电力系统的运行状态

电力系统的运行状态1第1页，共27页，2023年，2月20日，星期一等式约束条件：二、电力系统运行状态分类

1、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运行调度的基础。

2、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束已经接近上下限，以安全调度为主。

3、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，系统仍能同步运行。

4、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列成几个独立的小系统。

5、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列的大系统运行状态过渡。2第2页，共27页，2023年，2月20日，星期一电力系统运行状态示意图正常状态（满足负荷需求，进行经济运行）恢复状态（重新并列，恢复对用户供电）系统崩溃（切机、切负荷、断开线路）警戒状态（预防性控制）紧急状态（紧急控制）安全不安全超越不等式约束条件危险重新带负荷预防性控制储备系数减小或干扰概率增大并列紧急控制系统不完整(解列)系统保持原状切负荷解列超越等式约束条件3第3页，共27页，2023年，2月20日，星期一

2-2电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性分类：20世纪60年代前：前苏联、我国：静态稳定，动态稳定。

西方：静态稳定，暂态稳定。20世纪70年代起，国际通用：静态稳定，暂态稳定一、定义：静态稳定：在一个特定的稳定运行的条件下，电力系统受到任何一个小的扰动，经过一段时间，它能够自动恢复到或者靠近小扰动前的运行条件。暂态稳定：在一个特定的稳态运行条件下，电力系统受到一个特定的大干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到另一个允许的稳态运行条件。4第4页，共27页，2023年，2月20日，星期一GEqTLU0功角在时间上表示励磁电势和端电压之间的相角差；功角在空间上表现为发电机转子磁场轴线与定子合成磁场轴线之间夹角。功角特性曲线X5第5页，共27页，2023年，2月20日，星期一遭受微小扰动后分析a、b两个运行点的过渡过程：

a点(静态稳定工作点)：大于0时，转子转速上升，转子制动，趋于0。小于0时，转子转速下降，转子加速，趋于0。

b点(静态不稳定工作点)

：

大于0时，转子转速上升，转子加速，趋于无穷大。小于0时，转子转速下降，转子制动，趋于无穷大。

功角特性曲线6第6页，共27页，2023年，2月20日，星期一静态稳定储备储备系数：

为原动机输入功率

正常运行情况下，静态稳定储备系数应当大于15%，事故后要求不小于5%。功角特性曲线7第7页，共27页，2023年，2月20日，星期一整步功率特性曲线

根据上面在点a及点b能否稳定运行分析，得出静态稳定判据：

当功角与发电机功率的增量有相同符号时，即系统是静态稳定的

当系统临界稳定当系统是不稳定的整步功率8第8页，共27页，2023年，2月20日，星期一三、电力系统暂态稳定分析GEqTU0L1L2简单电力系统及故障时的功角特性9第9页，共27页，2023年，2月20日，星期一分析电力系统稳定时，最主要的工作在于：确定转子角度、角速度变化的同步发电机转子运动方程定子有3个电枢绕组（空间位置相差120。）转子有励磁和若干阻尼绕组

2-3研究电力系统稳定的基本模型一、同步发电机基本机构及模型10第10页，共27页，2023年，2月20日，星期一11第11页，共27页，2023年，2月20日，星期一12第12页，共27页，2023年，2月20日，星期一——发电机暂态电抗后的电势；——发电机出口的端电压；——发电机暂态电抗。二阶同步发电机模型转子运动方程：附加代数方程：同步发电机转子运动基本方程式：13第13页，共27页，2023年，2月20日，星期一同步发电机电磁功率的计算根据同步发电机相量图因为：所以：14第14页，共27页，2023年，2月20日，星期一二、励磁系统模型励磁控制的作用：不仅控制发电机端电压，还控制发电机的功率因数和电流等参数（1）稳态运行时a)保持发电机在运行中的电压恒定；b)同步发电机并列运行时调节无功功率的分配；c)提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围；d)可以阻尼和抑制低频震荡。15第15页，共27页，2023年，2月20日，星期一（2）暂态过程中a)负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压；b)系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性按励磁电流提供方式不同：（1）直流机励磁系统

电刷是约束，100MW以上机组很少使用时间常数大，电压响应速度较慢；（2）交流机励磁系统

交流发电机与整流器构成直流电源，有辅助励磁机，轴长；（3）静态励磁系统

从发电机出口变压器加整流器。16第16页，共27页，2023年，2月20日，星期一

励磁机可控硅输出移相触发综合放大量测滤波转子电压软负反馈

F可控硅励磁调节器其他信号ULfUGGIUG0YHLH可控硅励磁控制系统原理图17第17页，共27页，2023年，2月20日，星期一和分别为该环节的放大倍数和时间常数。量测滤波：惯性环节。其传递函数可用下式表示——比例常数。——由互感器-整流器装置中的滤波作用所引起的时间常数，较小。综合放大、移相触发、可控硅输出：近似为惯性环节和分别为该环节的放大倍数和时间常数。转子电压软负反馈其作用是提高控制调节系统的稳定性品质，输出量大小与转子电压的变化率有关。18第18页，共27页，2023年，2月20日，星期一相位补偿传感器信号复归放大限幅输入信号励磁四、原动机调速系统模型三、电力系统稳定器模型（PSS）电力系统频率正比于原动机转速。调速系统由量测、放大、执行三个环节组成。量测环节的输入控制变量：19第19页，共27页，2023年，2月20日，星期一气轮机模型：汽容效应（调节气门与第一级喷嘴存在管道和空间）高压蒸汽室高再热器中联箱低低轴阀门开度去凝汽室中间再热机组工作原理以给定功率为输入量以蒸汽量为输出量20第20页，共27页，2023年，2月20日，星期一水轮机模型：水锤现象（水流在水轮机及引水管中有惯性）输入量：导叶开度输出量：水轮机功率21第21页，共27页，2023年，2月20日，星期一

2-4提高和改善电力系统稳定性的控制技术

电力系统稳定性是限制交流远距离输电和输送能力的决定因素之一。

一般原则：

1）尽可能地提高电力系统的功率极限；2）减少发电机相对运动的振荡幅度。一、提高静态稳定的方法1、尽量缩短电气距离或等值电气距离1）减少发电机或变压器电抗；2）采用自动励磁装置；（优先考虑）3）减少线路电抗；（分裂导线或双回输电线）4）串联电容补偿；5）改善电力系统结构，系统中间增设中间调相机。22第22页，共27页，2023年，2月20日，星期一2、减小机械与电磁、负荷与电源的功率或能量差额（紧急状态下的临时措施）3、解列、合理选择解列点（权宜措施）二、提高暂态稳定的方法及措施根本出发点：控制和减少功率、能量的差额。方法：1）快速切除故障；

2）采用自动重合闸；

3）强行励磁（维持同步发动机出口电压UG为常数不变）；

4）改善原动机调速系统的调节特性（如快速关闭进气阀门）；

5）同步发电机输出端采用电气制动控制；

6）变压器中性点经小电阻接地；

7）强行串联补偿和设置开关站控制；

8）连锁切除同步发电机；

9）调节直流输电功率控制；

10）设置合理的解列点或同步发电机异步运行。23第23页，共27页，2023年，2月20日，星期一具体措施：1）切除部分机组（水电厂）联跳切机时等效发电机的功角特性快速切机示意图G2G4负荷G1G324第24页，共27页，2023年，2月20日，星期一GG系统电气制动示意图2）电气制动（水电厂）

故障后迅速投入电阻

R容量相当于电厂装机容量的1/3至1/4（容量足够时才有效）。电阻投入时刻：立即、二次重合

电阻退出时刻：启动信号的选择电气制动的作用过制动和欠制动注意的问题：25第25页，共27页，2023年，2月20日，星期一3）快关汽门

减小原动机转矩，适合应用于汽轮机。（慎用）4）自动重合闸

一般指二次重合闸，主要针对瞬时故障。5）采用快速励磁系统

强行励磁保持电压水平。6）切除部分负荷

在频率正常情况下，在短路故障切除0.5s内切除负荷，再在15min内分级将负荷重新投入。7）再同步控制加大、减小原动机转矩。8）解列

解列点选择：(1)解列后各小系统功率基本平衡；

(2)再并列较方便、通信可靠性高、远动设备水平高。26第26页，共27页，2023年，2月20日，星期一在a点，当扰动使发电机的角度获得微小增量时，发电机发出的功率将随之增大，此时发电机与原动机之间的功率平衡遭到破坏。由于这时发电机发出的电功率大于原动机的机械功率，即原动机的驱动转矩小于发电机的电磁滞动转矩，结果使发电机组开始减速，其角度增量逐渐减小，经过一段过渡过程后运行又恢复到扰动前的运行点a，使发电机与原动机间恢复了功率的平衡。所以，在a点运行时，电力系统是静态