电力系统分析课件 8.第八单元 电力系统的稳定运行

电力系统分析8-1

电力系统稳定运行概述

第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述§8.1知识点：§8.1重点：§8.1难点：1.电力系统稳定性的概念2.电力系统稳定性的分类电力系统稳定性的分类

我国现行的GB38755-2019

《电力系统安全稳定导则》

，根据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统，将稳定性的研究分为：静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定等。电力系统稳定性

多台发电机同步运行的电力系统受到扰动后能保持稳定运行的能力。同步运行是电力系统稳定运行的重要标志！第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述

第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述GB38755-2019

第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述

2.暂态功角稳定指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。（通常指保持第一或第二个振荡周期不失步的功角稳定。）1.静态功角稳定指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述

4.电压稳定电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。3.动态功角稳定动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。（动态稳定的过程可能持续数十秒至几分钟。包括锅炉、带负荷调节变压器分接头、负荷自动恢复等更长响应时间的动力系统的调整，又称为长过程动态稳定性。）第八单元电力系统稳定运行

课题一

电力系统稳定运行概述电力系统分析§8-2

同步发电机功角特性及转子运动特性

第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

§8.2知识点：§8.2重点：§8.2难点：1.三种情况发电机功角特性2.转子运动方程三种情况发电机功角特性转子运动方程第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

一、同步发电机功角特性电力系统稳定性问题主要与同步发电机的稳定运行有关，而同步发电机的稳定运行不仅与它的电磁特性有关，而且与其机械特性有关。电力系统并列运行同步发电机输出的电磁功率与本身结构有关，与相连电力网的参数有关，特别与并列运行同步发电机之间的功率角相关，这种关系称为同步发电机的功角特性。即：下面以某一简单电力系统为例来分析：第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

1.保持Eq恒定不变时的功角特性发电机到无限大容量系统总电抗值为第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

相量图将式两边同乘以第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

保持Eq恒定不变时的功角特性曲线如图发电机的功率极限：发电机的功率极限表示发电机能够输出的最大有功功率，其不仅与本身的结构有关，还与相连网络的参数有关。第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

2.发电机组转子与系统等值发电机转子间的空间位置角。功率角δ意义！1.δ表示发电机空载电动势Eq与受电端系统母线电压U间的相位差。∴改变有功（改变δ）即调节汽门（或导水叶），使发电机转子前后移动。第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

可得：2.保持

恒定不变时的功角特性在暂态稳定过程分析中，或者某些发电机组装有保持

恒定的自动调节励磁装置的静态稳定分析时。∴第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

令发电机端UG

到系统电压U之间的总电抗为：3.考虑自动调节励磁装置的发电机功角特性在稳定性定性的分析中，还可以近似认为某些自动调节励磁装置可以维持发电机端电压UG恒定不变。∴显然，

比

，

的值小得多，其功率极限比前两种情况大得多，系统稳定性也要提高很多。第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

二、同步发电机转子运动方程J为转动惯量，TJ为惯性时间常数。此方程为常系数非线性微分方程（改进欧拉法！）转子运动方程表明发电机转子的角速度、角位移与转子不平衡力矩或功率的关系。显然：当转子输入的机械功率PT大于发电机输出的电磁功率PE，电角度δ增加，加速度

为正，反之相反!第八单元电力系统稳定运行

课题二

同步发电机功角特性及转子运动特性

二、同步发电机转子运动方程式中：WK为同步发电机组转子在额定转速时具有的动能；H=WK/SN为额定转速时机组单位容量所具有的动能。一般汽轮发电机TJ为3~4S；水轮发电机TJ为5~10S。TJ惯性时间常数的理解（本科）：TJ物理意义：1）额定转速时，机组单位容量所具有动能的2倍。2）还可理解为：机组从静止升到额定转速所需要的的时间。TJ与转动惯量J及转速的平方成正比，与容量成反比。机组容量越大、TJ越小！电力系统分析§8-3电力系统静态稳定分析

§8.3知识点：§8.3重点：§8.3难点：1.静态稳定性过程分析2.静态稳定性判据静态稳定性判据静态稳定性过程分析第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

电力系统运行的静态稳定是研究系统在正常运行受到小扰动后的稳定性问题。小扰动，例如：系统负荷的正常变化，系统参数微小变化，发电机组受到微小机械振动等。一、同步发电机并联运行的静态稳定分析1.电磁特性2.机械特性（一）静态稳定性过程分析

一、同步发电机并联运行的静态稳定分析1.电磁特性2.机械特性

第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

一、同步发电机并联运行的静态稳定分析1.电磁特性2.机械特性

第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

一、同步发电机并联运行的静态稳定分析1.电磁特性2.机械特性

第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

一、同步发电机并联运行的静态稳定分析1.电磁特性2.机械特性

∴发电机运行于b点，当系统受到小扰动后，不是稳定在a点，就是与系统失去同步。所以，b点运行系统是不稳定的。第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

（二）静态稳定性判据1.在曲线的上升部分，即

区间的任何一点对小扰动的响应都与a点的相同，系统都有静态稳定性。2.曲线的下降部分，即

区间的任何一点对小扰动的响应都与b点相同，系统都不具有静态稳定性。∴简单电力系统静态稳定的实用判据系统静态稳定极限值:对于简单电力系统，第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

静态稳定储备系数定义：规程规定：1.正常运行方式和正常检修运行方式下，

；2.事故后运行方式和特殊运行方式下，

。第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析

静态电压稳定储备系数定义:二、电力系统电压稳定分析(自学)规程规定：静态电压稳定判据为：1.正常运行方式和正常检修运行方式下，

；2.事故后运行方式和特殊运行方式下，

。其中Usl为保持系统稳定的最低极限电压,U0实际运行电压。第八单元电力系统稳定运行

课题三电力系统静态稳定分析电力系统分析§8-4

电力系统暂态稳定性分析第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

§8.4知识点：§8.4重点：§8.4难点：1.暂态稳定性过程分析2.暂态稳定性判据3.极限切除角、极限切除时间等面积定则极限切除角与时间

一、分析暂态稳定性问题的基本假设条件电力系统运行的暂态稳定性是研究电力系统受到大扰动后并联运行的发电机组间能否继续保持同步运行的问题。1.一般以不对称短路分析电力系统的暂态稳定性。4.发生不对称短路时，不计零序电流和负序电流对转子运动的影响。…………2.不计非周期分量的影响。3.不考虑频率变化对系统参数的影响。第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

二、暂态稳定过程的功角特性方程1.系统正常运行时的功角特性方程第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

2.发生故障瞬间的功角特性方程第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

3.切除故障后的功角特性方程第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

经分析：三种状态下功角特性方程曲线第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

三、暂态稳定的物理过程分析a点分析：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

三、暂态稳定的物理过程分析b点分析：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

三、暂态稳定的物理过程分析c点分析：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

三、暂态稳定的物理过程分析k点分析：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

三、暂态稳定的物理过程分析K’点分析：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

四、等面积定则◆在功率角从δ0

变化到δc

的过程中，原动机输入的能量大于发电机输出的能量，多余的能量将使发电机转速升高并转化为转子的动能；(转子动能↑)转子动能的增量为：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

四、等面积定则◆当功率角从δc

变到δmax

的过程中，原动机输入的能量小于发电机输出的能量，不足的能量由发电机转速降低而释放动能转化为电磁能来补充。(转子动能↓)转子动能的减量为：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

四、等面积定则如果有即系统在暂态过程中，发电机转子在加速过程中所增加的动能在减速过程中全部释放。所以，系统具有暂态稳定性。等面积定则：在暂态过程中加速面积和减速面积相等，系统是暂态稳定的。等面积定则为分析和判断系统受到大扰动时能否保持稳定提供了重要依据。第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

四、等面积定则若定义此系统是暂态稳定的，这也是等面积定则的另一种说法！为最大可能的减速面积当最大可能的减速面积不小于加速面积，即：第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析

五、极限切除角和极限切除时间在某功率角切除故障时，加速面积正好与最大可能的减速面积相等，称此功率角为暂态稳定的极限切除角δcm

。若继电保护装置切除故障的时间小于tcm，加速面积小于最大可能的减速面积，则系统是稳定的，反之，系统不稳定。δcm的意义？转子从故障发生时刻开始，抵达极限切除角δcm

所对应的时间，称为极限切除时间tcm

。tcm的意义？第八单元电力系统稳定运行

课题四电力系统暂态稳定性分析电力系统分析§8-5

电力系统的振荡第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

§8.5知识点：§8.5重点：§8.5难点：1.振荡的概念2.振荡的特征3.振荡后的措施振荡的特征振荡的特征

一、同步发电机失步后的运行情况并列运行的发电机（或发电厂）与系统失去同步称之为振荡。第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

二、振荡特征1）当系统发生振荡时，发电机与系统之间各节点电压大小发生周期变化，其中电气中心点（振荡中心）电压会周期性降到零，好象该点周期性发生三相短路一样。因此，系统振荡时，电气设备会周期性地受到类似三相短路的冲击。第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

二、振荡特征2）失去同步的发电机定子电流、有功功率、无功功率的大小与方向周期性变化。这很容易导致系统发生电压崩溃和频率崩溃。3）失去同步的发电机转速随着发电机脉动功率的变化而变化，因此发电机侧频率表读数周期性变化。发电机脉动功率的周期性变化，使发电机和机端升压变压器的机械平衡受影响，所以发电机、变压器发出不正常的有节奏的轰鸣声，很容易损坏发电机、变压器。联络线电流：第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

三、电力系统振荡的处理措施1．再同步在某些情况下，系统受到小的或大的扰动后，发电机经过短时间非同步运行后，再恢复到同步运行方式，此过程称再同步。《电力系统安全稳定导则》规定，在满足一定条件下可以允许局部系统作短时间的非同步运行。最长时间不超过了3-4分钟。2.系统解列所谓解列，就是把已经失去同步的系统在适当的地点（又称解列点），自动或手动地跳开某些短路器，使系统分解成几个独立的各自保持同步的部分。第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

三、电力系统振荡分类1．低频振荡并列运行的发电机间在小干扰下发生的频率为0.2～2.5Hz范围内的持续振荡现象叫低频振荡。低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应,常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上,在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。电力系统稳定器（PSS）就是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术。是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

三、电力系统振荡分类对高压直流输电线路(HVDC)、静止无功补偿器(SVC),当其控制参数选择不当时,也可能激发次同步振荡。防止措施有:

1、通过附加或改造一次设备;

2、降低串联补偿度;

3、通过二次设备提高对扭振模式的阻尼(类似于PSS的原理）2.次同步振荡（SSR）当发电机经由串联电容补偿的线路接入系统时,如果串联补偿度较高,网络的电气谐振频率较容易和大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率产生谐振,造成发电机大轴扭振破坏。此谐振频率通常低于同步(50Hz)频率,称之为次同步振荡。第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡

发电机AVR系统（自动励磁调节系统）第八单元电力系统稳定运行

课题五电力系统的振荡电力系统分析§8-6

提高电力系统稳定性的措施

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施§8.6知识点：§8.6重点：§8.6难点：1.提高静态稳定性措施2.提高暂态稳定性措施开关站、强行串联电容补偿、联琐切机等1.提高静态稳定性措施2.提高暂态稳定性措施

一、提高系统稳定性的一般原则尽可能地提高系统的稳定极限，是提高系统静态稳定性原则；尽可能减小加速面积而增大减速面积，提高系统暂态稳定性原则。二、提高系统静态稳定性的措施系统有功稳定极限为

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施1.减小发电机电抗

Xd

在系统总电抗中所占的比例很大，（一般占三分之一以上），但受制造成本和其它因素的限制，要想大幅度减小Xd是较困难的。结论：不可取！第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施2.减小变压器的电抗

XT1和XT2在系统总电抗中占有的比例较小,在设计和制造中已经考虑，实际中减小的空间很小。结论：不可取！第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施3.减小线路的电抗

思考：线路电抗与哪些因素有关？∴减小线路的电抗是提高静态稳定性最主要措施。高压线路的电抗在系统总电抗中占有最大的比例，远距离输电线路，有的将近占一半。

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施61（1）采用分裂导线分裂导线一般有2、3、4、6、8分裂。第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

62（1）采用分裂导线当分裂导线的根数为2、3、4根时，每千米的电抗分别为0.33、0.30、0.28Ω左右，而导线的结构、线路的架设变得复杂很多，故实际运用中导线的分裂根数一般不宜过多。第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施（2）采用串联电容补偿线路电抗为X=XL-Xc第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施例如：南方电网公司分别在广西平果和百色设置了500kV超高压输电线路串联电容补偿站。平果可控串补站补偿容量为2×800MVar，投运后可提高西电东送能力220MW。

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施思考：2.串联电容补偿带来的问题？思考：1.串联电容补偿还有哪些作用？配网调压答：谐振过电压，继电保护复杂化等。广西平果串补站第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施广西平果、

百色串补站

二、提高系统静态稳定性的措施（3）提高线路额定电压等级提高线路额定电压等级相当于减小线路电抗的标么值.

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施原理：由简单电力系统的稳定极限可知，提高系统电压U运行水平，可以提高系统的稳定性。（二）提高系统的运行电压第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施（三）发电机采用自动调节励磁装置（AVR）和强励装置原理：保持Eq恒定的功角特性保持UG恒定的功角特性第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

二、提高系统静态稳定性的措施Xs=XT1

+XL+XT2,显然，Xs≤XdΣ，系统静态稳定性明显提高！对AVR提高静态稳定性评价：投资小（一般几十万元一套），效果大（发电机电抗占总值的1／3）。所以，电力系统所有的发电机都装设了AVR装置。强行励磁：即当系统发生故障使发电机端电压低于85~90%额定电压时迅速大幅度的增加励磁，此措施称为强行励磁，简称强励。由于实行强励，极大提高了发电机电动势，提高了系统稳定极限，从而使电力系统稳定性得到提高。

第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

同步发电机AVR装置第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

尽可能地提高系统的稳定极限，是提高系统静态稳定性原则；尽可能减小加速面积而增大减速面积，提高系统暂态稳定性原则。三、提高系统暂态稳定性的措施（一）快速切除故障快速切除故障是提高电力系统暂态稳定性最根本、最有效的措施。第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施

三、提高系统暂态稳定性的措施（二）采用自动重合闸装置自动重合闸装置对提高电力系统暂态稳定性起着十分显著的作用。第八单元电力系统稳定运行

课题六提高电力系统稳定性的措施