《电力系统稳定》ppt课件

1、第第7章章电力系统稳定运转电力系统稳定运转7.1电力系统稳定性的根本概念电力系统稳定性的根本概念n稳定性问题就是当系统在某一正常运转形状下遭到某种干扰以后，能否经过一段时间回到原来运转形状或者过渡到一个新的稳定运转形状的问题。假设可以回到新的运转形状，那么以为系统在正常运转形状下是稳定的。反之，假设系统的运转形状没有一个稳态值，而是随时间不断增大或振荡，那么系统是不稳定的。7.1电力系统稳定性的根本概念电力系统稳定性的根本概念n电力系统静态稳定性电力系统静态稳定性:是指电力系统在某个是指电力系统在某个运转形状下，忽然遭到恣意的小干扰后能运转形状下，忽然遭到恣意的小干扰后能恢复到原来或者与原来很

2、接近的运转形状恢复到原来或者与原来很接近的运转形状的才干。的才干。n电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性:是指电力系统在某是指电力系统在某个运转形状下忽然遭到较大的干扰后可以个运转形状下忽然遭到较大的干扰后可以过渡到新的稳定运转形状或者回到原来运过渡到新的稳定运转形状或者回到原来运转形状的才干。转形状的才干。功角的概念功角的概念n单机无穷大系统单机无穷大系统n总电抗：总电抗：n由相量图可得：由相量图可得：n两端同乘两端同乘dXV /2121TLTddXXXXXsincosqdEIXsindqeXVEP可得：并考虑cosVIPPe 功角的概念功角的概念n分析：当发电机电势分析：当发电机电势E

3、q和受端电压和受端电压V均为恒定时，传均为恒定时，传输功率输功率Pe是角度是角度的函数，因此的函数，因此成为功角或功率角。成为功角或功率角。而功率与功角之间的关系称为功角特性或功率特性。而功率与功角之间的关系称为功角特性或功率特性。n功角功角的物理含义的物理含义n1表示电势和电压之间的相位差；表示电势和电压之间的相位差；n2表征各发电机转子之间相对空间位置位置表征各发电机转子之间相对空间位置位置角。角。sindqeXVEP 功角的概念功角的概念n位置角位置角分析分析7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n7.2.1转子运转方程转子运转方程 dtddtddtd220ETJPPdtdT22

4、0电力系统稳定性分析的方法和步骤电力系统稳定性分析的方法和步骤n电力系统中各旋转元件的机电特性;n 即求解一组非线性微分方程和代数方程，得到发电机功角随时间变化的曲线摇摆曲线t。n找出系统稳定判据进展判别。n问题关键是求解非线性微分方程组，现常采用的方法： n数值解法逐渐分析法计算机时域仿真n简化法非线性方程线性化针对小扰动n直接法李雅普诺夫能量函数法针对大扰动7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n7.2.2发电机电磁转矩和功率n假设n同步电机根本方程式有:dqdddqXIUXIUE0qdXX7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n代入有功功率表达式，有 :qqddqdqdE

5、IUIUjIIjUUIUP)()Re( sindqddddqqXUEUXUUXUEsindEXUEP7.2同步发电机的机电特征同步发电机的机电特征n假设n用暂态电势表示的电流电压关系如下： qdXXqqdddqqXIUXIUE02sin2sin2dqdqdqEXXXXUXUEPq2sin2sin2dqdqdqEXXXXUXUEPqsindEXUEP 7.4 7.4简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定 发电机转子上转矩发电机转子上转矩必需平衡，发电机必需平衡，发电机才干稳定地与系统才干稳定地与系统同步运转；但转矩同步运转；但转矩平衡并不一定能稳平衡并不一定能稳定运转。定运转。 a点和点和

6、b点均为转点均为转矩平衡点矩平衡点,但但 a是稳是稳定平衡点定平衡点,b点为不点为不稳定平衡点稳定平衡点.分析分析pe7.4简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定n分析分析15.3 15.3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念n分析结论分析结论n(1)静态稳定性：电力系统在运转中遭到微静态稳定性：电力系统在运转中遭到微小扰动后独立地恢复到它原来的运转形状小扰动后独立地恢复到它原来的运转形状的才干。的才干。n(2)功率特性的上升部分是静态稳定的，此功率特性的上升部分是静态稳定的，此时，电磁功率的增量时，电磁功率的增量Pe和功角的增量和功角的增量具有一样的符号，即具有一样的符号，即0eP0

7、ddPe简单电力系统的静简单电力系统的静态稳定判据态稳定判据 负荷的静态稳定负荷的静态稳定n以一台异步电动机为例进展分析以一台异步电动机为例进展分析ssssMMcrcreemax2)(21maxXXEMdE负荷的静态稳定负荷的静态稳定n负荷稳定：在正常运转时遭到扰动后能坚持在某负荷稳定：在正常运转时遭到扰动后能坚持在某一恒定转差下继续运转的才干。一恒定转差下继续运转的才干。n在在a点，负荷稳定点，负荷稳定,转差增量转差增量s与不平衡转矩与不平衡转矩M具有一样的符号具有一样的符号,即即M/s0;在在b点点,负荷不稳负荷不稳定定,M/s0.n稳定判据稳定判据:0dsdME7.6 提高系统静态稳定性

8、的措施提高系统静态稳定性的措施n发电机向系统保送的功率极限愈高发电机向系统保送的功率极限愈高, ,那么静态稳定那么静态稳定性愈高。因此，减少发电机与系统之间的联络电抗性愈高。因此，减少发电机与系统之间的联络电抗就可以添加发电机的功率极限就可以添加发电机的功率极限 。n7.6.1 7.6.1 采用自动调理励磁安装采用自动调理励磁安装n7.6.2 7.6.2 减小元件的电抗减小元件的电抗 采用分裂导线采用分裂导线n 提高线路额定电压等级提高线路额定电压等级n 采用串联电容补偿采用串联电容补偿n7.6.3 7.6.3 改善系统的构造和采用中间补偿设备改善系统的构造和采用中间补偿设备n 改善系统的构造

9、改善系统的构造n 采用中间补偿设备采用中间补偿设备7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定 电力系统机电暂态过程特点电力系统机电暂态过程特点暂态稳定性：电力系统遭到较大的扰动之后各发电机能否能暂态稳定性：电力系统遭到较大的扰动之后各发电机能否能继续坚持同步运转。继续坚持同步运转。电力系统大扰动：电力系统大扰动：1 1负荷的忽然变化负荷的忽然变化 2 2电源的忽然变化电源的忽然变化 3 3发生短路缺点作为检验暂态稳发生短路缺点作为检验暂态稳 定的条件定的条件 负荷变化后负荷变化后, ,系统内发电机机组有哪些调整系统内发电机机组有哪些调整? ? 发电机调速系统会有哪些参数变化发电机调速系统会有哪些

10、参数变化? ?对发电对发电 机有何影响机有何影响? ? 发电机励磁调理器的作用是什么发电机励磁调理器的作用是什么? ?7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定n电力系统遭到大扰动后电磁参数要发生急剧变化电力系统遭到大扰动后电磁参数要发生急剧变化发电机电磁功发电机电磁功率急剧变化率急剧变化大扰动大扰动发电机转发电机转速变化速变化转子上出现转子上出现不平衡转矩不平衡转矩功角功角变化变化功角功角变化变化7.7 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定根本假设根本假设忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的转子电流的周期分量，即忽略了网络中各元转子电流的周期分量，即

11、忽略了网络中各元件的电磁暂态过程件的电磁暂态过程.发生不对称缺点时发生不对称缺点时,不计零序和负序电流对转子不计零序和负序电流对转子运动的影响运动的影响.忽略暂态过程中电机的附加损耗忽略暂态过程中电机的附加损耗.不思索频率变化对系统参数的影响不思索频率变化对系统参数的影响.7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析简单电力系统简单电力系统(单机单机无穷大系统无穷大系统)7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析各种运转情况下的功率特性各种运转情况下的功率特性7.7.1 简单电力系统暂态稳定的分析n系统正常运转：系统正常运转：n短路时：短路时：n短路切除后：短路切除后：2121TLTdXXXXXsins

12、in00mPXVEPXXXXXXXTLTd)21)(21sinsin00mPXVEP21TLTdXXXXXsinsin00mPXVEPn普通情况下，普通情况下，XXPPn大扰动后转子相对运动大扰动后转子相对运动n正常运转时运转点正常运转时运转点a，功，功角为角为0。n短路时，任务点应在短路时，任务点应在P曲线上。曲线上。n短路切除后，任务点应在短路切除后，任务点应在P曲线上曲线上P。7.2.2 等面积定那么等面积定那么从从0到到c过剩转距所做的功为：过剩转距所做的功为：因发电机转速偏离同步转速不大因发电机转速偏离同步转速不大令令1ccdPdMWaaa00ccdPPdPWTaa00)(II从从c

13、c到到maxmax转子动能增量转子动能增量当满足当满足条件时，动能增量为零，发电时机恢复同步，条件时，动能增量为零，发电时机恢复同步，即：即： ， 这就是等面积定那么这就是等面积定那么equal-area criterion)equal-area criterion)。maxmaxmax)(cccdPPdPdMWTaab0)()(max0ccdPPdPPWWTTba|edfgabceAAn根据等面积定那么，可以确定根据等面积定那么，可以确定最小摇摆角最小摇摆角minn当切除角当切除角c一定时，有一个最一定时，有一个最大能够的减速面积大能够的减速面积Adfsed,假假设这个面积比加速面积设这个面

14、积比加速面积Aabcea小小,发电机失步发电机失步.n结论结论:最大能够的减速面积大于最大能够的减速面积大于加速面积是坚持暂态稳定的条加速面积是坚持暂态稳定的条件件.0)()(minmaxssdPPdPPTT求极限切除角求极限切除角:在某一切除角下，最大能够在某一切除角下，最大能够的减速面积等于加速面积，的减速面积等于加速面积，假设大于这个切除角，系统假设大于这个切除角，系统将失去稳定，这个角度为极将失去稳定，这个角度为极限切除角。限切除角。0)sin()sin(lim.lim.000dPPdPPcrccmmmmmcrmcrcPPPPP000lim.coscos)(arccos7.7.4 提高暂态稳定性的措施n提高发电机输出的电磁功率n 对发电机施行强行励磁n 变压器中性点经小电阻接地n 电气制动n减少原动机输出的机械功率：对于汽轮机可以采用快速的自动调速系统或者快速封锁进气门的措施。n缺点的快速切除和自动重合闸安装的运用7.7.4 提高暂态稳定性的措施 等面积定那么的运用等面积定那么的运用1.1.直接判别简单电力直接判别简单电力系统暂态稳定性系统暂态稳定性AB,A