《电力系统分析》课件第十五章电力系统运行稳定性的基本概念

1、第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念15-1 概述 15-2 功角的概念15-3静态稳定的初步概念15-4暂态稳定的初步概念15-5负荷稳定的概念15-6电压稳定性的概念15-7发电机转子运动方程概述1. 运动系统的稳定性问题：2. 电力系统稳定性概念：按干扰大小分类: 对于线性系统而言，其稳定与否与干扰的大小无关。但是电力系统是非线性的，其稳定与否与干扰的大小有关。 电力系统在正常运行状态下，受到小的或大的扰动之，经过一定时间后，能否返回到原来稳定运行状态，或者过渡到新的稳定运行状态。如果可以则系统是稳定的，否则系统不稳定。3. 电力系统稳定性的分类：小干扰下的稳定性.(称静态稳定或微动态

2、稳定)大干扰下的稳定性.(称暂态稳定或大干扰动态稳定)按不稳定现象分类:功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性负荷稳定性、电源稳定性。按研究对象分类:准备：图示用曲面与切面分别近似表示的非线性系统与线性系统，将物体置于平衡点。解释平衡状态、小干扰静态稳定性、大干扰动态定性等概念。电力系统是非线性系统。 功角稳定很早得到人们的重视，建立了一套较完备的分析理论与方法。电压稳定研究却进展缓慢。电压失稳或崩溃造成大停电事故较晚；对电压稳定机理认识不够，以及受许多难题制约，如：负荷模型、元件动态过程及相互影响。15-2 功角的概念T2L1Tdd21XXXXXqedsinE VPX简单电力系统如图示，考虑隐极

3、发电机。发电机输出功率为传输功率与功角的关系 Pe= f () 称为“功角特性”或“功率特性” ， 见图。 为 和 之间的相位角，称为功角。qEV简单电力系统及其等值电路简单电力系统及其等值电路简单电力系统的相量图简单电力系统的相量图发电机电势到系统电压的电抗为:功角特性功角特性15-3 静态稳定的初步概念静态稳定性分析：初始状态必须是平衡点。 在a点附近运动具有吸引力，所以在a点运行是稳定的。t静态稳定的概念静态稳定的概念小扰动后功角的变化小扰动后功角的变化a点运行点运行1. 在 a 点运行时，假定受微小扰动小扰动后功角的变小扰动后功角的变化化 b点运行点运行 在b点附近运动具有排斥力，所以

4、在b点运行是不稳定的。2. 在 b点运行时，假定受微小扰动静稳判据：（在曲线上升的区间是稳定的）e0dPd电力系统的静态稳定性：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。PT=P0 =constant15-4 暂态稳定的初步概念d IdT1LT212XXXXXqId IsinEVPXd IIdT1LT2XXXXXqIId IIsinE VPX研究系统受到大的扰动能否保持稳定运行。讨论简单电力系统突然切除一回输电线路的情况。正常运行时，系统的总电抗功率特性为切除一回线路后，系统总电抗功率特性为功率特性曲线如图。显然d IId IXX切除一回输电线路切除一回输电线路功率特

5、性功率特性暂态稳定性分析：1. 切除线路瞬间运行于点b原动机保持 PT=P0 ，则PTPe ，发电机加速 。于是送、受端出现正的相对速度，功角开始增大。发电机工作点由b向c点变动。正常运行状态点a，PT=Pe=P0(初始状态必须是静态稳定点。)2. 达到c点处，转矩平衡，由于转子的惯性，功角将继续增大而越过点c。之后，当功角继续增大时，PT Pe ，发电机开始减速，开始减小并在d点达到零值。由于 ，功角开始减小，工作点向c点移动。3. 在d点，= ，送、受端恢复同步，功角不再增大并抵达它的最大值max 。此刻电磁功率仍大于原动机功率，发电机继续减速，且发电机转速开始小于受端发电机转速。4. 最

6、终稳定运行点为c点，稳定运行功角为c 。 以后功角在b点而在d点之间等幅振荡 。考虑各种损耗，则功角变化是一种减幅振荡。保持暂态稳定保持暂态稳定 从点c开始，转子减速。因为，功角仍增大。若 未降到零时，功角已达到临界角cr(c点)，功角将继续增大而越过点c，转子上的不平衡转矩又变成加速性质。于是又开始增加，功角将继续增大，使发电机与受端系统失去同步，破坏了电力系统的稳定运行。暂态不稳定情况：失去暂态稳定失去暂态稳定电力系统的暂态稳定性：指电力系统在正常运行时，受到一个大的扰动后，能从原来的运行状态(平衡点)，不失去同步地过渡到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地运行。暂稳判据：用功角随时间变

7、化的特性作为暂态稳定的判据。受端电压和功率随负荷阻抗变化的曲线受端电压和功率随负荷阻抗变化的曲线15-5 负荷稳定的概念以负荷为异步电动机为例有两个平衡点a、b。a点，是静态稳定平衡点；负荷稳定性：负荷稳定性： 负荷在正常运行中受到扰动后能保持在某个恒定转差下继续运行的能力。负荷静态稳定判据：0edMds 或e0dP ds转矩转差特性转矩转差特性ssssMMcrcremaxe2b点，是静态不稳定平衡点。15-6 电压稳定性的概念电压崩溃：电压崩溃：发电厂经过一定距离的输电线向负荷中心供电的系统中，当电源电压和网络结构不变时，负荷节点的电压会随着负荷功率的增加而缓慢下降，当负荷功率增加到一定限值

8、时，节点电压将发生不可控制的急剧下降现象。电压失稳还与负荷的静态及动态特性有关负荷节点静态电压稳定判据：0dP dV 负荷节点电压的下降总可以换取网络送达功率的增加系统稳定电压的降低将导致功率的减少系统不稳定1V2V0P电压静态稳定性研究介绍见10-4节。解释负荷功率增大时导纳变化趋势。15-7 发电机转子运动方程一、转子运动方程一、转子运动方程若不平衡转矩为a，转动惯量为J，转子加速度为A，则aMJA以 表示机械角位移，表示机械角速度，则加速度dAdt得转子运动方程aTedJMMMdt 转子运动方程改写为电气量表示的形式以 表示电气角度，表示电气角速度，极对数为 p，则adJp Mdt参考轴

9、与角度参考轴与角度事实：运动物体相对于静止对象的加速度，等于相对于匀速运动对象的加速度。即2222ddddtdtdt（表明 d/dt 可以用功角 对时间 t 的二阶导数替代） = p ，= p相对于同步参考轴的加速度绝对加速度二、用标么值表示的转子运动方程二、用标么值表示的转子运动方程adJMdt 选转矩基准值 ，上式两边除以 便得BBNMSBM2NaB1NJdMSdt 定义2NJBJTS于是定义转子惯性时间常数为：额定转速时，转子2倍动能除以基准功率。JaNTdMdt JaNTdMdt 2Ja2NTdMdt 写成状态方程形式NNaJddtdMdtTNVoE观察图形写出状态方程（一般转矩标幺值

10、省略下标“*”）讨论：转速为N的转子，动能表达式是什么？又能量与功率之比的量纲是什么？分析N/TJ的量纲，此系数与左边加速度的量纲对应，可熟记该式联系相量图，前后两物体速度之差是相对速度三、惯性时间常数的意义由定义知，惯性时间常数TJ是在额定转速下的动能的两倍除以基准功率。选基准转矩 MB = MN = SN / N则JNadTMdt代入上式并将 dt 右移，两边积分得如果取 MT* =1、 Me* =0，则 Ma* =1 于是得到 TJN = 额定惯性时间常数TJN 的物理意义： 在转子加上额定转矩MN ，使转子从静止状态启动到额定转速时所需的时间，就是发电机组的额定惯性时间常数TJN。1JNa00T dM dt (积分区间为=01， t=0 )取时间基准值N1Bt则NBtttt转子运动方程可写为2Ja2dTMdt同步角速度是每秒走过的弧度，其倒数则为同步角速度下走过1弧度所需的时间时间标幺值形式一般不常用四、等值发电机的惯性时间常数EXk,JS T11,NJNST33,NJNST22,NJNSTk2kiJNiNiWTS2kiJNiNiWTS12nkJNiNiiWTS 12/nJkBJNiNiBiTWSTSS 回顾：1. 发电机转子运动方程（根据相量图直接写出状态