电力系统运行的稳定性分析课件.ppt

电力系统运行的稳定性分析第一节第一节 概述概述 一、基本概念：一、基本概念： 3. 3.功角功角：表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发电机电势间的夹角电机电势间的夹角传输功率的大小与相位角传输功率的大小与相位角密切相关，称密切相关，称为为“功角功角”或或“功率角功率角”U=U=常数常数 IUq q q第一节第一节 概述概述 二、电力系统的稳定性分析二、电力系统的稳定性分析 电电力力系系统统中中的的各各同同步步发发电电机机只只有有在在同同步步运运行行( (即即所所有有发发电电机机以以相相同同的的速速度度旋旋转转) )状状态态下下，送送出出的的电电功功率率为为定定值值，并并维持系统中任何点的电压、频率和功率潮流为定值维持系统中任何点的电压、频率和功率潮流为定值 如如果果某某些些发发电电机机之之间间不不能能维维持持同同步步运运行行，其其送送出出的的电电功功率率以以及及相相应应节节点点的的电电压压及及相相应应线线路路的的潮潮流流将将发发生生大大幅幅度度的的周周期期性性振振荡荡，如如果果失失去去同同步步的的机机组组之之间间不不能能迅迅速速恢恢复复同同步步，即即电电力力系系统统失失去去了了稳稳定定运运行行的的状状态态。

这这种种由由于于机机组组失失去去同同步步造造成的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题成的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题功角稳定问题的原因功角稳定问题的原因转矩不平衡转矩不平衡 正常运行时：正常运行时： Me=Mm 受到干扰时：受到干扰时： MeMm 机械转矩机械转矩Mm由发电厂动力部分的运行状态决定由发电厂动力部分的运行状态决定 电磁转矩电磁转矩Me由发电机及其相连的电力系统中的运行状态决定由发电机及其相连的电力系统中的运行状态决定 危害危害：稳定破坏是电网中最为严重的事故：稳定破坏是电网中最为严重的事故 之一，大电力系统的之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失随着电网互联规模的增大，稳定问题更加突出随着电网互联规模的增大，稳定问题更加突出失稳现象失稳现象：如果由于某种干扰使发电转速不再同步，那么如果由于某种干扰使发电转速不再同步，那么系统中任一点的电压、电流和发电机功率幅值不断振荡以致系系统中任一点的电压、电流和发电机功率幅值不断振荡以致系统不能正常工作，这种情况称为系统不稳定统不能正常工作，这种情况称为系统不稳定。

三、功角稳定分类三、功角稳定分类（干扰大小，便于分析）：(1)静态稳定静态稳定电力系统在某个运行状态下电力系统在某个运行状态下, 突然受到任意突然受到任意的的小干扰小干扰后，能恢复到原来的（或是与原来的很接近）后，能恢复到原来的（或是与原来的很接近）运行状态的能力运行状态的能力.静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干扰时的稳定性问题假设在电力系统中到微小干扰时的稳定性问题假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰，如果在扰动消失后系统能有一个瞬时性小干扰，如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态，则系统在该运行方式够恢复到原始的运行状态，则系统在该运行方式下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的静态稳定研究的是系统对微小干扰的适应能力，静态稳定研究的是系统对微小干扰的适应能力，或者说考虑的是系统在运行点处维持同步运行的或者说考虑的是系统在运行点处维持同步运行的能力，能力，小干扰：小干扰：是在这种干扰作用下，系统的状态变量的变化很小，因此状态是在这种干扰作用下，系统的状态变量的变化很小，因此状态方程可以线形化。

方程可以线形化三、功角稳定分类三、功角稳定分类（干扰大小，便于分析）：(2)暂态稳定暂态稳定电力系统在某个运行状态下，突然受到电力系统在某个运行状态下，突然受到较较大的干扰大的干扰后，能够过渡到一个新的稳定运行状态或者回到后，能够过渡到一个新的稳定运行状态或者回到原来运行状态的能力原来运行状态的能力 如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方动，经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况式或过渡到一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的下是暂态稳定的大干扰：系统的状态方程不能线形化大干扰：系统的状态方程不能线形化三稳定研究方法：三稳定研究方法： 1、 静态稳定分析方法：静态稳定分析方法： 微分方程线性化（小干扰法）微分方程线性化（小干扰法） 通通常常可可以以采采用用在在运运行行点点处处线线性性化化后后的的系系统统模模型型进进行行特特征征根根分析来判别系统的静态稳定性分析来判别系统的静态稳定性2 2、暂态稳定分析方法：、暂态稳定分析方法： 非线性微分方程数值解法（时域法）非线性微分方程数值解法（时域法） 等面积定则（仅适合单机无穷大系统）等面积定则（仅适合单机无穷大系统） 一一般般采采用用的的是是对对全全系系统统非非线线性性状状态态方方程程的的数数值值积积分分法法进进行行对对系系统统动动态态过过程程的的时时域域仿仿真真，通通过过对对计计算算得得到到的的系系统统运运行行参数参数( (如转子角如转子角) )的动态过程的分析判别系统的暂态稳定性。

的动态过程的分析判别系统的暂态稳定性 大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8第二节第二节 同步发电机组的同步发电机组的转子运动方程和功角特性转子运动方程和功角特性 研究稳定，实际上是分析电力系统受扰动后发电机之间研究稳定，实际上是分析电力系统受扰动后发电机之间相对运动的特性，发电机的相对运动可由功角相对运动的特性，发电机的相对运动可由功角d d 随时间的随时间的变化来描述即变化来描述即 ：发电机摇摆曲线：发电机摇摆曲线：为了得到为了得到 ，必须首先建立必须首先建立：发电机转子运动方程发电机转子运动方程 和功角特性的表达式和功角特性的表达式一转子运动方程一转子运动方程 J J：转动惯量；转动惯量；：角加速度；角加速度； (rad/s2)：机械角速度；机械角速度； (rad/s）M M：不平衡转矩不平衡转矩 MTME额定转速下的转子动能额定转速下的转子动能 采用标么制采用标么制 ，设转矩基准值设转矩基准值 为为当转速用标么值表示时，上式可写成当转速用标么值表示时，上式可写成令令 - -惯性时间常数，于是得到：惯性时间常数，于是得到：则则 转子的运动方程可写为：转子的运动方程可写为：惯性时间常数的意义惯性时间常数的意义当发电机空载时，如原动机将一个数值等于当发电机空载时，如原动机将一个数值等于MT的恒定转矩的恒定转矩（MT*1）加到转子上，则转子从静止状态启动到额定值加到转子上，则转子从静止状态启动到额定值时所需的时间。

时所需的时间将机械角速度将机械角速度转换成电气角速度转换成电气角速度， 方程式初看似乎简单，但它的右函数，即不平衡转矩方程式初看似乎简单，但它的右函数，即不平衡转矩(或或功率功率)却是很复杂的非线性函数右函数的第一项是发电机的却是很复杂的非线性函数右函数的第一项是发电机的原动机功率，它主要取决于本台发电机的原动机及其调速系统原动机功率，它主要取决于本台发电机的原动机及其调速系统的特性右函数的第二项发电机的电磁功率，在多机电力系统的特性右函数的第二项发电机的电磁功率，在多机电力系统中，它不但与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等有中，它不但与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等有关，而且还与其它发电机的电磁特性、网络结构等有关，它是关，而且还与其它发电机的电磁特性、网络结构等有关，它是电力系统稳定分析计算中最为复杂的部分电力系统稳定分析计算中最为复杂的部分对多机系统的稳定我们不作分析，只研究单机对无穷大系统对多机系统的稳定我们不作分析，只研究单机对无穷大系统此时发电机的电磁功率与发电机的功角有什么关系？此时发电机的电磁功率与发电机的功角有什么关系？ 二隐极发电机的功二隐极发电机的功- -角特性角特性 -即发电机的电磁功率与功角之间的关系即发电机的电磁功率与功角之间的关系一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统 = const TJ=xdxT1xLxT2xl定义：定义：Eq：发电机空载电势。

发电机空载电势电势与无穷大系统电压夹角电势与无穷大系统电压夹角功率因素角功率因素角U功功-角特性方程的推导角特性方程的推导由相量图得：由相量图得：发电机功角特性方程发电机功角特性方程 以上公式当电势、电压、阻抗恒定不变时发电输出以上公式当电势、电压、阻抗恒定不变时发电输出功率就是功角的正弦函数功率就是功角的正弦函数9090度时最大，称为度时最大，称为输送输送功率极限功率极限第三节第三节 简单电力系统的静态稳定分析简单电力系统的静态稳定分析 静态稳定定义：电力系统静态稳定是指电力系统受静态稳定定义：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步， 自自 动恢复到初始运行状态的能力动恢复到初始运行状态的能力n起因起因：系统受到小干扰系统受到小干扰 例如，个别电动机的接入和切除或加负荷和例如，个别电动机的接入和切除或加负荷和减负荷；又如架空输电线围风吹摆动引起的线间减负荷；又如架空输电线围风吹摆动引起的线间距离距离(影响线路电抗影响线路电抗)的微小变化；另外，发电机转的微小变化；另外，发电机转子的旋转速度也不是绝对均匀的子的旋转速度也不是绝对均匀的。

n结果结果：如果这种偏离很小，干扰消去后，系统又重行回到平衡，则系统是静态稳定的n特点：特点：系统的状态变量偏移很小，从而允许把描述系统的状态方程线性化 n简单系统：简单系统：单机无穷大系统即受端系统是无穷大系统，其电压和频率都恒定不变 n过程：过程：系统将会偏离平衡点 n简化条件简化条件：发电机为隐极机：发电机为隐极机不计及自动调节系统：不计及自动调节系统： PT=const，Eq=const 发电机输出的电磁功率发电机输出的电磁功率一、简单系统静态稳定过程分析一、简单系统静态稳定过程分析 等值电路：等值电路：xd=xd+xT1+xL+xT2 PE=P0与功率特性曲线有两个交点与功率特性曲线有两个交点a和和b， 即即电机的两个运行点电机的两个运行点 下面就对下面就对a点和点和b点进行点进行分析分析 扰动使扰动使aa(+) ,PEaP0 Pa =PT-PEa0MP0 Pa=PT-PEa0M0加速加速aaa a点扰动过程分析：点扰动过程分析：稳态时：稳态时：扰动使扰动使 bb(+),PEb0 M0加速加速不再不再回到回到b点点非周期失步非周期失步bb（-），），PEbP0Pb=PT-PEb0M0减速减速ab b点点扰动过程分析：扰动过程分析：稳态时：稳态时：对于运行点对于运行点a：当系统受到小扰动后能够自动恢：当系统受到小扰动后能够自动恢复到原来的平衡状态复到原来的平衡状态, 因此因此a是静态稳定的。

是静态稳定的a a 点受小扰动后功角变化特性：点受小扰动后功角变化特性：b b 点受小扰动后功角变化特性：点受小扰动后功角变化特性：对于运行点对于运行点b：受到干扰后：受到干扰后, 不是转移运行点不是转移运行点a 就是非周期的失就是非周期的失去同步去同步, 故故b点是不稳定的点是不稳定的, 即系统本身无能力维持在即系统本身无能力维持在b点运行点运行 n分析分析a ,ba ,b两个运行点的异同：两个运行点的异同： 相同点：相同点： a，b 两点都是平衡点两点都是平衡点不同点：不同点：。