22aMpdtdJdtdJJ 22 w w 等式两边乘以等式两边
50、乘以p 单位均是有名单位单位均是有名单位角度以什么轴为参考？角度以什么轴为参考？注意注意2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念92二、参考轴与角度二、参考轴与角度N Nw w0 w w固定参考轴固定参考轴同步旋转轴同步旋转轴iEiw wi i 参考轴参考轴固定固定同步同步角度角度q qd d角速度角速度w wDwDwNiiNiiw ww ww w ,NiNiidtddtddtdw ww w iiiidtddtddtd w w 2222可见角加速度与参考轴的选择无关。可见角加速度与参考轴的选择无关。2/3/2023电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
