重庆科创职业学院电力系统运行的稳定性分析.ppt

第三节电力系统运行的稳定性分析,1概述,一、基本概念：1.稳定：是指电力系统经受扰动后能继续保持向负荷正常供电的状态，即具有承受扰动的能力，稳定总是与干扰相联系。2.电力系统稳定性:就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题，如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的,反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随时间不断增大或振荡，系统是不稳定的。,。,1概述,一、基本概念：,3.功角：表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发电机电势间的夹角。,传输功率的大小与相位角密切相关，称为“功角”或“功率角”。,1概述,二、电力系统的稳定性分析电力系统中的各同步发电机只有在同步运行(即所有发电机以相同的速度旋转)状态下，送出的电功率为定值，并维持系统中任何点的电压、频率和功率潮流为定值。如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电压及相应线路的潮流将发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能迅速恢复同步，即电力系统失去了稳定运行的状态。这种由于机组失去同步造成的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题。,。,功角稳定问题的原因转矩不平衡正常运行时：Me=Mm受到干扰时：MeMm机械转矩Mm由发电厂动力部分的运行状态决定电磁转矩Me由发电机及其相连的电力系统中的运行状态决定,危害：稳定破坏是电网中最为严重的事故之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失。随着电网互联规模的增大，稳定问题更加突出。,失稳现象：如果由于某种干扰使发电转速不再同步，那么系统中任一点的电压、电流和发电机功率幅值不断振荡以致系统不能正常工作，这种情况称为系统不稳定。,三、稳定研究方法：,1、静态稳定分析方法：微分方程线性化（小干扰法）通常可以采用在运行点处线性化后的系统模型进行特征根分析来判别系统的静态稳定性。2、暂态稳定分析方法：非线性微分方程数值解法（时域法）等面积定则（仅适合单机无穷大系统）一般采用的是对全系统非线性状态方程的数值积分法进行对系统动态过程的时域仿真，通过对计算得到的系统运行参数(如转子角)的动态过程的分析判别系统的暂态稳定性。,2同步发电机组的转子运动方程和功角特性,研究稳定，实际上是分析电力系统受扰动后发电机之间相对运动的特性，发电机的相对运动可由功角d随时间的变化来描述。即：,发电机摇摆曲线：,为了得到，必须首先建立：发电机转子运动方程和功角特性的表达式,一转子运动方程,J：转动惯量；：角加速度；(rad/s2)：机械角速度；(rad/s）M：不平衡转矩MTME,额定转速下的转子动能,采用标么制，设转矩基准值为,当转速用标么值表示时，上式可写成,令-惯性时间常数，于是得到：,则转子的运动方程可写为：,惯性时间常数的意义,当发电机空载时，如原动机将一个数值等于MT的恒定转矩（MT*1）加到转子上，则转子从静止状态启动到额定值时所需的时间。,将机械角速度转换成电气角速度，,方程式初看似乎简单，但它的右函数，即不平衡转矩(或功率)却是很复杂的非线性函数。右函数的第一项是发电机的原动机功率，它主要取决于本台发电机的原动机及其调速系统的特性。右函数的第二项发电机的电磁功率，在多机电力系统中，它不但与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等有关，而且还与其它发电机的电磁特性、网络结构等有关，它是电力系统稳定分析计算中最为复杂的部分。,二隐极发电机的功-角特性,-即发电机的电磁功率与功角之间的关系,一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统,定义：,Eq：发电机空载电势。：电势与无穷大系统电压夹角。：功率因素角。,U,功-角特性方程的推导,由相量图得：,发电机功角特性方程,以上公式当电势、电压、阻抗恒定不变时发电输出功率就是功角的正弦函数。90度时最大，称为输送功率极限。,3简单电力系统的静态稳定分析,静态稳定定义：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。,起因：系统受到小干扰。例如，个别电动机的接入和切除或加负荷和减负荷；又如架空输电线围风吹摆动引起的线间距离(影响线路电抗)的微小变化；另外，发电机转子的旋转速度也不是绝对均匀的。,结果：如果这种偏离很小，干扰消去后，系统又重行回到平衡，则系统是静态稳定的。,特点：系统的状态变量偏移很小，从而允许把描述系统的状态方程线性化。,简单系统：单机无穷大系统。即受端系统是无穷大系统，其电压和频率都恒定不变。,过程：系统将会偏离平衡点。,简化条件：发电机为隐极机,不计及自动调节系统：PT=const，Eq=const,发电机输出的电磁功率,一、简单系统静态稳定过程分析,等值电路：xd=xd+xT1+xL+xT2,PE=P0与功率特性曲线有两个交点a和b，即电机的两个运行点。下面就对a点和b点进行分析,扰动使aa(+),PEaP0Pa=PT-PEaP0Pa=PT-PEa0M0加速aa,a点扰动过程分析：,稳态时：,扰动使bb(+),PEb0M0加速不再回到b点非周期失步bb（-），PEbP0Pb=PT-PEbPE,加速，上升，增大bc上升，增大0,动能增加ce故障切除PT0，继续增大ef动能释放减速，当f=0，动能释放完毕，m角达最大fkPTPE,减速减小,经振荡后稳定于平衡点k,临界摇摆角：达到该点时转速必须达到同步速发电机才能稳定,概念：摇摆曲线：功角随时间变化曲线最大摇摆角：,结论：1、若最大摇摆角不越过h点，系统可经衰减的振荡后停止于稳定平衡点，系统保持暂态稳定，反之，系统不能保持暂态稳定。2、暂态稳定分析与初始运行方式、故障点条件、故障切除时间、故障后状态有关。3、.快速切除是保证暂态稳定的有效措施,暂态稳定分析理论方法：,四、等面积定则,A+：表示过剩转矩所作的功，也表示在加速期间转子所储存的动能，即为图中abcd所包围的面积，称之为加速面积。A-：表示制动转矩所作的功，也代表在减速期间转子所消耗的动能，即为图中defg所包围的面积，称之为减速面积。当加速面积和减速面积相等时，转子角速度恢复到同步速，系统才能保持暂态稳定，称为等面积定则。即：A+=A-,极限切除角度cm,当最大可能的A减小于A加时，如果减小c，则可以使A加减小，同时A减增大，这就有可能使原来不能保持暂态稳定的系统变成能保持暂态稳定的系统。如果在某一切除角时，最大可能的A减等于A加时，则系统处于稳定的极限情况，大于这个角度切除故障，系统将失去稳定，这个角度成为极限切除角cm。,当加速面积与允许的减速面积相等时，,极限切除角度的求取,注意：角度均用弧度表示，,式中分别表示a点和h点对应的转子角度。,暂态稳定判据,暂态稳定判据2：实际加速面积180，系统不能保持暂态稳定。,六提高暂态稳定性的措施,1、故障的快速切除和自动重合闸装置的应用这是两种常常配合在一起使用的借减少功率差额来提高暂态稳定性的措施，经济而有效。快速切除故障对于提高系统的暂态稳定性