電力系統(tǒng)分析教師-暫態(tài)穩(wěn)定性

第十一章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述定性分析定量分析提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1234第一節(jié) 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行，并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)定方式的能力，通常指第一或第二振蕩周期不失步。通常擾動后的系統(tǒng)狀態(tài)與擾動前不同。一般擾動后3－5秒。最多10s。如果電力系統(tǒng)在某一運行方式下，受到某種形式的大擾動，經(jīng)過一個機電暫態(tài)過程后，能夠恢復(fù)到原始的穩(wěn)態(tài)運行方式或過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行方式，則認為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行方式有關(guān)，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間有關(guān)。因此，為了分析系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，必須對系統(tǒng)在特定擾動下的機電動態(tài)過程進行詳細的分析，所以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)運行參數(shù)(如轉(zhuǎn)子角)的動態(tài)過程的分析，判別系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。負荷的突然變化切除或投入系統(tǒng)的主要元件電力系統(tǒng)的短路故障由于暫態(tài)分析計算的目的在于確定電力系統(tǒng)在給定的大擾動下各發(fā)電機組能否繼續(xù)保持同步運行，因此主要研究發(fā)電機組轉(zhuǎn)子運動特性，考慮其主要影響因素，對影響不大的因素加以忽略或近似考慮。一、引起電力系統(tǒng)大擾動的主要原因二、暫態(tài)穩(wěn)定計算中的基本假設(shè)1、忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量；2、在簡化計算中，忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗。3、當(dāng)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；4、忽略頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響；三、有關(guān)計算的簡化規(guī)定1、發(fā)電機的參數(shù)用E′和Xd′表示；采用簡化的數(shù)學(xué)模型2、不考慮原 自動調(diào)速系統(tǒng)的作用；假定原

輸入的機械功率為恒定不變3、電力系統(tǒng)負荷簡化的數(shù)學(xué)模型。第二節(jié) 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的定性分析各種運行情況下的功角特性右圖為單機—無限大系統(tǒng)故障時等值電路。正常運行時（圖b）：1

XXP

EU

sin

X

(n)(

2

)12

)

發(fā)生短路故障時（圖c）：相當(dāng)于在短路點接入一個附加電抗X

，因此E、U之間的轉(zhuǎn)移電抗為：X

(n)2

)(

X

XP

EU

sin

由于X

X

，所以功角特性要比正常時低。故障切除后（圖d）：等值電抗為1

XP

EU

sin

一般情況下，有：

所以P

P

P第三節(jié) 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的定量分析在功角由0

變化到

c

的過程中，PT

Pe

，多余的能量使發(fā)電機轉(zhuǎn)速上升，過剩的能量轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子c的動能而 在轉(zhuǎn)子中。加速過程中所做的功為：c0

0

P)d

SabceaSa

Md

(PT加速面積在功角由

c變化到max

的過程中，PT

Pe

，缺少的能量使發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，并轉(zhuǎn)子的動能。

過程中所做的功為：T

edfgeb(P

P

)d

SS ccmaxmaxMd

面積只有在轉(zhuǎn)子 過程中將它在加速過程中增加的動能全部消耗完，即加速面積和 面積大小相等，轉(zhuǎn)子才能重新達到同步轉(zhuǎn)速。等面積定則根據(jù)等面積定則，可確定極限切除角cr

。hcrT(P

P

)d

.max

)d

(P

PT

.max0

cr

max

.max

cos1

PTh

0

)(

P

max

cosh

PP

P

.max

cos0cr當(dāng)實際切除角c

cr

時，系統(tǒng)能保持暫態(tài)穩(wěn)定。應(yīng)用前述公式即可求極限切除角cr

。

顯然，為cr了保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，必須在功角δ<

前切除短路故障。如果切除角δ>

cr

時，意味著加速面積大于 面積，運行點會越過k

′點而使系統(tǒng)失去同步。等面積定則只限于分析簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，當(dāng)功角特性可在平面坐標(biāo)上表示時，才可用等面積定則確定極限切除角。第四節(jié)

發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解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，即極限切除角對應(yīng)的極限切除時間，這就需要找出發(fā)電機受到大干擾后，轉(zhuǎn)子相對角δ隨時間t變化的規(guī)律，即δ

=?(t)曲線，此曲線稱作搖擺曲線。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

法。第五節(jié)

提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1

快速切除短路故障由于快速切除故障減小了加速面積，增加了

面積，從而提高了發(fā)電機之間并列運行的穩(wěn)定性。另一方面，快速切除故障，還可使負荷中電

的端電壓迅速回升，減小了電 失速和停頓的 ，因而也提高了負荷運行的穩(wěn)定性。2

釆用自動重合閘裝置釆用自動重合閘裝置，就是當(dāng)線路發(fā)生故障后，斷路器將故障線路斷開，經(jīng)過一定時間后自動重合閘裝置將線路恢復(fù)正常運行。若短路故障是瞬時性的，則當(dāng)斷路器重合后系統(tǒng)將恢復(fù)正常運行，即重合閘成功。這不僅提高了供電可靠性，而且對暫態(tài)穩(wěn)定也是有利的。比較圖9-4a、b可見，不裝設(shè)自動重合閘時，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定；裝設(shè)自動重合閘后，在運行點轉(zhuǎn)移到k點時自動重 功，重

功時運行點將從功角特性曲線上的k點躍升到功角特性曲線上的g點，使

面積增大，系統(tǒng)可以保持暫態(tài)穩(wěn)定。3

強行勵磁外部短路而使發(fā)電機端電壓UG低于額定電壓的

85%時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器將勵磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強行短接，使勵磁機的勵磁電流大大增加，提高了發(fā)電機電勢，增加了發(fā)電機輸出的電磁功率，減少了轉(zhuǎn)子的不平衡功率，提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。4

快速減小原

功率1、對于汽輪機釆用快速的自動調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進汽門；2、聯(lián)鎖切機，即在切除故障的同時，連鎖切除送端發(fā)電廠中的一臺或兩臺發(fā)電機。3、釆用機械制動，即釆取轉(zhuǎn)子直接制動的方法。5

采用電氣制動電氣制動就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端發(fā)電機上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機發(fā)出的有功功率，減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的過剩功率。運用電氣制動時，制動電阻的選擇要適當(dāng)。欠制動時，制動電阻太大，會使制動作用不足，系統(tǒng)照樣失步；過制動時，制動電阻太小，發(fā)電機雖在第一次振蕩中沒有失步，但在故障切除的同時切除制動電阻后的第二次振蕩中失步了。欠制動和過制動都不能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。6

串聯(lián)電容器的強行補償為提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和故障后的靜態(tài)穩(wěn)定性也可采用強行串聯(lián)補償。即在切除線路的同時切除部分并聯(lián)的電容器組，以增大串聯(lián)補償電容的容抗，部分地甚至全部地抵償由于切除故障線路而增加的線路感抗。7

變壓器中性點以小電阻接地在變壓器中性點接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱接地短路時，將產(chǎn)生零序電流分量。若此時在系統(tǒng)中Y0接線的變壓器中性點以一小電阻接地，則零序電流將在這一電阻中產(chǎn)生功率損耗，這種功率損耗與發(fā)電機的電氣制動一樣可以減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率，有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。中性點接入小電阻8

設(shè)置中間開關(guān)站當(dāng)輸電線路較長（如500KM以上），且經(jīng)過的地區(qū)也沒有變電所時，可以考慮設(shè)置中間開關(guān)站，如圖

9-11所示。圖輸電線上設(shè)置開關(guān)站在暫態(tài)穩(wěn)定中，若能盡快減小發(fā)電機過剩力矩，減小轉(zhuǎn)子相對加速度及減小轉(zhuǎn)子動能等可提高暫態(tài)穩(wěn)定性，常用方法是：快速切除短路故障；采用自動重合閘裝置；快速減小原 功率；采用電氣制動；串聯(lián)電