第10章電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

1、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性夏世威夏世威華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)2016-06-03電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性l基本概念基本概念l同步機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程同步機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程l簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜穩(wěn)定簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜穩(wěn)定l簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定l提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要意義l單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電廠和規(guī)模不大的電力系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電廠和規(guī)模不大的電力系統(tǒng)通常沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題。通常沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題。l電力系統(tǒng)規(guī)模越大，運(yùn)行穩(wěn)定性的問(wèn)題就電力系統(tǒng)規(guī)模越大，運(yùn)行穩(wěn)定性的問(wèn)題就越明顯，含有遠(yuǎn)距離輸電環(huán)節(jié)的大電力系越明顯，含有遠(yuǎn)距離輸電環(huán)節(jié)的大電力系統(tǒng)往往都有突出的穩(wěn)定問(wèn)題。統(tǒng)往往都

2、有突出的穩(wěn)定問(wèn)題。l電力系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞是危害很嚴(yán)重的事故，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞是危害很嚴(yán)重的事故，會(huì)造成大面積停電。會(huì)造成大面積停電。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題分類l靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定 l小擾動(dòng)、狀態(tài)量偏移小、小擾動(dòng)、狀態(tài)量偏移小、 線性化線性化l暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定 l大擾動(dòng)、狀態(tài)量偏移大、不允許線性化大擾動(dòng)、狀態(tài)量偏移大、不允許線性化l動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定l時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)及調(diào)節(jié)裝置和控制裝置的作用時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)及調(diào)節(jié)裝置和控制裝置的作用電力系統(tǒng)的大停電事故（我國(guó)）l1972年湖北電網(wǎng)大面積停電事故年湖北電網(wǎng)大面積停電事故l1972年浙江電網(wǎng)瓦解事故年浙江電網(wǎng)瓦解事故l1974年陜西電網(wǎng)振蕩事故年陜西電網(wǎng)振蕩事故l19

3、79年水豐廠靜穩(wěn)破壞事故年水豐廠靜穩(wěn)破壞事故l1980年安徽電網(wǎng)大面積停電事故年安徽電網(wǎng)大面積停電事故l1982年華中電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故年華中電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故l1983年華東電網(wǎng)解列事故年華東電網(wǎng)解列事故l1990年廣東電網(wǎng)大停電事故年廣東電網(wǎng)大停電事故l1996年北京部分電網(wǎng)穩(wěn)定事故年北京部分電網(wǎng)穩(wěn)定事故電力系統(tǒng)的大停電事故（國(guó)外）l1965年美國(guó)東部大停電事故年美國(guó)東部大停電事故l1977年紐約大停電事故年紐約大停電事故l1978年法國(guó)大停電事故年法國(guó)大停電事故l1982年加拿大魁北克系統(tǒng)大停電事故年加拿大魁北克系統(tǒng)大停電事故l1983年瑞典電力系統(tǒng)停電事故年瑞典電力系統(tǒng)停電事故l1987年

4、東京電力系統(tǒng)大停電事故年?yáng)|京電力系統(tǒng)大停電事故l1989年加拿大魁北克系統(tǒng)大停電事故年加拿大魁北克系統(tǒng)大停電事故l2003.8.14 美加大停電美加大停電大停電事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)l電網(wǎng)結(jié)構(gòu)要合理電網(wǎng)結(jié)構(gòu)要合理l具備合適可靠的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置具備合適可靠的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置l無(wú)功電源和電壓控制無(wú)功電源和電壓控制l防止負(fù)荷大量轉(zhuǎn)移引起的惡性連鎖反應(yīng)防止負(fù)荷大量轉(zhuǎn)移引起的惡性連鎖反應(yīng)l建立好最后一道防線，防止長(zhǎng)時(shí)間大面積建立好最后一道防線，防止長(zhǎng)時(shí)間大面積停電和對(duì)最重要用戶的破壞性停電停電和對(duì)最重要用戶的破壞性停電電力系統(tǒng)安全的三道防線l第一道防線：第一道防線：繼電保護(hù)繼電保護(hù)l第二道防線：第

5、二道防線：故障錄波故障錄波l第三道防線：第三道防線：設(shè)置解列點(diǎn)設(shè)置解列點(diǎn)防止系統(tǒng)失穩(wěn)的措施l規(guī)劃規(guī)劃 （幾十年，幾年）（幾十年，幾年）l電源，線路，配電電源，線路，配電l運(yùn)行規(guī)劃（年度，季度，周，天）運(yùn)行規(guī)劃（年度，季度，周，天）l檢修安排，緊急檢修檢修安排，緊急檢修l在線在線/實(shí)時(shí)運(yùn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行l(wèi)安全監(jiān)視，預(yù)防控制，校正控制安全監(jiān)視，預(yù)防控制，校正控制同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程l根據(jù)力學(xué)定律，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角加速度與作用再轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為：dtdJMMMaem原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)子軸上的凈加速轉(zhuǎn)矩機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程l由機(jī)械角速

6、度、電角速度和電角度的關(guān)系最終可以得到如下的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：00*TeJddtdPPdtT電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的極限功率簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜穩(wěn)定l電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的概念l發(fā)電機(jī)組在遭受微小干擾后能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組在遭受微小干擾后能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)（或相近狀態(tài)）的能力。狀態(tài)（或相近狀態(tài)）的能力。l簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的定義簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的定義l發(fā)電機(jī)通過(guò)變壓器和輸電線，把功率送到受端系統(tǒng)發(fā)電機(jī)通過(guò)變壓器和輸電線，把功率送到受端系統(tǒng)的母線。的母線。l并且首端系統(tǒng)的容量很大，以致可以認(rèn)為任意改變并且首端系統(tǒng)的容量很大，以致可以認(rèn)為任意改變發(fā)電機(jī)的輸出功率，都不會(huì)改變首端電壓發(fā)

7、電機(jī)的輸出功率，都不會(huì)改變首端電壓U的大小和的大小和相位。相位。l也稱這樣的系統(tǒng)為也稱這樣的系統(tǒng)為單機(jī)無(wú)窮大母線系統(tǒng)單機(jī)無(wú)窮大母線系統(tǒng)。靜態(tài)穩(wěn)定l起因：起因：系統(tǒng)受到系統(tǒng)受到小的干擾小的干擾，例如負(fù)荷的隨，例如負(fù)荷的隨機(jī)漲落、汽輪機(jī)蒸汽壓力的波動(dòng)、發(fā)電機(jī)機(jī)漲落、汽輪機(jī)蒸汽壓力的波動(dòng)、發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)生小的偏移，等等。端電壓發(fā)生小的偏移，等等。l過(guò)程：過(guò)程：系統(tǒng)將會(huì)系統(tǒng)將會(huì)偏離平衡點(diǎn)偏離平衡點(diǎn)。l結(jié)果：結(jié)果：如果這種偏離很小，小干擾消失后，如果這種偏離很小，小干擾消失后，系統(tǒng)又系統(tǒng)又重新恢復(fù)平衡重新恢復(fù)平衡，則稱系統(tǒng)是，則稱系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)靜態(tài)穩(wěn)定定的。的。l特點(diǎn)：特點(diǎn)：系統(tǒng)的狀態(tài)變量偏離很小，從而系

8、統(tǒng)的狀態(tài)變量偏離很小，從而允允許把描述系統(tǒng)的狀態(tài)方程線性化許把描述系統(tǒng)的狀態(tài)方程線性化。單機(jī)單機(jī)無(wú)窮大母線系統(tǒng)無(wú)窮大母線系統(tǒng)xL/2 T1 T2LGUEq xd xT1 xT2Ul“無(wú)窮大容量母線無(wú)窮大容量母線”-母線上接有母線上接有“無(wú)限大容量無(wú)限大容量電源電源”，即，即z=0z=0、U=U=定值，以致與之相聯(lián)的母線電壓定值，以致與之相聯(lián)的母線電壓大小恒定外，還體現(xiàn)在慣性時(shí)間常數(shù)為無(wú)限大，以大小恒定外，還體現(xiàn)在慣性時(shí)間常數(shù)為無(wú)限大，以致使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速，致使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速，E E或或U U的交變頻率恒的交變頻率恒等于同步頻率。等于同步頻率。 I XcosEq sin Eq 發(fā)

9、電機(jī)空載電勢(shì) 發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)與受端母線電壓之間的相位角 qEUIXI j發(fā)電機(jī)的功角特性發(fā)電機(jī)的功角特性cosePUITldqeXXXXPXUEPsinsinmax由于故電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的極限功率l當(dāng)Eq、U、X恒定不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率是功角的正弦函數(shù)。l當(dāng)90時(shí)輸出功率最大XUEPqmaxPmax稱為極限輸出功率，或稱功率極限 sinqeE UPX電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的極限功率電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定實(shí)用判據(jù) l當(dāng)a點(diǎn)的功角小于90，P和的增量具有相同符號(hào)時(shí)，即l當(dāng)b點(diǎn)的功角小于90，P和的增量具有不同符號(hào)時(shí)，即0. ddP系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定 0.ddP系統(tǒng)靜態(tài)不穩(wěn)定 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定實(shí)用判據(jù) l臨界點(diǎn)臨

10、界點(diǎn)0. ddP系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定 0.ddP系統(tǒng)靜態(tài)不穩(wěn)定 這一點(diǎn)正好是功率極值點(diǎn) 0ddP電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定實(shí)用判據(jù) l電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的實(shí)用判據(jù)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的實(shí)用判據(jù)0dPd是系統(tǒng)保持靜態(tài)穩(wěn)定的充分必要條件，是系統(tǒng)保持靜態(tài)穩(wěn)定的充分必要條件，也是電力系統(tǒng)靜穩(wěn)定的實(shí)用判據(jù)。也是電力系統(tǒng)靜穩(wěn)定的實(shí)用判據(jù)。 比整步功率l定義定義l比整步功率的大小代表發(fā)電機(jī)與受端系統(tǒng)比整步功率的大小代表發(fā)電機(jī)與受端系統(tǒng)同步運(yùn)行的能力。同步運(yùn)行的能力。l當(dāng)當(dāng)越接近越接近90，發(fā)電機(jī)輸出功率越大，發(fā)電機(jī)輸出功率越大，同步功率減小，穩(wěn)定程度降低。同步功率減小，穩(wěn)定程度降低。 ddP-比整步功率（同步功率）比整步功率（同步

11、功率）靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù) %10000maxPPPKplKp大對(duì)靜穩(wěn)有利，但輸出功率受限制；大對(duì)靜穩(wěn)有利，但輸出功率受限制；lKp小靜穩(wěn)定程度低，但可輸出較多功率。小靜穩(wěn)定程度低，但可輸出較多功率。l運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：l正常運(yùn)行時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)，Kp15%20%；l故障時(shí)，故障時(shí)，Kp5%10%。 提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施 l提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，主要在于提高提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，主要在于提高Pmax。 XUEPqmax若要提高Pmax，可通過(guò)提高Eq、U，降低X 來(lái)實(shí)現(xiàn)。提高系統(tǒng)電壓Ul提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平。在系統(tǒng)中裝設(shè)提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平。在系統(tǒng)中裝設(shè)足夠的無(wú)功電源，如在遠(yuǎn)距離輸電線路的

12、足夠的無(wú)功電源，如在遠(yuǎn)距離輸電線路的中途裝設(shè)調(diào)相機(jī)或者在負(fù)荷中心裝設(shè)調(diào)相中途裝設(shè)調(diào)相機(jī)或者在負(fù)荷中心裝設(shè)調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等補(bǔ)償裝置。機(jī)、靜止補(bǔ)償器等補(bǔ)償裝置。l提高輸電電壓等級(jí)。要大幅度提高靜態(tài)穩(wěn)提高輸電電壓等級(jí)。要大幅度提高靜態(tài)穩(wěn)定功率極限，應(yīng)通過(guò)合理選用高一級(jí)的輸定功率極限，應(yīng)通過(guò)合理選用高一級(jí)的輸 電線路額定電壓。電線路額定電壓。提高發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)Eql無(wú)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用時(shí)無(wú)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用時(shí)l當(dāng)當(dāng)增大時(shí)，由于發(fā)電機(jī)輸出功率增大，而增大時(shí)，由于發(fā)電機(jī)輸出功率增大，而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，引起發(fā)電機(jī)端電壓下發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，引起發(fā)電機(jī)端電壓下降。降。l有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用時(shí)有自動(dòng)勵(lì)磁

13、調(diào)節(jié)器作用時(shí)l負(fù)荷增大或端電壓下降時(shí)，勵(lì)磁裝置中的測(cè)負(fù)荷增大或端電壓下降時(shí)，勵(lì)磁裝置中的測(cè)量元件測(cè)出量元件測(cè)出I、U，增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)，使發(fā)電機(jī)端電壓維持不變提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)，使發(fā)電機(jī)端電壓維持不變（或變化很?。?。由于發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)的增（或變化很?。Ｓ捎诎l(fā)電機(jī)空載電勢(shì)的增大，功角特性曲線轉(zhuǎn)移。大，功角特性曲線轉(zhuǎn)移。減少系統(tǒng)電抗Xl減小輸電線路電抗。如緊湊型輸電線路、減小輸電線路電抗。如緊湊型輸電線路、分裂導(dǎo)線；分裂導(dǎo)線；l串聯(lián)補(bǔ)償，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度愈大，對(duì)靜串聯(lián)補(bǔ)償，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度愈大，對(duì)靜穩(wěn)愈有利，但易產(chǎn)生穩(wěn)愈有利，但易產(chǎn)生“次同步振蕩次同步振蕩”

14、或或“自勵(lì)磁自勵(lì)磁”現(xiàn)象，在離電源較近處電容器現(xiàn)象，在離電源較近處電容器后方，輸電線路發(fā)生短路時(shí)，短路電流可后方，輸電線路發(fā)生短路時(shí)，短路電流可能會(huì)大于發(fā)電機(jī)端部短路時(shí)的短路電流。能會(huì)大于發(fā)電機(jī)端部短路時(shí)的短路電流。串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度一般不大于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度一般不大于0.5。 提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的主要措施l采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置；采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置；l采用分裂導(dǎo)線；采用分裂導(dǎo)線；l提高線路的額定電壓等級(jí)；提高線路的額定電壓等級(jí)；l改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減小電氣距離；改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減小電氣距離；l采用串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備；采用串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備；l采用并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備。采用并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備。簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定l暫態(tài)穩(wěn)定

15、的定義：暫態(tài)穩(wěn)定的定義：l電力系統(tǒng)受到大的干擾后，經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程，達(dá)到新電力系統(tǒng)受到大的干擾后，經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程，達(dá)到新的（或恢復(fù)到原來(lái)的）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。的（或恢復(fù)到原來(lái)的）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。l對(duì)定義的詳細(xì)剖析：對(duì)定義的詳細(xì)剖析：l大干擾：一般指短路故障、突然斷開(kāi)線路或發(fā)電機(jī)。大干擾：一般指短路故障、突然斷開(kāi)線路或發(fā)電機(jī)。l不能保持暫態(tài)穩(wěn)定：受到大干擾后，各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定：受到大干擾后，各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子之間一直有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)角不斷變化，因而系子之間一直有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)角不斷變化，因而系統(tǒng)的功率、電流和電壓都不斷振蕩。統(tǒng)的功率、電流和電壓都不斷振蕩。l影響因素：系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行情況；干擾的方式影

16、響因素：系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行情況；干擾的方式暫態(tài)穩(wěn)定l條件：條件：正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)承受一定大小擾動(dòng)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)承受一定大小擾動(dòng)l過(guò)程：過(guò)程：l1）這種擾動(dòng)消失之后，恢復(fù)到近似它原有的運(yùn)行狀）這種擾動(dòng)消失之后，恢復(fù)到近似它原有的運(yùn)行狀況的能力；況的能力；l2）擾動(dòng)不消失，但系統(tǒng)可能從原有的運(yùn)行狀況安全）擾動(dòng)不消失，但系統(tǒng)可能從原有的運(yùn)行狀況安全地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀況的可能。地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀況的可能。l結(jié)果：結(jié)果：系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)l特點(diǎn)：特點(diǎn)：研究暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)做些合理研究暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)做些合理假設(shè)假設(shè)暫態(tài)穩(wěn)定的基本假設(shè)l假定系統(tǒng)頻率不變，保持同步

17、速，即系統(tǒng)中假定系統(tǒng)頻率不變，保持同步速，即系統(tǒng)中0；l忽略零序電流和負(fù)序電流的作用；忽略零序電流和負(fù)序電流的作用；l假定發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗假定發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗xd后的電勢(shì)后的電勢(shì)E恒定；恒定；l假定原動(dòng)機(jī)輸出功率不發(fā)生變化。假定原動(dòng)機(jī)輸出功率不發(fā)生變化。系統(tǒng)受到大干擾時(shí)第一階段正常運(yùn)行 第二階段 故障發(fā)生第三階段切除故障線路 故障前后的功角特性與搖擺曲線0 h c m h 0 c h P PT P PT m k 0 t t 0 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角運(yùn)動(dòng)過(guò)程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角運(yùn)動(dòng)過(guò)程 P PT 0 h c m h a b c d efghki故障前后功角特性的分析l分析結(jié)果：分析結(jié)果： 若若mh 則系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定則

18、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定第一個(gè)搖擺周期的最大搖擺角臨界搖擺角等面積定則l等面積定則等面積定則是判斷單擊無(wú)窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)是判斷單擊無(wú)窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的一種定性的一種定量定量方法，計(jì)算簡(jiǎn)便，并且有方法，計(jì)算簡(jiǎn)便，并且有明確的物理意義明確的物理意義，十分有助于對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定，十分有助于對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程機(jī)理的理解和分析。過(guò)程機(jī)理的理解和分析。l基本思路基本思路：將發(fā)電機(jī)公角特性曲線與原動(dòng)：將發(fā)電機(jī)公角特性曲線與原動(dòng)機(jī)輸出功率曲線之間所包圍的機(jī)輸出功率曲線之間所包圍的面積面積與與發(fā)電發(fā)電機(jī)所獲得或釋放的機(jī)所獲得或釋放的能量能量聯(lián)系起來(lái)聯(lián)系起來(lái)，從而得，從而得到發(fā)電機(jī)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角搖擺的最大值轉(zhuǎn)子角搖擺的最大值，并可據(jù)此

19、，并可據(jù)此判斷發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性判斷發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性。故障發(fā)生后l發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：l同時(shí)在同時(shí)在b點(diǎn)到點(diǎn)到c點(diǎn)的區(qū)間對(duì)轉(zhuǎn)子角積分：點(diǎn)的區(qū)間對(duì)轉(zhuǎn)子角積分：22JTdTPPdt02012cJcPP dTabcd所包圍的面積從a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到c點(diǎn)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子動(dòng)能的增加故障線路切除后l類似的，可以得到故障切除后轉(zhuǎn)子在減速類似的，可以得到故障切除后轉(zhuǎn)子在減速過(guò)程中動(dòng)能的減少量：過(guò)程中動(dòng)能的減少量：2012mcJcPP dTdefg所包圍的面積轉(zhuǎn)子變化到極值點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能的減少量等面積定則l綜合考慮加速和減速過(guò)程，轉(zhuǎn)子在減速過(guò)綜合考慮加速和減速過(guò)程，轉(zhuǎn)子在減速過(guò)程中動(dòng)能的減少正好等于

20、加速過(guò)程中動(dòng)能程中動(dòng)能的減少正好等于加速過(guò)程中動(dòng)能的增加，即：的增加，即：2020II121-2mcmcJcJcPP dTP P dT00II-mmccPP dP P d暫態(tài)穩(wěn)定等面積定則暫態(tài)穩(wěn)定等面積定則 P PT 0 h c m h a b c d efghki加速面積加速面積為a-b-c-d-a所圍成的面積，等于加速過(guò)程中增加的動(dòng)能減速面積減速面積為d-e-f-g-d所圍成的面積，等于減速過(guò)程中動(dòng)能的減少簡(jiǎn)單系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)l根據(jù)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)的觀點(diǎn)l當(dāng)加速面積等于減速面積時(shí)，角速度等于同步電角當(dāng)加速面積等于減速面積時(shí)，角速度等于同步電角速度。速度。l最大可能的減速面積為最

21、大可能的減速面積為d-e-h-d所圍成的面積。所圍成的面積。 l暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)判據(jù)：l若加速面積小于等于最大可能的減速面積，則系統(tǒng)若加速面積小于等于最大可能的減速面積，則系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。是暫態(tài)穩(wěn)定的。l按照等面積，當(dāng)加速面積等于最大可能減速面積時(shí)，按照等面積，當(dāng)加速面積等于最大可能減速面積時(shí)，可求出極限切除角，只要故障切除角小于極限切除可求出極限切除角，只要故障切除角小于極限切除角，系統(tǒng)就不會(huì)失去穩(wěn)定。角，系統(tǒng)就不會(huì)失去穩(wěn)定。 自動(dòng)重合閘自動(dòng)重合閘l系統(tǒng)在系統(tǒng)在P1曲線上曲線上a點(diǎn)發(fā)生故障，跳變至點(diǎn)發(fā)生故障，跳變至P2曲線上的曲線上的b點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)行，在運(yùn)行，在c點(diǎn)將故障線路切除，運(yùn)行點(diǎn)跳變

22、至點(diǎn)將故障線路切除，運(yùn)行點(diǎn)跳變至P3曲線上曲線上的的e點(diǎn)，加速面積為點(diǎn)，加速面積為S1。l當(dāng)由于故障的快速切除，使得在自動(dòng)重合閘之前，系統(tǒng)當(dāng)由于故障的快速切除，使得在自動(dòng)重合閘之前，系統(tǒng)故障已經(jīng)被切除，因此在故障已經(jīng)被切除，因此在r點(diǎn)自動(dòng)重合閘，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)自動(dòng)重合閘，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)跳變至曲線跳變至曲線P1，在達(dá)到，在達(dá)到f點(diǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角達(dá)到最大點(diǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角達(dá)到最大角，轉(zhuǎn)速恢復(fù)同步速，減速面積為角，轉(zhuǎn)速恢復(fù)同步速，減速面積為S2+S3+S4。l可以看出，由于自動(dòng)重合閘成功，減速面積明顯增大，可以看出，由于自動(dòng)重合閘成功，減速面積明顯增大，即增加的即增加的S4，增強(qiáng)了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。，增

23、強(qiáng)了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。l由于自動(dòng)重合閘的成功率在由于自動(dòng)重合閘的成功率在90以上，因此加裝自動(dòng)重以上，因此加裝自動(dòng)重合閘裝置有利于系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。合閘裝置有利于系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。 提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施 l提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施主要依靠縮小加速面積，提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施主要依靠縮小加速面積，增大減速面積，即減少擾動(dòng)量縮短擾動(dòng)時(shí)間。增大減速面積，即減少擾動(dòng)量縮短擾動(dòng)時(shí)間。l采用強(qiáng)行勵(lì)磁等措施來(lái)增大系統(tǒng)承受外部擾動(dòng)的能采用強(qiáng)行勵(lì)磁等措施來(lái)增大系統(tǒng)承受外部擾動(dòng)的能力。力。l利用快速繼電保護(hù)和快速動(dòng)作的斷路器快速切除故利用快速繼電保護(hù)和快速動(dòng)作的斷路器快速切除故障。障。l采用自動(dòng)重合閘采用自動(dòng)重合閘l減小原動(dòng)機(jī)功率：

24、改善調(diào)速系統(tǒng)的特性；快關(guān)汽門；減小原動(dòng)機(jī)功率：改善調(diào)速系統(tǒng)的特性；快關(guān)汽門；機(jī)械制動(dòng)；切除部分機(jī)組；采用電氣制動(dòng)；采用串機(jī)械制動(dòng)；切除部分機(jī)組；采用電氣制動(dòng)；采用串聯(lián)電容器強(qiáng)行補(bǔ)償；在長(zhǎng)距離輸電線路的中途設(shè)置聯(lián)電容器強(qiáng)行補(bǔ)償；在長(zhǎng)距離輸電線路的中途設(shè)置中間開(kāi)關(guān)站。中間開(kāi)關(guān)站。 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的主要措施l故障的快速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用；故障的快速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用；l發(fā)電機(jī)采用快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁裝置；發(fā)電機(jī)采用快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁裝置；l采用電氣制動(dòng)；采用電氣制動(dòng)；l變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；l通過(guò)快關(guān)和切機(jī)減小原動(dòng)機(jī)出力；通過(guò)快關(guān)和切機(jī)減小原動(dòng)機(jī)出力；l高壓直流

25、（高壓直流（HVDC）輸電聯(lián)絡(luò)線的控制。輸電聯(lián)絡(luò)線的控制。提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施主要依靠縮小加速面積，增大減速面積，即減少擾動(dòng)量縮短擾動(dòng)時(shí)間有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一些說(shuō)法l穩(wěn)定性問(wèn)題歸結(jié)為穩(wěn)定性問(wèn)題歸結(jié)為研究當(dāng)系統(tǒng)遭受外擾而破壞平衡狀態(tài)研究當(dāng)系統(tǒng)遭受外擾而破壞平衡狀態(tài)后的運(yùn)行規(guī)律后的運(yùn)行規(guī)律，從而判斷電力系統(tǒng)是否可能失去穩(wěn)定，從而判斷電力系統(tǒng)是否可能失去穩(wěn)定，以及研究提高穩(wěn)定性的措施等。以及研究提高穩(wěn)定性的措施等。l電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)保持同步發(fā)電機(jī)保持同步是電力系統(tǒng)正常是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)基本條件。運(yùn)行的一個(gè)基本條件。l電力系統(tǒng)的運(yùn)行正是電力系統(tǒng)的運(yùn)行正是功率平衡不斷被打破功率平衡不斷被打破，同時(shí)，同時(shí)又不斷又不斷恢復(fù)恢復(fù)的過(guò)程。的過(guò)程。l研究電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性實(shí)際上是研究電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性實(shí)際上是分析同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間分析同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間相對(duì)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)干擾的響