电力系统的暂态稳定性

1、第八章电力系统的暂态稳定性第八章 电力系统的暂态稳定性暂态稳定概述简单系统的暂态稳定分析 自动调节系统对暂态稳定的影响 复杂电力系统的暂态稳定计算提高暂态稳定的措施暂态稳定概述 什么是电力系统的暂态稳定性 1、大干扰 2、与运行方式和干扰方式的关系 3、电力系统暂态稳定性的校验 暂态稳定分析 1、与时间长短有关 2、时间分段：暂态稳定分析：时间分段 起始：01s，保护、自动装置动作，但调节系统作用不明显，发电机采用 、PT 恒定模型； 中间：15s，AVR、PT的变化明显，须计及励磁、调速系统各环节； 后期：5smins ，各种设备的影响显著，描述系统的方程多。 本书中重点讨论起始阶段。 基本

2、假定： 网络中，=0 （网络等值电路同稳态分析） 只计及正序基波分量，短路故障用正序增广网络表示qE第二节第二节 简单系统的暂态稳定分析简单系统的暂态稳定分析 物理过程分析 等面积定则 微分方程的数值解法（摇摆曲线法） 简单系统的暂态稳定分析物理过程分析 发电机采用E模型 Uconst故障前：故障前：EUconst电源电势节点到系统的直接电抗 故障中: E12 2 LIdTTxxxxxsinIIE UPxjxUconst1222()()2()()2LdTTLIIdTTxxxxxxxxxx sinIIIIE UPx故障切除后： 功角特性曲线为： E Uconst12IIIdTLTxxxxxs i

3、nIIIIIIE UPxPPT=P0PIPPabcdefk0 cmh故障发生后的过程为： 运行点变化 原因 结果 ab 短路发生 PTPE, 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fk PT发电机输出的电磁功率，发电机加速， 220JTIIT dPPdt22( )dd ddd dddtdt dtdtdt dd 0 ()JTETdPP d PPT=P0PIPabcdf0 cmh 积分得：022200011()()22cJJccTIITTPP d左侧转子在相对运动中动能的增量；左侧转子在相

4、对运动中动能的增量； TP右侧过剩转矩对相对位移所做的功右侧过剩转矩对相对位移所做的功 线下方线下方的阴影面积的阴影面积称为加速面积；称为加速面积； 故障切除后 220JTIIITdPPdt022001()2mJmTIIITPPdm 0f0m 01()2mcJcIIITTPP d右侧制动转矩对相对角位移所做的功右侧制动转矩对相对角位移所做的功 PPT=P0PPcdefk cmh线上方的阴影面积（称为减速面积） 因减速过程中，转速恢复同步转速（即加速过程中的动能释放完毕）时角达最大，所以加速面积减速面积等面积定则。 等面积定则的应用 1、 在三状态暂态稳定分析中确定极限切除角，角摇摆越过h，则P

5、TPE，将使角P 继续扩大，系统失去暂态稳定。 h是最大允许摇摆角。 当加速面积与允许的减速面积相等时，0()()cmhcmTIIIIITPP dPP d0(sin )(sin)cmhcmTIIMIIIMTPPdPP d90()coscoscosThIIIMhIIMcmIIIMIIMPPPPP暂态稳定判据暂态稳定判据1： ccm，系统能保持暂态稳定，否则不能保持暂态稳定，系统能保持暂态稳定，否则不能保持暂态稳定 2、加速面积、减速面积的应用例单相重合闸的作用分析 加速面积、减速面积的应用例加速面积、减速面积的应用例单相重合闸单相重合闸的作用分析的作用分析 A A B Cc(1) 正常运行正常运

6、行 A A B Cc(2)单相接地单相接地 A B C(3). 选相跳闸选相跳闸 A B C(5). 重合失败重合失败 A B C(4). 重合成功重合成功 A B C(6).非全相运行非全相运行暂态稳定判据暂态稳定判据2：实际加速面积：实际加速面积180，系统不能保持暂态稳定。 -t曲线的计算方法（微分方程数值解法）曲线的计算方法（微分方程数值解法）第三节第三节 发电机组自动调节系统对发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响暂态稳定的影响 本节仍以简单系统为对象，讨论发本节仍以简单系统为对象，讨论发电机组的自动调节励磁系统和自动电机组的自动调节励磁系统和自动调速系统对暂态稳定的影响，其中调速系统

7、对暂态稳定的影响，其中以前者为重点。以前者为重点。一、自动调节系统对暂态稳定的影响一、自动调节系统对暂态稳定的影响 (一一) 自动调节励磁系统的作用自动调节励磁系统的作用 在以上的讨论中，认为发电机暂态电抗在以上的讨论中，认为发电机暂态电抗xd后的电动势后的电动势Ed在整个暂态过程中保持恒定，在整个暂态过程中保持恒定，这实际上仅是很粗略地考虑自动调节励磁这实际上仅是很粗略地考虑自动调节励磁装置的作用，因而有可能带来错误的结论。装置的作用，因而有可能带来错误的结论。例如，若在发生短路后发电机在强行励磁例如，若在发生短路后发电机在强行励磁作用下暂态电动势升高，则上述近似处理作用下暂态电动势升高，则

8、上述近似处理偏于保守，否则相反。偏于保守，否则相反。(二二)自动调速系统的作用自动调速系统的作用二、计及自动调节励磁系统作用时的暂态二、计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析稳定分析 为使以下的讨论不至过于繁琐，假设短路为使以下的讨论不至过于繁琐，假设短路后励磁机的励磁电压在强行励磁装置作用后励磁机的励磁电压在强行励磁装置作用下立即升到最大值下立即升到最大值uffmax。即应用式。即应用式(646)描描述强制空载电动势的变化述强制空载电动势的变化 发电机待求解的微分方程共有四个。发电机待求解的微分方程共有四个。 是是励磁机的微分方程：励磁机的微分方程：二、计及自动调节励磁系统作用时的暂态二、

9、计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析稳定分析 第二个是励磁绕组第二个是励磁绕组微分方程：微分方程： 还有两个即发电机还有两个即发电机的转子运动人程：的转子运动人程： 以上的递推计算公式反映了两类方程交以上的递推计算公式反映了两类方程交替求解的过程，最终的目的当然是求替求解的过程，最终的目的当然是求随随t的变化曲线。的变化曲线。 最后需指出计及自最后需指出计及自动调节励磁的作用时，已不能再运用等动调节励磁的作用时，已不能再运用等面积定则先求极限切除角度然后计算极面积定则先求极限切除角度然后计算极限切除时间。而是只能先给定一个切除限切除时间。而是只能先给定一个切除时间时间tc计算按此切除时间切

10、除短路时，系计算按此切除时间切除短路时，系统能否保持暂态稳定。对于发电机与无统能否保持暂态稳定。对于发电机与无限大容量系统相连的情形，限大容量系统相连的情形， 随时间不随时间不断增长是系统不能保持稳定的标志。断增长是系统不能保持稳定的标志。第四节第四节 复杂电力系统的暂态稳定计算复杂电力系统的暂态稳定计算 对于复杂系统的暂态稳定分析计算，对于复杂系统的暂态稳定分析计算， 目前比较普目前比较普遍采用的方法仍是计算扰功发生后各发电机转子之遍采用的方法仍是计算扰功发生后各发电机转子之间相对角度随时间变化的曲线。如果任意两台发电间相对角度随时间变化的曲线。如果任意两台发电机间相对角随时间不断增大且超过

11、机间相对角随时间不断增大且超过180o。，即可判。，即可判断系统不能保持暂态稳定。因为多机系统中发电机断系统不能保持暂态稳定。因为多机系统中发电机的功率是相对角的函数，相对角不断增大将引起功的功率是相对角的函数，相对角不断增大将引起功率的振荡、系统不能维持同步运行。率的振荡、系统不能维持同步运行。 发电机和负荷的数学模型的精确度以及所采用的计发电机和负荷的数学模型的精确度以及所采用的计算方法对复杂系统暂态稳定的计算程序有较大的影算方法对复杂系统暂态稳定的计算程序有较大的影响。这里将介绍较简单的计算程序原理框图。响。这里将介绍较简单的计算程序原理框图。一、假设发电机暂态电动势一、假设发电机暂态电

12、动势E和机械功率和机械功率PT均为均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法 对于一般联系比较紧密的系统，在受扰动后对于一般联系比较紧密的系统，在受扰动后ls左左右即可判断系统的暂态稳定性。在这种情况下，右即可判断系统的暂态稳定性。在这种情况下，假定假定E和和PT均为常数负荷用恒定阻抗模拟，在工均为常数负荷用恒定阻抗模拟，在工程的近似计算中是可行的。程的近似计算中是可行的。 在上述条件下，复杂系统的暂态稳定计算也就在上述条件下，复杂系统的暂态稳定计算也就是只要求解各发电视的转子运动方程然后根据是只要求解各发电视的转子运动方程然后根据各机组间的相对角随时间变化的情况来判

13、断系统各机组间的相对角随时间变化的情况来判断系统是否稳定。但在复杂系统中各发电机的电磁功率是否稳定。但在复杂系统中各发电机的电磁功率计算不象简单系统中那样方便，下面将介绍两种计算不象简单系统中那样方便，下面将介绍两种计算电磁功率的方法及其计算流程。计算电磁功率的方法及其计算流程。第五节第五节 提高暂态稳定性的措施提高暂态稳定性的措施一、故障的抉速切除和自动重合闸装置的应用一、故障的抉速切除和自动重合闸装置的应用 快速切除故障对于提高系统的暂态稳定性有决定性的快速切除故障对于提高系统的暂态稳定性有决定性的作用作用 电力系统的故障特别是高压输电线路的故障大多数是电力系统的故障特别是高压输电线路的故

14、障大多数是短路故障，而这些短路故障大多数又是暂时性的短路故障，而这些短路故障大多数又是暂时性的 重合闸的时间受到短路处去游离时间的限制。重合闸的时间受到短路处去游离时间的限制。 超高压输电线路的短路故降大多数是单相接地故障，超高压输电线路的短路故降大多数是单相接地故障，单相重合闸时，去游离的时间比采用三相重合闸时要单相重合闸时，去游离的时间比采用三相重合闸时要有所加长，有所加长，二、提高发电机输出的二、提高发电机输出的电磁功率电磁功率(一一)对发电机施行强行对发电机施行强行励碰励碰(二二) 电气制动电气制动第五节第五节 提高暂态稳定性的措施提高暂态稳定性的措施(三三) 变压器中性点经变压器中性

15、点经小电阻接地小电阻接地第五节第五节 提高暂态稳定性的措施提高暂态稳定性的措施三、减少原动机输出的三、减少原动机输出的机械功率机械功率第五节第五节 提高暂态稳定性的措施提高暂态稳定性的措施四、系统失去稳定后的措施四、系统失去稳定后的措施(一一)设置解列点设置解列点(二二)短期异步运行及再同步的可能性短期异步运行及再同步的可能性 这里仅讨论一台机与系统失去同步的过程。发电机受这里仅讨论一台机与系统失去同步的过程。发电机受扰动后若功角不断增大，其同步功率随着时间振荡，扰动后若功角不断增大，其同步功率随着时间振荡， 平均值几乎为零。而原动机机械功率的调整较倔因平均值几乎为零。而原动机机械功率的调整较

16、倔因此发电机的过剩功率继续使发电机转子加速。但是这此发电机的过剩功率继续使发电机转子加速。但是这个过程不会持续下去，因为发电机的转速大于同步转个过程不会持续下去，因为发电机的转速大于同步转速而处于异步运行状态时，发电机将发出异步功率。速而处于异步运行状态时，发电机将发出异步功率。当当 平均异步功率与减少了的机械功率达到乎衡时，平均异步功率与减少了的机械功率达到乎衡时，发电机发电机 即进入稳态的异步运行即进入稳态的异步运行第五节第五节 提高暂态稳定性的措施提高暂态稳定性的措施 同步发电机在异步运行时发出异步功率的原理与异步发电机同步发电机在异步运行时发出异步功率的原理与异步发电机类似即由于定子磁场在转于绕组和铁芯内产生感应电流，类似即由于定子磁场在转于绕组和铁芯内产生感应电流，后者的磁场与定子磁场相互作用产生异步转矩，使