1、第一部分第一部分 电力系统基础主要内容电力系统基础主要内容 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 第二章第二章 电力网元件参数及等值电路电力网元件参数及等值电路 第三章第三章 电力系统潮流计算电力系统潮流计算 第四章第四章 电力系统运行方式的调整和控制电力系统运行方式的调整和控制 第五章第五章 电力系统故障分析电力系统故障分析 第六章第六章 电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析第六章第六章 电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 电力系统静态稳定电力系统静态稳定 第三节第三节 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定第一节第一节 概述概述l一、电力系统
2、稳定性的定义一、电力系统稳定性的定义l给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统是稳定的。是稳定的。l二、电力系统稳定性的分类二、电力系统稳定性的分类l根据性质的不同，电力系统稳定性可分为根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定功角稳定、电压电压稳定稳定和和频率稳定频率稳定三类。三类。
3、l（一）功角稳定（一）功角稳定不考虑发电机的励磁调节器作用不考虑发电机的励磁调节器作用空载电势空载电势Eq恒定恒定不考虑原动机调速器的作用不考虑原动机调速器的作用发电机的机械功率发电机的机械功率PT恒定恒定dxqEGUTxLUULxIGl1 1、功角稳定的含义和本质、功角稳定的含义和本质l功角功角：发电机电势与系统电压的相角差。发电机电势与系统电压的相角差。l功角稳定性：功角稳定性：即系统受到干扰之后，即系统受到干扰之后，q q与之间的夹角能与之间的夹角能稳定于一个固定值。稳定于一个固定值。功角稳定，是系统稳定的功角稳定，是系统稳定的首要条件首要条件。l功角稳定的本质：功角稳定的本质：并列运行
4、的发电机，当它们的电角速度并列运行的发电机，当它们的电角速度都相等时，称它们处于同步运行状态。都相等时，称它们处于同步运行状态。功角稳定的本质功角稳定的本质就是就是系统受到干扰之后，发电机转子的转速可以稳定于同步转速，系统受到干扰之后，发电机转子的转速可以稳定于同步转速，这样线路上的电流、电压、发电机输出功率等电磁参数都能这样线路上的电流、电压、发电机输出功率等电磁参数都能在扰动之后能保持稳定。在扰动之后能保持稳定。l功角稳定取决于系统中每一台发电机维持或恢复其电磁转功角稳定取决于系统中每一台发电机维持或恢复其电磁转矩与机械转矩的平衡关系的能力。矩与机械转矩的平衡关系的能力。l2 2、功角稳定
5、分类、功角稳定分类l(1)(1)电力系统静态稳定：电力系统静态稳定：指电力系统受到小干扰后，不发生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。l(2)(2)电力系统暂态稳定：电力系统暂态稳定：指电力系统受到大干扰后，各发电指电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力，能力，通常指第一或第二摆不失步通常指第一或第二摆不失步。l(3)(3)电力系统动态稳定：电力系统动态稳定：指系统受到小、大干扰后，在自动指系统受到小、大干扰后，
6、在自动调节和控制装置的作用下，不发生振幅不断增大的振荡而失调节和控制装置的作用下，不发生振幅不断增大的振荡而失步，即保持长时间运行稳定性的能力。步，即保持长时间运行稳定性的能力。l远距离输电线路的输电能力受这远距离输电线路的输电能力受这3 3种稳定能力的限制，有一个极限。它种稳定能力的限制，有一个极限。它既不能等于或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定既不能等于或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因而线路输极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因而线路输送能力相对国外来说要小一些。送能力相对国外来说
7、要小一些。l（二）电压稳定（二）电压稳定l1 1、定义：、定义：电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特性和控制设备的作用，能维持所有母线电压在可接受范围。性和控制设备的作用，能维持所有母线电压在可接受范围。l2 2、电压不稳定的原因、电压不稳定的原因l电压不稳定现象，一般出现在电源远离负荷中心或愉电系电压不稳定现象，一般出现在电源远离负荷中心或愉电系统带重负荷的情况，当无功电源（发电机、调相机、电容器，统带重负荷的情况，当无功电源（发电机、调相机、电容器，高压输电线）突然切除，或者电力系统的无功电源不足，负高压输电线）突然切除，或者电力系统的无功电
8、源不足，负荷（特别是无功负荷）慢慢增加到一定程度时，有可能使电荷（特别是无功负荷）慢慢增加到一定程度时，有可能使电压大幅度下降，以致发生所谓电压崩喷现象。这时系统中大压大幅度下降，以致发生所谓电压崩喷现象。这时系统中大量电动机停止转动，发电机甩掉大量负荷，最后导致电力系量电动机停止转动，发电机甩掉大量负荷，最后导致电力系统的解列，甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。统的解列，甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。l如（如（a a）图所示，在点）图所示，在点a a切除无功电源，电压下降，到点切除无功电源，电压下降，到点 b b 电压崩喷，到点电压崩喷，到点 c c 局部电力系统瓦解。局部电力系统瓦解。
9、l如（如（b b）图所示，由于负荷（特别是无功负荷）的逐渐增加，）图所示，由于负荷（特别是无功负荷）的逐渐增加，到点到点 a a 开始电压崩溃，到点开始电压崩溃，到点 b b 开始发生振荡。开始发生振荡。s in,qEdE UPx功 角 特 性：称 为 功 角。无功电源切除电压崩溃无功电源切除电压崩溃 负荷增加电压崩溃负荷增加电压崩溃l（三）频率稳定（三）频率稳定l1 1、定义：、定义：电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特性和控制设备的作用，能维持系统频率在可接受范围。性和控制设备的作用，能维持系统频率在可接受范围。l2 2、频率不稳定的原因：、
10、频率不稳定的原因：l电力系统的频率不稳定现象出现在有功电源开断或负荷突电力系统的频率不稳定现象出现在有功电源开断或负荷突然增大时，由于电源和负荷间有功功率的严重不平衡，会引然增大时，由于电源和负荷间有功功率的严重不平衡，会引起电力系统领率突然大幅度下降，威胁电力系统的正常运行起电力系统领率突然大幅度下降，威胁电力系统的正常运行（如汽轮机叶片强烈振动，发电厂辅助机械的不正常工作）。（如汽轮机叶片强烈振动，发电厂辅助机械的不正常工作）。如果不立即采取措施，使频率恢复正常，将会使整个发电厂如果不立即采取措施，使频率恢复正常，将会使整个发电厂解列，电力系统有功功率不平衡加剧，频率进一步下降，产解列，电
11、力系统有功功率不平衡加剧，频率进一步下降，产生所谓频率崩溃现象，导致全系统的瓦解。生所谓频率崩溃现象，导致全系统的瓦解。l曲线曲线 1 1 表示电力系统失去少量电源表示电力系统失去少量电源P P，但电力系统尚有，但电力系统尚有足够的备用电源，所以能够很快使频率恢复。足够的备用电源，所以能够很快使频率恢复。l曲线曲线 2 2 表示失去很大电源表示失去很大电源P P，同时电力系统又无足够备，同时电力系统又无足够备用电源，所以频率就一直下降，以至崩溃。用电源，所以频率就一直下降，以至崩溃。t第二节第二节 电力系统静态稳定电力系统静态稳定n一、静态稳定的概念一、静态稳定的概念n静态稳定是指电力系统在某
12、一正常运行状态下受到静态稳定是指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰小干扰后，不发生后，不发生自发振荡或非周期性失步自发振荡或非周期性失步，自动，自动恢恢复到原始运行状态复到原始运行状态的能力。静态稳定问题实际上就是的能力。静态稳定问题实际上就是确定小扰动下系统的某个运行稳态点能否保持。确定小扰动下系统的某个运行稳态点能否保持。000000自发振荡，自发振荡，静态失稳静态失稳00TP P非周期性失步，非周期性失步，静态失稳静态失稳静态稳定静态稳定0n二、简单电力系统静态稳定的物理过程分析二、简单电力系统静态稳定的物理过程分析PMPa aaab bbb090EP0180aa aT aaa a
13、P P aaaTaaaaPPbbbTbbbbPPa点：小扰动后能自行恢复到原先点：小扰动后能自行恢复到原先的平衡状态，静态稳定运行点。的平衡状态，静态稳定运行点。图7-1(b)a bb sindqExUEP0(1)1()TEJdd tdPPd tTb a PMPa aaab bbb090EP0180aa aT aaa a P P b点：小扰动后，转移到点：小扰动后，转移到a点或失点或失去同步，静态不稳定运行点。去同步，静态不稳定运行点。bbbTbbbbPPa图7-1(b)a bb sindqExUEP0(1)1()TEJdd tdPPd tTb a PMPa aaab bbb090EP0180
14、aa aT aaa a P P 图7-1(b)a bb sindqExUEP0(1)1()TEJdd tdPPd tTb aa t0 t0t周期衰减振荡a点是静态稳定运行点PMPa aaab bbb090EP0180aa aT aaa a P P 图7-1(b)a bb sindqExUEP0(1)1()TEJdd tdPPd tTb a 0bbb b0ddPE非周期失稳转移到a点b点是静态不稳定运行点 a点稳定，处于功角特性的上升沿，该点的斜率大点稳定，处于功角特性的上升沿，该点的斜率大于于0；b点不稳定，处于功角特性的下降沿，该点点不稳定，处于功角特性的下降沿，该点的斜率小于的斜率小于0。
15、简单系统的稳定判据：运行点处功角特性的斜率简单系统的稳定判据：运行点处功角特性的斜率（导数）大于（导数）大于0，即：，即：001 0 0%MpP PKP整步功率系数整步功率系数 整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步功率系数等于功率系数等于0，则是稳定与不稳定的分界点，即静，则是稳定与不稳定的分界点，即静态稳定极限点。态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对在简单系统中静态稳定极限点所对应的功角就是功角特性的最大功率所对应的功角。应的功角就是功角特性的最大功
16、率所对应的功角。(7-2)静态稳定储备系数静态稳定储备系数%)20%15(pK正常运行方式的静态稳定储备要求正常运行方式的静态稳定储备要求%10pKMP事故后运行方式的静态稳定储备要求事故后运行方式的静态稳定储备要求 根据我国现行的根据我国现行的电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则：0P稳定极限点对应的功率稳定极限点对应的功率2 s i n s i n 22qdqEddqE UxxUPx x x 某一运行情况下的输送功率某一运行情况下的输送功率 EPEmP090018000090mqEPaaaTaaa a P P aaabbbaaaTaaaaPPbbbTbbbbPPbbbTbbbbPPmE
17、qPb点：静态不稳定运行点点：静态不稳定运行点a点：静态稳定运行点点：静态稳定运行点稳定判据：稳定判据：001 0 0%MpP PKP整步功率系数整步功率系数P090a bb sindqExUEPb b 简单系统中发电机为凸极机时的静态稳定分析简单系统中发电机为凸极机时的静态稳定分析n三、提高系统静态稳定性的措施三、提高系统静态稳定性的措施n1、利用自动调节励磁装置、利用自动调节励磁装置n2、减小元件的电抗、减小元件的电抗n3、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n1、利用自动调节励磁装置、利用自动调节励磁装置 EP018000090mqEPmEqPmUGPmqE
18、mqEmGUPPPccLKXX0G q qU mE mE mPPP2.52 1.813 1.15124.68 117.15 90无自动调节励磁器：无自动调节励磁器：基本恒定基本恒定 自动调节励磁器作用一般：自动调节励磁器作用一般：基本恒定基本恒定 自动调节励磁器作用很强：自动调节励磁器作用很强：基本恒定基本恒定 qEGUmEqP自动调节励磁自动调节励磁器可增大极限器可增大极限点功率、极限点功率、极限功角和静态稳功角和静态稳定储备系数，定储备系数，即即可增强系统可增强系统静态稳定性静态稳定性。EP018000090mqEPU m E m E mqqGP P P mUGPmqEmqEmGUPPP0
19、P0G q qU mE mE mPPPqE 无自动励磁调节器时，无自动励磁调节器时，稳定极限由稳定极限由SEq=0确定，确定，为图中的为图中的a点。点。安装电压偏差比例式励安装电压偏差比例式励磁调节器，如果磁调节器，如果Ke（偏差放电倍数偏差放电倍数）选择选择合适，稳定极限近似由合适，稳定极限近似由SEq=0确定，为图中的确定，为图中的b点。点。安装安装PSS或强力式调节或强力式调节器，稳定极限近似由器，稳定极限近似由SUG=0确定，为图中的确定，为图中的c点。点。abcn2、减小元件的电抗减小元件的电抗（1）采用分裂导线）采用分裂导线（2）提高线路额定电压）提高线路额定电压n输电线路电抗的标
20、么值与电压的平方成反比输电线路电抗的标么值与电压的平方成反比n（3）采用串联电容补偿）采用串联电容补偿n一般，串联电容补偿度一般，串联电容补偿度 愈大，线路愈大，线路等值电抗愈小，对提高稳定性愈有利。等值电抗愈小，对提高稳定性愈有利。但补偿度但补偿度过大，可能造成很大的短路电流，还可能出现负阻过大，可能造成很大的短路电流，还可能出现负阻尼效应。尼效应。Vn3、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调相机调相机 静止电容器静止电容器可互换功率可互换功率地方电力系统地方电力系统中间点电压得到维持，减小系统之间的电气距离中间点电压得到维持，减小系统之间的电气距离G qqU
21、 mE mE mPPP（1）增加输电线路的回路数）增加输电线路的回路数 （2）中继电力系统和中继补偿设备）中继电力系统和中继补偿设备 输电线路中间降压站输电线路中间降压站G qqU mE mE mPPPGGG第三节第三节 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定n一、暂态稳定的概念一、暂态稳定的概念n电力系统暂态稳定是指电力系统受到电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰大干扰后，各后，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运行状态的能力稳态运行状态的能力。暂态稳定研究的是电力系统在。暂态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定
22、性问题。某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。n 大干扰：大干扰：短路故障，突然断开线路、变压器或发短路故障，突然断开线路、变压器或发电机，大量负荷的切除或投入等。电机，大量负荷的切除或投入等。n系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。n二、暂态稳定物理过程分析二、暂态稳定物理过程分析n1、各阶段功角特性、各阶段功角特性IIs inE UPX正常运行正常运行发生短路发生短路短路切除短路切除IIIIsinEUPXIIIIIIsinEUPXIIIIIIX
23、X X IIm axIIIm axIm axPPP注意发电机模型与静态稳定分析的不同注意发电机模型与静态稳定分析的不同IIm axIIIm axIm axPPPPTP0PIPIIPIIIn2、暂态过程中系统的功率特性与运动轨迹、暂态过程中系统的功率特性与运动轨迹n（1）故障及时切除）故障及时切除a-b-c-d-e-f-e-k-振荡I I IPPab 010,ab ,:a 正常运行中突然故障：:bIIIIIm a xm a x:1,0,ccce ccP P c e 保 护 动 作，切 除 故 障，为 切 除 角I I,1,T EPPP bc 沿I I I:,10 :TEePPPef沿m a x:
24、1,0,ff m inm inm in,1,0 ,10TEkkPP 点：III10:TEPPPfek 沿I I IPkkk此后，运行点沿绕点振荡，如存在正阻尼，则振荡逐渐衰减，最终停留在点上持续运行。可见，系统在突然发生一回输电线始端不对称短路后，最终回到了稳态运行点点，所以系统在该大扰动下是暂态稳定的。图8-2图8-3 振荡过程n（2）切除故障过晚）切除故障过晚IIIIIm a xm a x:1,0,ccce ccP P c e 保 护 动 作，切 除 故 障 过 晚为 切 除 角010,ab ,:a 正常运行中突然故障：:bIIIIIm a xm a x:1,0,ccce ccP P c
25、e 保 护 动 作，切 除 故 障，为 切 除 角IIIhh1hh,1,TEPPP 如 切 除 故 障 较 晚，在 切 除 故 障 时，转 子 加 速 已 比 较 严 重，运 行 点 沿，如 果 使 得 到 达点 时，依 然成 立，则将 越 过点 对 应 的。越 过点 后，发 电 机 与 无 限 大 系 统 失 去 同 步，即 失 步。I I I:,10 :hT EePPPe 沿I I,1,TEP PPb c 沿可见，系统在突然发生一回输电线始端不对称短路后，最终发电机失步，所以系统在该大扰动下是暂态不稳定。IPIIIPIIP0结论结论 由上分析可知：系统是否具有暂态稳定性，由上分析可知：系统
26、是否具有暂态稳定性，不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。扰动的类型、地点及持续时间均有关。t0tc正常状态正常状态故障期间故障期间故障线路切除后故障线路切除后tPIPIIPIIIc0ccmn三、暂态稳定判据三、暂态稳定判据暂态稳定判据暂态稳定判据1：加速面积：加速面积Sabcd 允许的减速面积允许的减速面积Sdeh I I IPPab ccm若故障切除角小于极限切除角若故障切除角小于极限切除角，即，即 ，则系统具有，则系统具有暂态稳定性。否则，系统暂态不稳定，系统失去同步。暂态稳定性。否则，系统暂态不稳定，系统失去同
27、步。极限切除角：极限切除角：m a x h TPs i nPPTabcdeh0hcmP0PIPIIPIII0cmhcmTTP P dPP d极限运行角极限运行角：1s i nThma xPPdxhA+A-暂态稳定判据暂态稳定判据2：NoImagen四、提高暂态稳定性的措施四、提高暂态稳定性的措施n主要原理：减少加速面积，增加减速面积。主要原理：减少加速面积，增加减速面积。n1、快速切除故障和自动重合闸、快速切除故障和自动重合闸n2、提高发电机输出的电磁功率（强励、电气制动）、提高发电机输出的电磁功率（强励、电气制动）n3、减小原动机输出的机械功率、减小原动机输出的机械功率n4、系统失去稳定后的
28、措施、系统失去稳定后的措施n（1）设置解列点）设置解列点 系统失去稳定后快速将系统分解成几个独立子系统，子系统内电源和负荷系统失去稳定后快速将系统分解成几个独立子系统，子系统内电源和负荷基本平衡，可保证解列后各子系统的电压和频率接近正常值，有利于子系基本平衡，可保证解列后各子系统的电压和频率接近正常值，有利于子系统内的供电可靠性。统内的供电可靠性。n（2）短期异步运行和再同步的可能性）短期异步运行和再同步的可能性 异步运行时，对系统可能带来严重危害。若系统能够承受短期的异步运行，异步运行时，对系统可能带来严重危害。若系统能够承受短期的异步运行，则可以缩短系统恢复正常运行所需要的时间。则可以缩短系统恢复正常运行所需要的时间。
