[工学]8 电力系统静态稳定分析.ppt

上节课内容 n稳定性分析的概念 n功角、功角稳定 n同步和失步的概念 n功角不稳定的后果 n功角特性曲线 n转子力矩分析 n分析稳定性前提假设 n静态稳定和暂态稳定概念 电力系统静态稳定 电气工程学院 吕泉 静态稳定 n概念： 受小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复原态的能力。 n分析方法： 定性分析图解法 定量分析小扰动法 空载电动势恒定的隐极机无穷大系统 功角特性曲线 E为常数的隐极机功角特性曲线 ba ? a点和b点哪个是稳定 运行点？ 空载电动势恒定的隐极机无穷大系统 静态稳定分析 E为常数的隐极机功角特性曲线 ba a a 分析 ： a点： 1）假设突然某个微小扰动，使功角增加 ，则输出功率为a所对应的值; 2）此时，PTPE，转子加速，在达到同步转速之 前，攻角继续减小；运行点继续从a向a移动； 5）当转子达到同步转速之后，设此时运行点在a ，由于此时PTPE ，转子转速将超 过同步转速，攻角加大，即运行点转而从a 向a移动； 结论：如无阻尼，运行点将在a与a之间振荡；如有，则在振荡之后，稳定于a点 空载电动势恒定的隐极机无穷大系统 静态稳定分析 E为常数的隐极机功角特性曲线 ? a点和b点哪个是稳定 运行点？ba a a 分析 ： a点： 1）假设突然某个微小扰动，使功角减少 结论：如无阻尼，运行点将在a与a之间振荡；如有，则在振荡之后，稳定于a点 a点受小扰动之后的攻角变化特性 空载电动势恒定的隐极机无穷大系统 静态稳定分析 E为常数的隐极机功角特性曲线 ? a点和b点哪个是稳定 运行点？ba b a 分析 ：b点： 1）假设突然某个微小扰动，使功角减少 ，则输出功率为b所对应的值; 2）此时，PTPE，转子加速，在达到同步转速之 前，攻角继续减小；运行点继续从a向a移动； 5）当转子达到同步转速之后，设此时运行点在a ，由于此时PTPE ，转子转速将超 过同步转速，攻角加大，即运行点转而从a 向a移动； 结论：如无阻尼，运行点将在b与a之间振荡；如有，则在振荡之后，稳定于a点 空载电动势恒定的隐极机无穷大系统 静态稳定分析 E为常数的隐极机功角特性曲线 ? a点和b点哪个是稳定 运行点？ba b分析 ：b点： 1）假设突然某个微小扰动，使功角增加 ，则输出功率为b所对应的值; 2）此时，PTPE,转子加速，攻角增大； 运行点从b向横轴移动； 3）上述过程中， PTPE总成立，因此，攻角继续增大； 运行点无法回到b点，发电机非周期性失步。 结论：发点机非周期行失步 总结： a点是稳定运行点，b点无法稳定。 系统只能运行在攻角特性曲线上单调上升部分。 a点受小扰动之后的攻角变化特性 简单电力系统静态稳定性实用 判据 E为常数的隐极机功角特性曲线 a b c E为常数的凸极机功角特性曲线 n结论：工作在功率曲线的上升部分， 系统是静态稳定的；而工作在下降部 分，则不稳定。 n即满足： 简单电力系统静态稳定性实用 判据 E为常数的隐极机功角特性曲线 称为整步系数，表征发电机维持同步 运行的能力，即静态稳定的程度。 a b c E为常数的凸极机功角特性曲线 功率极限 所对应的运行点的功率称为静态稳定极 限，即保持静态稳定时发电机所能输送 的最大功率； 称为功率极限；功率极限越大，系统 越稳定 静态稳定储备系数 E为常数的隐极机功角特性曲线 观点：电力系统不应运行在稳定极 限，而应该保持一定的储备。 静态稳定储备系数： ba 要求： 正常运行方式，不小于15%20% 事故后不小于10% 提高静态稳定性的措施 E为常数的隐极机功角特性曲线 ba 主要方式（本质提高PEM）： 1）提高E 2）减小 3) 提高 提高静态稳定性的措施 主要方式（本质，提高PM）： 1）提高励磁，如控制发电机端口电压保持不变 2）减小元件的电抗：a分裂导线；b提高线路额定电压等级；c串补 3）改善系统结构和采用中间补偿设备，本质减小与的电气距离 例题 G P0=1.2 Q0=0.6 U0=1 恒定 T1 T2 L1 L2 Xd=1.0 XT1=0.10 XL1= XL2=0.4 XT2=0.10 Xd=0.3 某单机(隐极机)无穷大系统及其参数如上图所示 ，试求系统的静态稳定储备系数。 定量分析静态稳定小干扰法 n动力学系统运动的稳定性：由描述动力学系统 的微分方程组的解来表征，反映为微分方程组 解的稳定性。 n转子运动方程： 摇摆曲线 1.不计发电机组的阻尼作用 当系统受到小干扰后，状态变量可表示为 状态方程变为： 不计阻尼时的转子运动方程 二阶非线性微 分方程 E为常数的隐极机功角特性曲线 ba a 1.不计发电机组的阻尼作用 把PE在参考点领域内用泰勒级数线性化 略去高阶项 形成新状态方程： 1.不计发电机组的阻尼作用 求解特征根 二阶常系数齐 次微分方程 特征方程 特征根 初始点整 步系数 1.不计发电机组的阻尼作用 特征根 状态方程的解 特征根式两个不相等实根 特征根式两个相等实根 值可由初始 功角和初始 角速度求得 特征根式两个共轭复数 1.不计发电机组的阻尼作用 n当SE00时，特征值为一对共轭虚数 结论：当SEq0时，电力系统受扰动后，功角将在0附近 作等幅振荡(频率？)，考虑能量损耗，振荡会逐渐衰减，系 统趋于稳定。 E为常数的隐极机功角特性曲线 ba a a n假定阻尼作用所产生的转矩（或功率）都与转速呈线性关 系（D为综合阻尼系数） 2. 计发电机组的阻尼作用 n计及阻尼的转子运动方程 n计及阻尼作用的转子运动方程 2. 计发电机组的阻尼作用 二阶常系数齐 次微分方程 n特征根 n特征方程 特征根 状态方程的解 特征根式两个不相等实根 特征根式两个相等实根 值可由初始功 角和初始角速 度求得 特征根式两个共轭复数 2. 计发电机组的阻尼作用 （1）发电机有正阻尼D0的情况A： 当SE00，且D24SE0TJ/0时，特征值为两个负实数，(t) 将单调衰减到零，系统是稳定的，通常称为过阻尼； 2.计及发