電力系統(tǒng)分析課件

1、本章提示等面積定則及求極限切除角的方法；分段計算法；復雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析方法；電力系統(tǒng)異步運行的概念。第14章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定本章提示第14章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定14.1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概述忽略頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量發(fā)電機的參數(shù)用E和Xd表示當發(fā)生不對稱短路時，忽略負序和零序分量電流對發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動的影響忽略負荷的動態(tài)影響在簡化計算中，還忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗。14.1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概述忽略頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定1. 系統(tǒng)在各種運行方式下發(fā)電機的電磁功率(1)正常運行方式14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定1. 系統(tǒng)在各

2、種運行方式下（2）故障運行方式故障時（2）故障運行方式故障時(3) 故障切除后的運行方式(3) 故障切除后的運行方式2. 系統(tǒng)受大干擾后的物理過程分析恢復到同步轉(zhuǎn)速恢復到同步轉(zhuǎn)速2. 系統(tǒng)受大干擾后的物理過程分析恢復到同步轉(zhuǎn)速恢復到同步轉(zhuǎn)圖14.3 功角隨時間變化曲線14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算功角隨時間變化的關(guān)系曲線。 在這種情況下，該系統(tǒng)在受到此種擾動后是暫態(tài)穩(wěn)定的。 故障是在大于C 角度后才被切除，則系統(tǒng)將可能失去穩(wěn)定性，圖14.3 功角隨時間變化曲線14.2 簡單電力系統(tǒng)暫發(fā)電機在加速期間，功角由 移到 時過剩轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子所做的功為加速面積在減速期間，由 過程中，轉(zhuǎn)子克服制動

3、轉(zhuǎn)矩消耗的有功為減速面積3.等面積定則發(fā)電機在加速期間，功角由 移到 時過剩轉(zhuǎn)矩對 總結(jié):總結(jié):例題14.1 如圖所示的簡單電力系統(tǒng)，兩相接地短路發(fā)生在雙回輸電線路的一回線的始端，各參數(shù)如圖中所示。試計算為保持暫態(tài)穩(wěn)定要求的極限切除角。14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算例題14.1 如圖所示的簡單電力系統(tǒng)，兩相接地短路發(fā)生在雙回圖14.4 例14.1圖圖14.4 例14.1圖解：1）計算各元件參數(shù)的標么值運行參數(shù) 14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算選基準值，選取解：1）計算各元件參數(shù)的標么值運行參數(shù) 14.2 簡單電力2）系統(tǒng)正常運行時發(fā)電機與無限大系統(tǒng)間電抗為 =0.17+0.1

4、+0.57/2+0.118=0.673 發(fā)電機暫態(tài)電勢和初始運行功角 為14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算2）系統(tǒng)正常運行時發(fā)電機與無限大系統(tǒng)間電抗為 =0.173）系統(tǒng)故障時 據(jù)正序等效定則，在正序網(wǎng)絡的故障點f接入附加電抗 ，當發(fā)生兩相短路接地故障時，附加電抗 是負序、零序網(wǎng)絡在故障點f的等值電抗 與 的并聯(lián) 由圖所示的負序零序等值電路得則附加電抗 為故障時的等值電路如圖d所示，發(fā)電機與系統(tǒng)間的等值電抗為故障時發(fā)電機輸出的最大電磁功率為14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算3）系統(tǒng)故障時 據(jù)正序等效定則，在正序網(wǎng)絡的故障點f接4）故障切除后故障線路切除后的等到值電路如圖e所示，發(fā)電

5、機與系統(tǒng)間的電抗為 =0.17+0.1+0.57+0.118=0.858此時發(fā)電機輸出的最大功率為14.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算4）故障切除后故障線路切除后的等到值電路如圖e所示， 5)極限切除角=0.085514.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算5)極限切除角=0.085514.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程是非線性的常微分方程，一般用數(shù)值計算方法求其近似解。 數(shù)值計算方法:分段計算法和改進歐拉法。 為了保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，需要知道必須在多長時 間內(nèi)切除短路故障，即極限切除角jq對應的極限切除時 間tjq ，這就需要找出發(fā)電機受到

6、大干擾后，轉(zhuǎn)子相對角 隨時間變化的規(guī)律，即=(t)曲線，此曲線稱作搖擺 曲線。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程是非一個時間段的中點至下一個時間段的中點不平衡功率P保持不變，并等于下一時間段開始時的不平衡功率。如圖14.5（a）所示。每個時間段內(nèi)的相對角速度保持不變并等于該時間段中點的相對角速度。如圖14.5(b)所示。1. 分段計算法為手工計算方法，它把轉(zhuǎn)子運動過程分解成一系列小的時間段，根據(jù)前一時間段計算所得結(jié)果作為本時間段計算的初始條件，推算出本時間段的狀態(tài)變量變化結(jié)果，這種方法步驟簡單，概念明確，缺點是精度較差。(1)用分段計算法求解時的假設條件14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動

7、方程的數(shù)值解法這種計算方法是“以直代曲，以不變代替變化”，計算中存在誤差，當時間段選擇足夠小時，誤差相應減小，通常取t0.05s。當能預料到同步振蕩的振幅不大時，可取t0.1s；要求精度較高的場合，取t=0.02。一個時間段的中點至下一個時間段的中點不平衡功率P保持不變，圖14.5分段計算法示意圖14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法圖14.5分段計算法示意圖14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值(2)分段計算法的計算步驟1）選取t，求常數(shù)K360f tT ；2）第一時段(14.14) 第一時段末的功角 (14.15) 則 (14.16) 14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法(2)分段計算法的計

8、算步驟1）選取t，求常數(shù)K360f 3)第二時段后，若為故障后方式（），則過剩功率(14.17) 則 (14.18) 如果已經(jīng)計算到故障切除時間，故障切除的瞬間，運行點由c點躍變到e點，過剩功率分別為(14.19) (14.20) 則 (14.21) 故障切除后，求過剩功率時，應將 改為 ，重復第3）步，直至計算到要求的時間后結(jié)束。14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法 3)第二時段后，若為故障后方式（），則過剩功率(12. 改進歐拉法常微分方程初值問題的數(shù)值解法，適于計算機計算。微分方程式為(14.22) 改進歐拉法的預估校正方程為上式中第一方程式為預估方程；第二方程式為校正方程；第三方程式

9、為初始條件。求解上式時，從已知的初值（t0， ）開始，離散地逐點求出對應于時間 的函數(shù)X的近似值取步長 14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法2. 改進歐拉法常微分方程初值問題的數(shù)值解法，適于計算機計算第（n1）時段開始時，和的變化率即第n時段結(jié)束時的變化率3) 第（n1）時段末和的預估值 (14.26) 不平衡功率(14.27) 1)當?shù)趎時間段結(jié)束時，可知道對應于該時段末的狀態(tài) 、和該時段末的電磁功率 和不平衡功率 。3改進歐拉法的計算步驟(14.24) (14.2) 14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法第（n1）時段開始時，和的變化率即第n時段結(jié)3) 4) 第（n1）時段末對應于和預估

10、值的變化率為5)第(n+1)時段中和的平均變化率為(14.28) (14.29) (14.30) 6)第（n1）時段末、P及P的校正值為(14.31) (14.32) (14.33) (14.34)14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法4) 第（n1）時段末對應于和預估值的變化率為5)第(圖14.改進歐拉法計算簡單系統(tǒng)搖擺曲線的原理框圖 14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法圖14.改進歐拉法計算簡單系統(tǒng)14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程對于一個受大干擾的電力系統(tǒng)，故障的切除時間不同，系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)也不同，在使用改進歐拉法求解t、t曲線時，對應不同的切除時間，要進行多次計算才能求出其故障切除時間。這

11、種計算法其局部截斷誤差與h成比例，其全部截斷誤差與h成比例。h越小，則截斷誤差越小，但計算機的有效位數(shù)的限制引起的舍入誤差卻隨h減小、運算次數(shù)的增多而增大，故h的選擇應適當，一般在暫態(tài)穩(wěn)定計算中h取0.010.05s。14.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法對于一個受大干擾的電力系統(tǒng)，故障的切除時間不同，系統(tǒng)的穩(wěn)定狀14.3 復雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算復雜電力系統(tǒng)中任一臺發(fā)電機輸出的電磁功率，是該發(fā)電機電勢相量相對其他發(fā)電機電勢相量相角差（ ）的函數(shù)。若得到大干擾后各臺發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間相對功角隨時間變化的曲線，可根據(jù)任意兩臺發(fā)電機之間的相對角（ ）隨時間的變化來判斷暫態(tài)穩(wěn)定性，若相對角（ ）隨

12、時間不斷增大且超過180時，可判斷該系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。14.3 復雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算復雜電力系統(tǒng)中任一電力系統(tǒng)分析課件分析: 在發(fā)生大干擾后， 、 、 都隨時間增加，如圖14.9b所示，有的可能大于簡單電力系統(tǒng)中的穩(wěn)定極限，但三臺發(fā)電機的相角差 、 、 并沒有隨時間的增大而越過180，經(jīng)過一段時間搖擺后，在新的數(shù)值上穩(wěn)定來，所以說此系統(tǒng)仍是暫態(tài)穩(wěn)定的。 圖14.9c中#1發(fā)電廠發(fā)電機電勢與#2、#3兩個電廠中發(fā)電機電勢的相角差 和 隨時間不斷增大，這說明#1發(fā)電廠與其他兩個發(fā)電廠失去了同步，而#2與#3電廠間發(fā)電機電勢相角差 并沒有無限地增大，所以第二和第三發(fā)電廠間保持了同步。然

13、而從整個系統(tǒng)來說，還是暫態(tài)不穩(wěn)定的。14.4 復雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算分析: 在發(fā)生大干擾后， 、 、 都隨時14.4 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1.快速切除短路故障2.釆用自動重合閘裝置14.4 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1.快速切除短路故障單回線按相和三相重合閘的比較按故障相切除故障可提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性單回線按相和三相重合閘的比較按故障相切除故障可單回線按相和三相重合閘的比較按故障相切除故障可提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性單回線按相和三相重合閘的比較按故障相切除故障可3.強行勵磁強行勵磁裝置4.快速減小原動機功率3.強行勵磁強行勵磁裝置4.快速減小原動機功率5. 采用電氣制動制動電阻接入方式

14、 當電阻串聯(lián)接入時，斷路器正常時是閉合的，投入制動電阻時將斷路器斷開。 并聯(lián)接入時，開關(guān)正常時是斷開的，投入制動電阻時將其閉合。5. 采用電氣制動制動電阻接入方式 當電阻串聯(lián)接入時，圖14.9同步發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行14.5 電力系統(tǒng)的異步運行1.異步運行正常運行穩(wěn)定的異步運行狀態(tài)同步震蕩階段圖14.9同步發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行14.5 電力系統(tǒng)的異步運電氣制動的作用電氣制動的作用制動電阻太小時的情形制動電阻太小時的情形6. 串聯(lián)電容器的強行補償7. 變壓器中性點以小電阻接地中性點接入小電阻8. 設置中間開關(guān)站 6. 串聯(lián)電容器的強行補償7. 變壓器中性點以小電阻接地中圖14.9同步發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行14.5 電力系統(tǒng)的異步運行1.異步運行正常運行穩(wěn)定的異步運行狀態(tài)同步震蕩階段圖14.9同步發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行14.5 電力系統(tǒng)的異步運2.解列運行如果釆取了各種必要措施，還不能抑制系統(tǒng)振蕩時，為了防止事故的擴大，則應經(jīng)過手動或自動方式在系統(tǒng)中的解列點將系統(tǒng)分解為幾個獨立的、各自同步運轉(zhuǎn)的部分，解列點要選擇恰當，應使解列后的各個獨立部分的電源和負荷之間的有功功率和無功功率大體上平衡，使各部分的電壓和頻率都接近于額定值。這樣，各個部分可以繼續(xù)穩(wěn)定運行，保證對負荷的供電。當故障消除，經(jīng)過調(diào)整，可再把各個部分重新并列，恢復系統(tǒng)的正常運行方式。14.5 電力系統(tǒng)的異步運行