重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性分析

1、重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 1 1 概述概述 一、基本概念：一、基本概念： 1.1.穩(wěn)定：是指電力系統(tǒng)經(jīng)受擾動后能繼續(xù)保持向負(fù)荷正常供電穩(wěn)定：是指電力系統(tǒng)經(jīng)受擾動后能繼續(xù)保持向負(fù)荷正常供電 的狀態(tài)，即具有承受擾動的能力，穩(wěn)定總是與干擾相聯(lián)系。的狀態(tài)，即具有承受擾動的能力，穩(wěn)定總是與干擾相聯(lián)系。 2.2.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性: :就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到 某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者某種干擾后，能否經(jīng)

2、過一定的時間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者 過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的問題，過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的問題，如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng) 在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的,反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn) 行狀態(tài)或者不能建立一個新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀行狀態(tài)或者不能建立一個新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀 態(tài)變量沒有一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不斷增大或振蕩，系統(tǒng)是態(tài)變量沒有一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不斷增大或振蕩，系統(tǒng)是 不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。 。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 1 1 概述概述 一、基本概念：一、基本概念： 3.

3、 3.功角功角：表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線子之間的夾角，又表示各發(fā)表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線子之間的夾角，又表示各發(fā) 電機(jī)電勢間的夾角。電機(jī)電勢間的夾角。 傳輸功率的大小與相位角傳輸功率的大小與相位角密切相關(guān)，稱密切相關(guān)，稱為為“功角功角”或或“ 功率角功率角”。 U=U=常數(shù)常數(shù) q E d jx 1T jx L jx 2T jx 0UU I U q q q 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 1 1 概述概述 二、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析二、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 電力系統(tǒng)中的各同步發(fā)電機(jī)只有在同步運(yùn)行電力系統(tǒng)中的各同步發(fā)電機(jī)只有在同步運(yùn)行( (即所有發(fā)即所有發(fā) 電機(jī)以相同的速度旋轉(zhuǎn)電機(jī)以相同的速度旋轉(zhuǎn))

4、 )狀態(tài)下，送出的電功率為定值，并狀態(tài)下，送出的電功率為定值，并 維持系統(tǒng)中任何點的電壓、頻率和功率潮流為定值。維持系統(tǒng)中任何點的電壓、頻率和功率潮流為定值。 如果某些發(fā)電機(jī)之間不能維持同步運(yùn)行，其送出的電功如果某些發(fā)電機(jī)之間不能維持同步運(yùn)行，其送出的電功 率以及相應(yīng)節(jié)點的電壓及相應(yīng)線路的潮流將發(fā)生大幅度的周率以及相應(yīng)節(jié)點的電壓及相應(yīng)線路的潮流將發(fā)生大幅度的周 期性振蕩，如果失去同步的機(jī)組之間不能迅速恢復(fù)同步，即期性振蕩，如果失去同步的機(jī)組之間不能迅速恢復(fù)同步，即 電力系統(tǒng)失去了穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。這種由于機(jī)組失去同步造電力系統(tǒng)失去了穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。這種由于機(jī)組失去同步造 成的穩(wěn)定問題實際上是電力

5、系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問題。成的穩(wěn)定問題實際上是電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問題。 。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 功角穩(wěn)定問題的原因功角穩(wěn)定問題的原因轉(zhuǎn)矩不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡 正常運(yùn)行時：正常運(yùn)行時： Me=Mm 受到干擾時：受到干擾時： MeMm 機(jī)械轉(zhuǎn)矩機(jī)械轉(zhuǎn)矩Mm由發(fā)電廠動力部分的運(yùn)行狀態(tài)決定由發(fā)電廠動力部分的運(yùn)行狀態(tài)決定 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩Me由發(fā)電機(jī)及其相連的電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)決定由發(fā)電機(jī)及其相連的電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)決定 危害危害：穩(wěn)定破壞是電網(wǎng)中最為嚴(yán)重的事故：穩(wěn)定破壞是電網(wǎng)中最為嚴(yán)重的事故 之一，大電力系統(tǒng)的之一，大電力系統(tǒng)的 穩(wěn)定破壞事故，往往引起大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失

6、。穩(wěn)定破壞事故，往往引起大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。 隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，穩(wěn)定問題更加突出。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，穩(wěn)定問題更加突出。 失穩(wěn)現(xiàn)象失穩(wěn)現(xiàn)象：如果由于某種干擾使發(fā)電轉(zhuǎn)速不再同步，那么如果由于某種干擾使發(fā)電轉(zhuǎn)速不再同步，那么 系統(tǒng)中任一點的電壓、電流和發(fā)電機(jī)功率幅值不斷振蕩以致系系統(tǒng)中任一點的電壓、電流和發(fā)電機(jī)功率幅值不斷振蕩以致系 統(tǒng)不能正常工作，這種情況稱為系統(tǒng)不穩(wěn)定統(tǒng)不能正常工作，這種情況稱為系統(tǒng)不穩(wěn)定。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 三、穩(wěn)定研究方法：三、穩(wěn)定研究方法： 1、 靜態(tài)穩(wěn)定分析方法：靜態(tài)穩(wěn)定分析方法： 微分方程線性化（小干擾法）微分方程線性

7、化（小干擾法） 通常可以采用在運(yùn)行點處線性化后的系統(tǒng)模型進(jìn)行特征根通?？梢圆捎迷谶\(yùn)行點處線性化后的系統(tǒng)模型進(jìn)行特征根 分析來判別系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。分析來判別系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。 2 2、暫態(tài)穩(wěn)定分析方法：、暫態(tài)穩(wěn)定分析方法： 非線性微分方程數(shù)值解法（時域法）非線性微分方程數(shù)值解法（時域法） 等面積定則（僅適合單機(jī)無窮大系統(tǒng)）等面積定則（僅適合單機(jī)無窮大系統(tǒng)） 一般采用的是對全系統(tǒng)非線性狀態(tài)方程的數(shù)值積分法進(jìn)行一般采用的是對全系統(tǒng)非線性狀態(tài)方程的數(shù)值積分法進(jìn)行 對系統(tǒng)動態(tài)過程的時域仿真，通過對計算得到的系統(tǒng)運(yùn)行對系統(tǒng)動態(tài)過程的時域仿真，通過對計算得到的系統(tǒng)運(yùn)行 參數(shù)參數(shù)( (如轉(zhuǎn)子角如轉(zhuǎn)子角) )

8、的動態(tài)過程的分析判別系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。的動態(tài)過程的分析判別系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 2 2 同步發(fā)電機(jī)組的同步發(fā)電機(jī)組的 轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程和功角特性轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程和功角特性 研究穩(wěn)定，實際上是分析電力系統(tǒng)受擾動后發(fā)電機(jī)之間研究穩(wěn)定，實際上是分析電力系統(tǒng)受擾動后發(fā)電機(jī)之間 相對運(yùn)動的特性，發(fā)電機(jī)的相對運(yùn)動可由功角相對運(yùn)動的特性，發(fā)電機(jī)的相對運(yùn)動可由功角d d 隨時間的隨時間的 變化來描述。即變化來描述。即 ： )(tf d d 發(fā)電機(jī)搖擺曲線：發(fā)電機(jī)搖擺曲線： 為了得到為了得到 ，必須首先建立必須首先建立： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程 和功角特性的表達(dá)式和

9、功角特性的表達(dá)式 )(tf d d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 一轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程一轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程 M dt d JJ J J：轉(zhuǎn)動慣量；：轉(zhuǎn)動慣量； ：角加速度；：角加速度； (rad/s2) ：機(jī)械角速度；：機(jī)械角速度； (rad/s） M M：不平衡轉(zhuǎn)矩：不平衡轉(zhuǎn)矩 MTME 2 2 21 2 k ko o W WJJ 額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 M dt dW dt d J k 2 0 2 采用標(biāo)么制采用標(biāo)么制 ，設(shè)轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值設(shè)轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值 為為 0 B B S M * 0 2 M dt d S W B k 當(dāng)轉(zhuǎn)速用標(biāo)么值表

10、示時，上式可寫成當(dāng)轉(zhuǎn)速用標(biāo)么值表示時，上式可寫成 B k J S W T 2 令令 - -慣性時間常數(shù)，于是得到：慣性時間常數(shù)，于是得到： * 0 M dt d T j 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 * 0 M dt dTJ 則則 轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程可寫為：轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程可寫為： 慣性時間常數(shù)的意義慣性時間常數(shù)的意義 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時，如原動機(jī)將一個數(shù)值等于當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時，如原動機(jī)將一個數(shù)值等于MT的恒定轉(zhuǎn)矩的恒定轉(zhuǎn)矩 （MT*1）加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值）加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值 時所需的時間。時所需的時間。 將機(jī)械角速度將機(jī)械角速度轉(zhuǎn)換成電氣角速度轉(zhuǎn)換

11、成電氣角速度， p 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 q E 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 方程式初看似乎簡單，但它的右函數(shù)，即不平衡轉(zhuǎn)矩方程式初看似乎簡單，但它的右函數(shù)，即不平衡轉(zhuǎn)矩(或或 功率功率)卻是很復(fù)雜的非線性函數(shù)。右函數(shù)的第一項是發(fā)電機(jī)的卻是很復(fù)雜的非線性函數(shù)。右函數(shù)的第一項是發(fā)電機(jī)的 原動機(jī)功率，它主要取決于本臺發(fā)電機(jī)的原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)原動機(jī)功率，它主要取決于本臺發(fā)電機(jī)的原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng) 的特性。右函數(shù)的第二項發(fā)電機(jī)的電磁功率，在多

12、機(jī)電力系統(tǒng)的特性。右函數(shù)的第二項發(fā)電機(jī)的電磁功率，在多機(jī)電力系統(tǒng) 中，它不但與本臺發(fā)電機(jī)的電磁特性、勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性等有中，它不但與本臺發(fā)電機(jī)的電磁特性、勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性等有 關(guān)，而且還與其它發(fā)電機(jī)的電磁特性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，它是關(guān)，而且還與其它發(fā)電機(jī)的電磁特性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，它是 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算中最為復(fù)雜的部分。電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算中最為復(fù)雜的部分。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 二隱極發(fā)電機(jī)的功二隱極發(fā)電機(jī)的功- -角特性角特性 -即發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角之間的關(guān)系即發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角之間的關(guān)系 一臺同步發(fā)電機(jī)與無限大容量電源組成的系統(tǒng)一臺同步發(fā)電機(jī)與無限大容量電源

13、組成的系統(tǒng) = const TJ= xd xT1xLxT2 xl ldTLTdd xxxxxxx 21 定義：定義： Eq：發(fā)電機(jī)空載電勢。：發(fā)電機(jī)空載電勢。 ：電勢與無窮大系統(tǒng)電壓夾角。：電勢與無窮大系統(tǒng)電壓夾角。 ：功率因素角。：功率因素角。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 q E cos d jIX sin d jIX U d jIX qd EUjIX 功功-角特性方程的推導(dǎo)角特性方程的推導(dǎo) sincos qd EIXd 由相量圖得：由相量圖得： cossin/ qd IEXd cosePUI max sin sin q e d E U PP X d d 發(fā)電機(jī)功角特性方程發(fā)電

14、機(jī)功角特性方程 I 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 以上公式當(dāng)電勢、電壓、阻抗恒定不變時發(fā)電輸出以上公式當(dāng)電勢、電壓、阻抗恒定不變時發(fā)電輸出 功率就是功角的正弦函數(shù)。功率就是功角的正弦函數(shù)。9090度時最大，稱為度時最大，稱為輸送輸送 功率極限。功率極限。 max sin sin q e d E U PP X d d max P 0 90 0 180 e P d d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 3 3 簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析 靜態(tài)穩(wěn)定定義：電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受靜態(tài)穩(wěn)定定義：電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受 到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩

15、或非周期性失步，到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步， 自自 動恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。動恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。 n起因起因：系統(tǒng)受到小干擾。系統(tǒng)受到小干擾。 例如，個別電動機(jī)的接入和切除或加負(fù)荷和例如，個別電動機(jī)的接入和切除或加負(fù)荷和 減負(fù)荷；又如架空輸電線圍風(fēng)吹擺動引起的線間減負(fù)荷；又如架空輸電線圍風(fēng)吹擺動引起的線間 距離距離(影響線路電抗影響線路電抗)的微小變化；另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)的微小變化；另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)速度也不是絕對均勻的。子的旋轉(zhuǎn)速度也不是絕對均勻的。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 n結(jié)果結(jié)果：如果這種偏離很小，干擾消去后，系統(tǒng)又重 行回到平衡，則系統(tǒng)是

16、靜態(tài)穩(wěn)定的。 n特點：特點：系統(tǒng)的狀態(tài)變量偏移很小，從而允許把描述 系統(tǒng)的狀態(tài)方程線性化。 n簡單系統(tǒng)：簡單系統(tǒng)：單機(jī)無窮大系統(tǒng)。即受端系統(tǒng)是無窮大 系統(tǒng)，其電壓和頻率都恒定不變。 n過程：過程：系統(tǒng)將會偏離平衡點。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 n簡化條件簡化條件：發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)：發(fā)電機(jī)為隱極機(jī) 不計及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：不計及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)： PT=const，Eq=const 發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率 一、簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定過程分析一、簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定過程分析 sin q e d E U P X d 等值電路：等值電路：xd=xd+xT1+xL+xT2 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

17、電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 PE=P0與功率特性曲線有兩個交點與功率特性曲線有兩個交點a和和b， 即即 電機(jī)的兩個運(yùn)行點。電機(jī)的兩個運(yùn)行點。 下面就對下面就對a點和點和b點進(jìn)行點進(jìn)行 分析分析 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 擾動使擾動使aa (+) ,PEa P0 Pa =PT-PEa 0MP0 Pa=PT-PEa0M0 加速加速aa a a點擾動過程分析：點擾動過程分析： 穩(wěn)態(tài)時：穩(wěn)態(tài)時： 00 d dd d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 擾動使擾動使 bb (+),PEb 0 M0加速加速 不再回到不再回到b點點非周期失步非周期失步 bb（-），）， PEbP0Pb=

18、PT-PEb0 M0減速減速a b b點點擾動過程分析：擾動過程分析： 穩(wěn)態(tài)時：穩(wěn)態(tài)時：0 d dd d b 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 對于運(yùn)行點對于運(yùn)行點a：當(dāng)系統(tǒng)受到小擾動后能夠自動恢：當(dāng)系統(tǒng)受到小擾動后能夠自動恢 復(fù)到原來的平衡狀態(tài)復(fù)到原來的平衡狀態(tài), 因此因此a是靜態(tài)穩(wěn)定的。是靜態(tài)穩(wěn)定的。 a a 點受小擾動后功角變化特性：點受小擾動后功角變化特性： 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 b b 點受小擾動后功角變化特性：點受小擾動后功角變化特性： 對于運(yùn)行點對于運(yùn)行點b：受到干擾后：受到干擾后, 不是轉(zhuǎn)移運(yùn)行點不是轉(zhuǎn)移運(yùn)行點a 就是非周期的失就是非周期的失 去同步

19、去同步, 故故b點是不穩(wěn)定的點是不穩(wěn)定的, 即系統(tǒng)本身無能力維持在即系統(tǒng)本身無能力維持在b點運(yùn)行點運(yùn)行 。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 n分析分析a ,ba ,b兩個運(yùn)行點的異同：兩個運(yùn)行點的異同： 相同點：相同點： a，b 兩點都是平衡點。兩點都是平衡點。 不同點：不同點： 1） a 點對應(yīng)功角點對應(yīng)功角a900 2） a點點: PE、 同符號，同符號，PE/0，穩(wěn)定，穩(wěn)定 b點點: PE、符號相反符號相反, PE/0，不穩(wěn)定，不穩(wěn)定 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本性質(zhì)說明，發(fā)電機(jī)可能輸送的電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本性質(zhì)說明，發(fā)電機(jī)可能輸送的

20、功率極限越高，則靜態(tài)穩(wěn)定性越高。以一機(jī)對無限大系統(tǒng)的功率極限越高，則靜態(tài)穩(wěn)定性越高。以一機(jī)對無限大系統(tǒng)的 情形來看，減少發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的情形來看，減少發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系電抗聯(lián)系電抗就可以增加發(fā)就可以增加發(fā) 電機(jī)的功率極限。從物理意義上講，這就是加強(qiáng)發(fā)電機(jī)與無電機(jī)的功率極限。從物理意義上講，這就是加強(qiáng)發(fā)電機(jī)與無 窮大系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。聯(lián)系緊密的系統(tǒng)顯然是不容易失去靜窮大系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。聯(lián)系緊密的系統(tǒng)顯然是不容易失去靜 態(tài)穩(wěn)定的。態(tài)穩(wěn)定的。 加強(qiáng)電氣聯(lián)系，即加強(qiáng)電氣聯(lián)系，即縮短縮短“電氣距離電氣距離”，也就是減少各，也就是減少各 元件的阻抗，主要是電抗，以下介紹的幾種提高靜態(tài)穩(wěn)定性元件的阻抗，

21、主要是電抗，以下介紹的幾種提高靜態(tài)穩(wěn)定性 的措施，都是直接或間接減小電抗的措施。的措施，都是直接或間接減小電抗的措施。 三、三、 提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 調(diào)節(jié)勵磁則可以維持發(fā)電機(jī)端電壓為常數(shù)，這就相當(dāng)于調(diào)節(jié)勵磁則可以維持發(fā)電機(jī)端電壓為常數(shù)，這就相當(dāng)于 將發(fā)電機(jī)的電抗減小為零。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)將發(fā)電機(jī)的電抗減小為零。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié) 器就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高器就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高 了靜態(tài)穩(wěn)定性。了靜態(tài)穩(wěn)定性。. 1 1 采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置采用自動調(diào)節(jié)勵磁

22、裝置 發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)系電抗總是由發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)系電抗總是由發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的 電抗所組成的，有實際意義的是減少線路電抗，具體做電抗所組成的，有實際意義的是減少線路電抗，具體做 法有以下幾種：法有以下幾種： 采用分裂導(dǎo)線采用分裂導(dǎo)線 2. 提高線路額定電壓等級提高線路額定電壓等級 1. 3. 采用串聯(lián)電容補(bǔ)償采用串聯(lián)電容補(bǔ)償 2 2 減少元件的電抗減少元件的電抗 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 1）. 改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：增加輸電線路的回路數(shù)；當(dāng)輸電增加輸電線路的回路數(shù)；當(dāng)輸電 線通過的地區(qū)就有電力系統(tǒng)時，將這些中間電力系統(tǒng)與輸線通過的地區(qū)就有電力

23、系統(tǒng)時，將這些中間電力系統(tǒng)與輸 電線路連接起來也是有利的。電線路連接起來也是有利的。 2）. 采用中間補(bǔ)償設(shè)備：采用中間補(bǔ)償設(shè)備：如果在線路中間的降壓變電所如果在線路中間的降壓變電所 內(nèi)裝設(shè)同期調(diào)相機(jī)，而且同相調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動勵磁內(nèi)裝設(shè)同期調(diào)相機(jī)，而且同相調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動勵磁 調(diào)節(jié)器，則可以維持同期調(diào)相機(jī)端點電壓甚至高壓母線電調(diào)節(jié)器，則可以維持同期調(diào)相機(jī)端點電壓甚至高壓母線電 壓恒定。這樣，輸電線路也就等值地分為兩端，系統(tǒng)的靜壓恒定。這樣，輸電線路也就等值地分為兩端，系統(tǒng)的靜 態(tài)穩(wěn)定性得到提高。態(tài)穩(wěn)定性得到提高。 3 3 改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補(bǔ)償設(shè)備改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補(bǔ)償設(shè)備

24、 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 在正常運(yùn)行中提高電網(wǎng)的運(yùn)行電壓也可以提高功率極在正常運(yùn)行中提高電網(wǎng)的運(yùn)行電壓也可以提高功率極 限。為使電網(wǎng)具有較高的電壓水平，必須在系統(tǒng)中設(shè)置足限。為使電網(wǎng)具有較高的電壓水平，必須在系統(tǒng)中設(shè)置足 夠的無功電源。夠的無功電源。. 4 4 提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 一、基本概念一、基本概念 暫態(tài)穩(wěn)定：暫態(tài)穩(wěn)定：指電力系統(tǒng)在某個運(yùn)行情況下突然受到指電力系統(tǒng)在某個運(yùn)行情況下突然受到 大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀 態(tài)的能力。態(tài)的能力。 大干擾：

25、大干擾： 常見的大干擾有：短路故障，斷線故障，常見的大干擾有：短路故障，斷線故障， 正常檢修（元件投切）等。影響暫態(tài)穩(wěn)定的因素：原正常檢修（元件投切）等。影響暫態(tài)穩(wěn)定的因素：原 運(yùn)行方式，干擾種類等。運(yùn)行方式，干擾種類等。 4 4 電力系統(tǒng)運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 二、二、 暫態(tài)穩(wěn)定發(fā)展過程（時間分段）暫態(tài)穩(wěn)定發(fā)展過程（時間分段） 1 1、起始階段起始階段：故障后約故障后約1s1s內(nèi)的時間段，在這期間系統(tǒng)的保護(hù)內(nèi)的時間段，在這期間系統(tǒng)的保護(hù) 和自動裝置有一系列的動作，如：故障切除和自動重合閘等。和自動裝置有一系列的動作，如：故障切除和自

26、動重合閘等。 但發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)尚未啟動。但發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)尚未啟動。 2 2、中間階段中間階段：在起始階段后，大約持續(xù)在起始階段后，大約持續(xù)5s5s左右的時間段，發(fā)左右的時間段，發(fā) 電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將起作用。電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將起作用。 3 3、后期階段后期階段：在故障后幾分鐘內(nèi)，熱力設(shè)備（如鍋爐）中的在故障后幾分鐘內(nèi)，熱力設(shè)備（如鍋爐）中的 過程將影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。此外，還將發(fā)生永久性切過程將影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。此外，還將發(fā)生永久性切 除電路及自動切除負(fù)荷等。除電路及自動切除負(fù)荷等。 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 重點討論暫態(tài)起始階段：重點討論暫態(tài)起始階段： 基本假定：基本

27、假定： （1 1）網(wǎng)絡(luò)中，）網(wǎng)絡(luò)中，=0 0 （網(wǎng)絡(luò)等值電路同穩(wěn)態(tài)分析）（網(wǎng)絡(luò)等值電路同穩(wěn)態(tài)分析） （2 2）主要討論短路干擾（重點是三相短路）主要討論短路干擾（重點是三相短路） （3 3）假定原動機(jī)輸入機(jī)械功率不變）假定原動機(jī)輸入機(jī)械功率不變 （4 4）發(fā)電機(jī)參數(shù)采用暫態(tài)電勢）發(fā)電機(jī)參數(shù)采用暫態(tài)電勢 因為暫態(tài)電勢在短路前后一瞬間保持不變。因為暫態(tài)電勢在短路前后一瞬間保持不變。 d EX和和 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 簡單電力系統(tǒng)如圖所示，發(fā)電機(jī)以簡單電力系統(tǒng)如圖所示，發(fā)電機(jī)以E做其等值電勢。做其等值電勢。 三、簡單系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定物理過程分析（三、簡單系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定物理過程分析（起

28、始階段）起始階段） 1.1.正常運(yùn)行方式正常運(yùn)行方式 等值電抗：等值電抗：X X =X =Xd d +X+XT1 T1+X +XL L/2+X/2+XT2 T2 功角方程：功角方程： sin I I E U P x d d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 2.2.故障情況下故障情況下 等值電抗：等值電抗： 功角方程：功角方程： P sin II II E U P x d d 12 22 2 2 ()() ()() L dTT L IIdTT x xxx x xxxx x X:附加阻抗 三相短路：X0，則X 兩相短路：負(fù)序阻抗 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 3.故障切除后，

29、相當(dāng)于切除一回線路故障切除后，相當(dāng)于切除一回線路 等值電抗：等值電抗： 功角方程：功角方程： 一般情況下，一般情況下，X X PP sin I I E U P x d d 12IIIdTLT xxxxx 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 0 0c c m mh h ga b c d e f P PIII III PII h P 畫出不同狀態(tài)下的功率特性曲線畫出不同狀態(tài)下的功率特性曲線 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 故障發(fā)生后的過程為故障發(fā)生后的過程為： 運(yùn)行點變化運(yùn)行點變化 原因原因 結(jié)果結(jié)果 ab 短路發(fā)生短路發(fā)生 PTPE, 加速，加速，上升，上升， 增大增大 bc 上

30、升，上升，增大增大 0 ,動能增加動能增加 ce 故障切除故障切除 PT0 ，繼續(xù)增大繼續(xù)增大 ef 動能釋放動能釋放 減速，當(dāng)減速，當(dāng)f =0，動能釋放，動能釋放 完完 畢，畢，m角達(dá)最大角達(dá)最大 fk PTPE, 減速減速 減小減小 ,經(jīng)振蕩后穩(wěn)定于平衡點經(jīng)振蕩后穩(wěn)定于平衡點k 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 臨界搖擺角臨界搖擺角 ：達(dá)到該點時轉(zhuǎn)速必須達(dá)到同：達(dá)到該點時轉(zhuǎn)速必須達(dá)到同 步速發(fā)電機(jī)才能穩(wěn)定步速發(fā)電機(jī)才能穩(wěn)定 n概念：概念： 搖擺曲線：功角隨時間變化曲線搖擺曲線：功角隨時間變化曲線 最大搖擺角：最大搖擺角： m d d h d d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性

31、分析 n結(jié)論：結(jié)論： 1 、若最大搖擺角不越過若最大搖擺角不越過h h點，系統(tǒng)可經(jīng)衰減的振點，系統(tǒng)可經(jīng)衰減的振 蕩后停止于穩(wěn)定平衡點，系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定，蕩后停止于穩(wěn)定平衡點，系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定， 反之，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。反之，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。 2、 暫態(tài)穩(wěn)定分析與初始運(yùn)行方式、故障點條件、暫態(tài)穩(wěn)定分析與初始運(yùn)行方式、故障點條件、 故障切除時間、故障后狀態(tài)有關(guān)。故障切除時間、故障后狀態(tài)有關(guān)。 3 3、. .快速切除是保證暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施快速切除是保證暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施 等面積定則等面積定則 數(shù)值計算方法數(shù)值計算方法 直接法直接法 n暫態(tài)穩(wěn)定分析理論方法：暫態(tài)穩(wěn)定分析理論方法： 重慶科創(chuàng)

32、職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 四、等面積定則四、等面積定則 0 () c T App d d d d nA A+ + ：表示過剩轉(zhuǎn)矩所作的功，也表示在加速期間轉(zhuǎn)子所儲存表示過剩轉(zhuǎn)矩所作的功，也表示在加速期間轉(zhuǎn)子所儲存 的動能，即為圖中的動能，即為圖中abcdabcd所包圍的面積，稱之為所包圍的面積，稱之為加速面積。加速面積。 nA- ：表示制動轉(zhuǎn)矩所作的功，也代表在減速期間轉(zhuǎn)子所消耗表示制動轉(zhuǎn)矩所作的功，也代表在減速期間轉(zhuǎn)子所消耗 的動能，即為圖中的動能，即為圖中defgdefg所包圍的面積，稱之為所包圍的面積，稱之為減速面積。減速面積。 n當(dāng)加速面積和減速面積相等時，轉(zhuǎn)子角速度恢復(fù)到同步

33、速，系當(dāng)加速面積和減速面積相等時，轉(zhuǎn)子角速度恢復(fù)到同步速，系 統(tǒng)才能保持暫態(tài)穩(wěn)定，稱為統(tǒng)才能保持暫態(tài)穩(wěn)定，稱為等面積定則。等面積定則。 即即 ：A+ = A- () m c T App d d d d 0 ()() cm c TT pp dpp d dd dd d d 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定性分析 n極限切除角度極限切除角度cm cm 當(dāng)最大可能的當(dāng)最大可能的A A減 減小于 小于A A加 加時，如果減小 時，如果減小c c，則可以，則可以 使使A A加 加減小，同時 減小，同時A A減 減增大，這就有可能使原來不能保持暫 增大，這就有可能使原來不能保持暫 態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)變成能保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)。如果在某一態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)變成能保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)。如果在某一 切除角時，最大可能的切除角時，最大可能的A A減 減等于 等于A A加 加時，則系統(tǒng)處于穩(wěn)定的 時，則系統(tǒng)處于穩(wěn)定的 極限情況，大于這個角度