电力系统暂态分析 第4章 电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性.ppt

电力系统暂态分析电力系统暂态分析常鲜戎，赵书强．电力系统暂态过程．机械工业出版社常鲜戎，赵书强．电力系统暂态过程．机械工业出版社，2010[1] 何仰赞、温增银．电力系统分析(上、下) ．华中科技大学出版社，2002[2] 李光琦．电力系统暂态分析 ．3版，中国电力出版社，2007[3] 杨淑英．电力系统分析复习指导与习题精解． 2版，中国电力出版社.2008[4] 杨淑英．电力系统概论．中国电力出版社.2007[5] 杨淑英．电力系统分析同步训练》．中国电力出版社.2004课程内容课程内容同步发电机突然三相短路的分析同步发电机突然三相短路的分析 电力系统故障的计算机算法电力系统故障的计算机算法 ■■电力系统运行稳定性的基本概念和各电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性 ■■■第四章第四章 电力系统运行稳定性的基本电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性概念和各元件的机电特性n第一节第一节 电力系统运行稳定性的基本概念电力系统运行稳定性的基本概念 n第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 n第三节第三节 发电机励磁系统与原动机系统发电机励磁系统与原动机系统 数学模型数学模型 n第四节第四节 负荷特性负荷特性 第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 电力系统稳定电力系统稳定 电压稳定电压稳定 频率稳定频率稳定 功角稳定功角稳定 静态稳定（小干扰稳定）静态稳定（小干扰稳定） 暂态稳定暂态稳定 动态稳定动态稳定 机电暂态过程机电暂态过程第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 GT电网电网负荷负荷调速系统调速系统励磁系统励磁系统微分方程微分方程代数方程代数方程负荷模型负荷模型第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种受到某种干扰干扰后，能否经过后，能否经过一定时间一定时间后回到后回到原来的运行状态原来的运行状态或者过渡到一个或者过渡到一个新的稳态运行状态新的稳态运行状态的问题。

如果能够，则认的问题如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的反之，若系统不能回为系统在该正常运行状态下是稳定的反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增大或振荡，系统是不稳定的大或振荡，系统是不稳定的 稳定的基本概念稳定的基本概念第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 原动机转矩原动机转矩电磁转矩电磁转矩正常运行时正常运行时 原动机转矩原动机转矩=电磁转矩电磁转矩 发电机稳定运行发电机稳定运行转子转子第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 静态稳定静态稳定：：是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步或自发振荡，自动恢复到初始运行状态的能力步或自发振荡，自动恢复到初始运行状态的能力暂态稳定暂态稳定：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机组保：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机组保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。

持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力动态稳定：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，保持长过程运行稳定性的能力节和控制装置的作用下，保持长过程运行稳定性的能力 第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 一、同步发电机组转子运动方程一、同步发电机组转子运动方程第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 T TJ J为在发电机组转子上施加额定转矩后，转子从停顿状态加速到为在发电机组转子上施加额定转矩后，转子从停顿状态加速到额定转速时所经过的时间额定转速时所经过的时间 发电机飞轮转矩发电机飞轮转矩折算折算第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 转子运动方程转子运动方程 发电机转子运动方程式，是电力系统稳定性分析计算中最基本发电机转子运动方程式，是电力系统稳定性分析计算中最基本的方程，方程式初看似乎简单，但它的右函数，即机械功率和的方程，方程式初看似乎简单，但它的右函数，即机械功率和电磁功率却是复杂的电磁功率却是复杂的非线性非线性函数。

在实际的多机电力系统中，函数在实际的多机电力系统中，电磁功率不单与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等电磁功率不单与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等有关，而且还与其他发电机的电磁特性、负荷特性、网络结构有关，而且还与其他发电机的电磁特性、负荷特性、网络结构等有关，它是电力系统稳定性分析计算中最为复杂的部分可等有关，它是电力系统稳定性分析计算中最为复杂的部分可以说，以说，电力系统稳定性计算的复杂性和工作量，取决于发电机电力系统稳定性计算的复杂性和工作量，取决于发电机电磁转矩电磁转矩( (或功率或功率) )的描述和计算的描述和计算第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 二、发电机的电磁转矩和功率二、发电机的电磁转矩和功率假设条件：假设条件：1 1）略去发电机定子绕组电阻）略去发电机定子绕组电阻2 2）设机组转速接近同步转速，）设机组转速接近同步转速，ωω≈1≈13 3）不计定子绕组中的电磁暂态过程）不计定子绕组中的电磁暂态过程4 4）发电机的某个电动势，例如空载电动势或暂态电动势甚至）发电机的某个电动势，例如空载电动势或暂态电动势甚至端电压为恒定端电压为恒定。

（一）简单系统中发电机的功率（一）简单系统中发电机的功率1.1.隐极同步发电机的功隐极同步发电机的功——角特性角特性 (l) (l) 以空载电动势和同步以空载电动势和同步电抗表示发电机电抗表示发电机 功率极限功率极限暂态磁阻功率暂态磁阻功率（（2 2）以暂态电动势和暂态电抗表示发电机）以暂态电动势和暂态电抗表示发电机 功率极限出现在功率极限出现在功角大于功角大于90度时度时第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 暂态磁阻功率的出现带来了功角特性计算的复杂化，在工程近暂态磁阻功率的出现带来了功角特性计算的复杂化，在工程近似计算中往往采取进一步的简化似计算中往往采取进一步的简化 经典发电机模型经典发电机模型第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 （（3 3）发电机端电压为常数）发电机端电压为常数2.2.凸极式发电机的功凸极式发电机的功——角特性角特性（（1 1）以空载电动势和）以空载电动势和同步电抗表示发电机同步电抗表示发电机 磁阻功率磁阻功率磁阻功率的影响：磁阻功率的影响：（（1 1）使功率极限略有增加；）使功率极限略有增加；（（2 2）使极限功率在）使极限功率在δδ<90<90°°时出现时出现(2) (2) 以暂态电动势和暂态电抗表示发电机以暂态电动势和暂态电抗表示发电机第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 暂态磁阻功率暂态磁阻功率简化简化（（3 3）发电机端电压为常数）发电机端电压为常数（二）多机系统中发电机的功率（二）多机系统中发电机的功率 第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 三、电动势变化过程的方程三、电动势变化过程的方程发电机励磁回路的方程发电机励磁回路的方程 第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型一、发电机励磁系统及其数学模型一、发电机励磁系统及其数学模型自动调节励磁系统自动调节励磁系统发电机主励磁系统和自动调节励磁装置的合称。

发电机主励磁系统和自动调节励磁装置的合称主励磁系统主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路自动调节励磁装置自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端电压、电流等自动地调节主励磁根据发电机的运行参数，如端电压、电流等自动地调节主励磁系统的励磁电压系统的励磁电压（一）主励磁系统及其数学模型（一）主励磁系统及其数学模型主励磁系统主励磁系统 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统 静止励磁系统静止励磁系统 主励磁系统主励磁系统 常规励磁系统常规励磁系统 快速励磁系统快速励磁系统 第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型他励直流励磁机励磁系统他励直流励磁机励磁系统 1 1．直流励磁机励磁系统．直流励磁机励磁系统第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型他励直流励磁机励磁系统数学模型他励直流励磁机励磁系统数学模型 第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型2 2．交流励磁机励磁系统．交流励磁机励磁系统快速励磁系统快速励磁系统 常规励磁系统常规励磁系统 第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型3 3．静止励磁系统．静止励磁系统 （二）自动调节励磁装置及框图（二）自动调节励磁装置及框图量测滤波量测滤波 综合放大、移相触发综合放大、移相触发 限幅环节限幅环节 第三节第三节 发电机励磁系统与原动发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型机系统的数学模型（三）自动调节励磁系统的简化模型（三）自动调节励磁系统的简化模型第五章第五章 电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性n第一节第一节 简单简单电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定 n第二节第二节 简单电力系统静态稳定性简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法分析的小干扰法 n第三节第三节 自动调节励磁系统对静态自动调节励磁系统对静态 稳定性的影响稳定性的影响 n第四节第四节 实际电力系统的静态稳定性分析实际电力系统的静态稳定性分析 n第五节第五节 提高电力系统静态稳定性的措施提高电力系统静态稳定性的措施 第一节第一节 简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定一、简单电力系统小干扰后的物理过程一、简单电力系统小干扰后的物理过程二、静态稳定判据二、静态稳定判据三、静稳极限与静稳储备系数三、静稳极限与静稳储备系数四、凸极机与隐极机静稳极限的区别四、凸极机与隐极机静稳极限的区别第一节第一节 简单电力系统的静态稳定简单电力系统的静态稳定简单电力系统简单电力系统发电机电磁功率表达式（功角特性）发电机电磁功率表达式（功角特性）第一节第一节 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功角特性与稳态运行点发电机功角特性与稳态运行点b b点特性：点特性：进汽量突增进汽量突增发电机加速发电机加速功角增大功角增大电磁功率减小电磁功率减小制动转矩减小制动转矩减小发电机加速发电机加速功角增大功角增大失稳失稳进汽量突减进汽量突减发电机减速发电机减速功角减小功角减小电磁功率增大电磁功率增大制动转矩增大制动转矩增大发电机减速发电机减速功角减小功角减小结论：结论：系统不能在系统不能在b b点维持正常运行，是不点维持正常运行，是不稳定运行点稳定运行点到达到达a a点点a a点特性：点特性：进汽量突增进汽量突增发电机加速发电机加速功角增大功角增大电磁功率增大电磁功率增大制动转矩增加制动转矩增加发电机减速发电机减速功角减小功角减小回到回到a a点点进汽量突减进汽量突减发电机减速发电机减速功角减小功角减小电磁功率减小电磁功率减小制动转矩减小制动转矩减小发电机加速发电机加速功角增大功角增大结论：结论：系统可在系统可在a a点维持正常运行，是点维持正常运行，是稳定运行点稳定运行点。