電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)

電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)1第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日等式約束條件：二、電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分類

1、正常運行狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，是經(jīng)濟(jì)運行調(diào)度的基礎(chǔ)。

2、警戒狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，但不等式約束已經(jīng)接近上下限，以安全調(diào)度為主。

3、緊急狀態(tài)：不等式約束遭到破壞，等式約束仍能滿足，系統(tǒng)仍能同步運行。

4、系統(tǒng)崩潰：不等式、等式約束同時不滿足，系統(tǒng)將解列成幾個獨立的小系統(tǒng)。

5、恢復(fù)狀態(tài)：使崩潰后的若干個小系統(tǒng)向并列的大系統(tǒng)運行狀態(tài)過渡。2第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日電力系統(tǒng)運行狀態(tài)示意圖正常狀態(tài)（滿足負(fù)荷需求，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運行）恢復(fù)狀態(tài)（重新并列，恢復(fù)對用戶供電）系統(tǒng)崩潰（切機(jī)、切負(fù)荷、斷開線路）警戒狀態(tài)（預(yù)防性控制）緊急狀態(tài)（緊急控制）安全不安全超越不等式約束條件危險重新帶負(fù)荷預(yù)防性控制儲備系數(shù)減小或干擾概率增大并列緊急控制系統(tǒng)不完整(解列)系統(tǒng)保持原狀切負(fù)荷解列超越等式約束條件3第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

2-2電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類：20世紀(jì)60年代前：前蘇聯(lián)、我國：靜態(tài)穩(wěn)定，動態(tài)穩(wěn)定。

西方：靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定。20世紀(jì)70年代起，國際通用：靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定一、定義：靜態(tài)穩(wěn)定：在一個特定的穩(wěn)定運行的條件下，電力系統(tǒng)受到任何一個小的擾動，經(jīng)過一段時間，它能夠自動恢復(fù)到或者靠近小擾動前的運行條件。暫態(tài)穩(wěn)定：在一個特定的穩(wěn)態(tài)運行條件下，電力系統(tǒng)受到一個特定的大干擾后，能夠從原來的運行狀態(tài)不失去同步地過渡到另一個允許的穩(wěn)態(tài)運行條件。4第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日GEqTLU0功角在時間上表示勵磁電勢和端電壓之間的相角差；功角在空間上表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場軸線與定子合成磁場軸線之間夾角。功角特性曲線X5第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日遭受微小擾動后分析a、b兩個運行點的過渡過程：

a點(靜態(tài)穩(wěn)定工作點)：大于0時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)子制動，趨于0。小于0時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子加速，趨于0。

b點(靜態(tài)不穩(wěn)定工作點)

：

大于0時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)子加速，趨于無窮大。小于0時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子制動，趨于無窮大。

功角特性曲線6第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日靜態(tài)穩(wěn)定儲備儲備系數(shù)：

為原動機(jī)輸入功率

正常運行情況下，靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于15%，事故后要求不小于5%。功角特性曲線7第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日整步功率特性曲線

根據(jù)上面在點a及點b能否穩(wěn)定運行分析，得出靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：

當(dāng)功角與發(fā)電機(jī)功率的增量有相同符號時，即系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的

當(dāng)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定當(dāng)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的整步功率8第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日三、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析GEqTU0L1L2簡單電力系統(tǒng)及故障時的功角特性9第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定時，最主要的工作在于：確定轉(zhuǎn)子角度、角速度變化的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動方程定子有3個電樞繞組（空間位置相差120。）轉(zhuǎn)子有勵磁和若干阻尼繞組

2-3研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本模型一、同步發(fā)電機(jī)基本機(jī)構(gòu)及模型10第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日11第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日12第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日——發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗后的電勢；——發(fā)電機(jī)出口的端電壓；——發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗。二階同步發(fā)電機(jī)模型轉(zhuǎn)子運動方程：附加代數(shù)方程：同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動基本方程式：13第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日同步發(fā)電機(jī)電磁功率的計算根據(jù)同步發(fā)電機(jī)相量圖因為：所以：14第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、勵磁系統(tǒng)模型勵磁控制的作用：不僅控制發(fā)電機(jī)端電壓，還控制發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和電流等參數(shù)（1）穩(wěn)態(tài)運行時a)保持發(fā)電機(jī)在運行中的電壓恒定；b)同步發(fā)電機(jī)并列運行時調(diào)節(jié)無功功率的分配；c)提高輸電線路靜態(tài)穩(wěn)定極限，擴(kuò)大穩(wěn)定范圍；d)可以阻尼和抑制低頻震蕩。15第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日（2）暫態(tài)過程中a)負(fù)荷劇烈變化時，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓；b)系統(tǒng)狀態(tài)不穩(wěn)定時，可以強行勵磁，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性按勵磁電流提供方式不同：（1）直流機(jī)勵磁系統(tǒng)

電刷是約束，100MW以上機(jī)組很少使用時間常數(shù)大，電壓響應(yīng)速度較慢；（2）交流機(jī)勵磁系統(tǒng)

交流發(fā)電機(jī)與整流器構(gòu)成直流電源，有輔助勵磁機(jī)，軸長；（3）靜態(tài)勵磁系統(tǒng)

從發(fā)電機(jī)出口變壓器加整流器。16第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

勵磁機(jī)可控硅輸出移相觸發(fā)綜合放大量測濾波轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋

F可控硅勵磁調(diào)節(jié)器其他信號ULfUGGIUG0YHLH可控硅勵磁控制系統(tǒng)原理圖17第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日和分別為該環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)和時間常數(shù)。量測濾波：慣性環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)可用下式表示——比例常數(shù)。——由互感器-整流器裝置中的濾波作用所引起的時間常數(shù)，較小。綜合放大、移相觸發(fā)、可控硅輸出：近似為慣性環(huán)節(jié)和分別為該環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)和時間常數(shù)。轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋其作用是提高控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性品質(zhì)，輸出量大小與轉(zhuǎn)子電壓的變化率有關(guān)。18第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日相位補償傳感器信號復(fù)歸放大限幅輸入信號勵磁四、原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型三、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型（PSS）電力系統(tǒng)頻率正比于原動機(jī)轉(zhuǎn)速。調(diào)速系統(tǒng)由量測、放大、執(zhí)行三個環(huán)節(jié)組成。量測環(huán)節(jié)的輸入控制變量：19第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日氣輪機(jī)模型：汽容效應(yīng)（調(diào)節(jié)氣門與第一級噴嘴存在管道和空間）高壓蒸汽室高再熱器中聯(lián)箱低低軸閥門開度去凝汽室中間再熱機(jī)組工作原理以給定功率為輸入量以蒸汽量為輸出量20第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日水輪機(jī)模型：水錘現(xiàn)象（水流在水輪機(jī)及引水管中有慣性）輸入量：導(dǎo)葉開度輸出量：水輪機(jī)功率21第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

2-4提高和改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制技術(shù)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是限制交流遠(yuǎn)距離輸電和輸送能力的決定因素之一。

一般原則：

1）盡可能地提高電力系統(tǒng)的功率極限；2）減少發(fā)電機(jī)相對運動的振蕩幅度。一、提高靜態(tài)穩(wěn)定的方法1、盡量縮短電氣距離或等值電氣距離1）減少發(fā)電機(jī)或變壓器電抗；2）采用自動勵磁裝置；（優(yōu)先考慮）3）減少線路電抗；（分裂導(dǎo)線或雙回輸電線）4）串聯(lián)電容補償；5）改善電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中間增設(shè)中間調(diào)相機(jī)。22第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2、減小機(jī)械與電磁、負(fù)荷與電源的功率或能量差額（緊急狀態(tài)下的臨時措施）3、解列、合理選擇解列點（權(quán)宜措施）二、提高暫態(tài)穩(wěn)定的方法及措施根本出發(fā)點：控制和減少功率、能量的差額。方法：1）快速切除故障；

2）采用自動重合閘；

3）強行勵磁（維持同步發(fā)動機(jī)出口電壓UG為常數(shù)不變）；

4）改善原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性（如快速關(guān)閉進(jìn)氣閥門）；

5）同步發(fā)電機(jī)輸出端采用電氣制動控制；

6）變壓器中性點經(jīng)小電阻接地；

7）強行串聯(lián)補償和設(shè)置開關(guān)站控制；

8）連鎖切除同步發(fā)電機(jī)；

9）調(diào)節(jié)直流輸電功率控制；

10）設(shè)置合理的解列點或同步發(fā)電機(jī)異步運行。23第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日具體措施：1）切除部分機(jī)組（水電廠）聯(lián)跳切機(jī)時等效發(fā)電機(jī)的功角特性快速切機(jī)示意圖G2G4負(fù)荷G1G324第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日GG系統(tǒng)電氣制動示意圖2）電氣制動（水電廠）

故障后迅速投入電阻

R容量相當(dāng)于電廠裝機(jī)容量的1/3至1/4（容量足夠時才有效）。電阻投入時刻：立即、二次重合

電阻退出時刻：啟動信號的選擇電氣制動的作用過制動和欠制動注意的問題：25第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3）快關(guān)汽門

減小原動機(jī)轉(zhuǎn)矩，適合應(yīng)用于汽輪機(jī)。（慎用）4）自動重合閘

一般指二次重合閘，主要針對瞬時故障。5）采用快速勵磁系統(tǒng)

強行勵磁保持電壓水平。6）切除部分負(fù)荷

在頻率正常情況下，在短路故障切除0.5s內(nèi)切除負(fù)荷，再在15min內(nèi)分級將負(fù)荷重新投入。7）再同步控制加大、減小原動機(jī)轉(zhuǎn)矩。8）解列

解列點選擇：(1)解列后各小系統(tǒng)功率基本平衡；

(2)再并列較方便、通信可靠性高、遠(yuǎn)動設(shè)備水平高。26第二十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日在a點，當(dāng)擾動使發(fā)電機(jī)的角度獲得微小增量時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率將隨之增大，此時發(fā)電機(jī)與原動機(jī)之間的功率平衡遭到破壞。由于這時發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率大于原動機(jī)的機(jī)械功率，即原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小于發(fā)電機(jī)的電磁滯動轉(zhuǎn)矩，結(jié)果使發(fā)電機(jī)組開始減速，其角度增量逐漸減小，經(jīng)過一段過渡過程后運行又恢復(fù)到擾動前的運行點a，使發(fā)電機(jī)與原動機(jī)間恢復(fù)了功率的平衡。所以，在a點運行時，電力系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)