第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念課件

15-1概述

15-2功角的概念

15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念

15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念

15-5負荷穩(wěn)定的概念

15-6電壓穩(wěn)定性的概念

15-7發(fā)電機轉子運動方程第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念8/23/20231.15-1概述

15-2功角的概念

15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初電磁暫態(tài)分析旋轉電機的轉速保持不變假設暫態(tài)過程中的電流、電壓的變化機電暫態(tài)分析重點研究轉子機械運動規(guī)律電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題重點保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運行的必要條件。8/23/20232.電磁暫態(tài)分析旋轉電機的轉速保持不變假設暫態(tài)過程中的電流、電壓本章框架概念功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定負荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定運動方程穩(wěn)定性8/23/20233.本章框架概念功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定負荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定運動15-1概述——穩(wěn)定問題的提出一、聯(lián)網(wǎng)的必要性1.1831年法拉第發(fā)明電磁感應定律，電能成為二次能源，就地使用。2.1885和1890年發(fā)明了單相變壓器和三相變壓器。3.1891年出現(xiàn)了三相交流輸電，遠距離輸電成為可能，出現(xiàn)了由發(fā)電機、線路和負荷構成的最簡單的電力系統(tǒng)。4.由于實際運行中發(fā)現(xiàn)受端系統(tǒng)在缺乏電源支持的情況下非常薄弱，逐漸出現(xiàn)了多電源點的互聯(lián)運行，從而形成了早期的互聯(lián)電網(wǎng)。8/23/20234.15-1概述——穩(wěn)定問題的提出一、聯(lián)網(wǎng)的必要性8/2/20多個地區(qū)聯(lián)網(wǎng)形成大型互聯(lián)電網(wǎng)后：有利于地區(qū)間電力的平衡和經(jīng)濟調度有利于安排機組的檢修和事故備用容量有利于充分利用系統(tǒng)中廉價的水利資源有利于實現(xiàn)負荷點的多路供電以提高供電可靠性有利于提高系統(tǒng)的抗沖擊能力有利于提高系統(tǒng)的供電質量——由于互聯(lián)系統(tǒng)在經(jīng)濟上的明顯優(yōu)點，電力系統(tǒng)互聯(lián)的規(guī)模越來越大，世界上最大的西歐聯(lián)合電力系統(tǒng)總裝機容量已超過2億KW。聯(lián)網(wǎng)的效益8/23/20235.聯(lián)網(wǎng)的效益8/2/20235.1880年7月，上海，第一臺12KW機組1949年，發(fā)電量43億KWh，裝機容量1848.6KW1999年，發(fā)電量12331.4億KWh，裝機容量2.98億KW裝機容量：96年超過1億，95年超過2億，96年開始排世界第二，2000年4月超過3億2004年4月裝機容量達4億千瓦2020年計劃達到裝機容量9億KW發(fā)電量：99年比98年增加6.52%,目前也是世界第二位目前最大的火電廠：鄒縣電廠，240萬KW目前最大的水電廠：二灘電廠，330萬KW★三峽電廠，裝機容量1820萬KW，將是世界最大目前全國電網(wǎng)覆蓋率：96.4%7個大區(qū)電網(wǎng)，華東網(wǎng)5198萬KW5個獨立省網(wǎng)，廣東省網(wǎng)3033萬KW我國電力系統(tǒng)發(fā)展歷史8/23/20236.1880年7月，上海，第一臺12KW機組我國電力系統(tǒng)發(fā)194019501960197019801990200035-110KV220KV330KV500KVHVDC?KV1953年松常線369KM1972年劉漢線534KM1981年平武線595KM1989年葛上線1064KM我國電力系統(tǒng)發(fā)展歷史（電壓水平）8/23/20237.194019501960197019801990200035電網(wǎng)互聯(lián)技術可以合理利用能源資源，具有顯著的經(jīng)濟效益，因而得到了十分迅速的發(fā)展，但它同時也帶來了一些新的問題。隨著電力網(wǎng)絡互聯(lián)程度的不但提高，系統(tǒng)越來越龐大，運行方式越來越復雜，保證系統(tǒng)安全可靠運行的難度也越來越大，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題越來越突出。在現(xiàn)代大電網(wǎng)中，各區(qū)域、各部分互相聯(lián)系、密切相關、在運行過程中互相影響。如果電網(wǎng)結構不完善，缺少必要的安全措施，一個局部的小擾動或異常運行也可能引起全系統(tǒng)的連鎖反應，甚至造成大面積的系統(tǒng)瓦解。二、電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的提出

8/23/20238.電網(wǎng)互聯(lián)技術可以合理利用能源資源，具有顯著的經(jīng)濟效益，因而得三、穩(wěn)定性概念電力系統(tǒng)受干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和控制設備的作用，在有限的時間內，恢復到原始運行狀態(tài)或穩(wěn)定到新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。

8/23/20239.三、穩(wěn)定性概念電力系統(tǒng)受干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和控制設穩(wěn)定性示意圖

穩(wěn)定運行暫態(tài)過程失去穩(wěn)定新的穩(wěn)態(tài)運行干擾穩(wěn)定不穩(wěn)定8/23/202310.穩(wěn)定性示意圖

穩(wěn)定運行暫態(tài)過程失去穩(wěn)定新的穩(wěn)態(tài)運行干擾穩(wěn)定不基本問題——早期穩(wěn)定研究的內容1.聯(lián)網(wǎng)后發(fā)電機組是否仍能按如下額定功率順利地送出功率，如果不能，應該如何確定發(fā)電機的最大允許輸出功率?2.線路可以傳送的功率是否仍然只受經(jīng)濟電流密度和最大允許電流(熱穩(wěn)定極限)限制，如果不是，應該如何確定線路允許的最大傳送功率?3.線路出現(xiàn)短路或跳閘等事故時系統(tǒng)能否仍然正常運行，如果不能，應該引入什么樣的保護裝置和／或穩(wěn)定控制裝置?四、電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的內容8/23/202311.基本問題——早期穩(wěn)定研究的內容四、電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的內容8/隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，不斷出現(xiàn)大量新的穩(wěn)定問題：如何在網(wǎng)絡結構比較薄弱的情況下防止由于某一設備或線路的故障產(chǎn)生連鎖反應，導致全系統(tǒng)的穩(wěn)定事故；如何防止長距離重負荷的聯(lián)絡線引起的低頻振蕩現(xiàn)象；如何防止由于大型互聯(lián)系統(tǒng)頻率維持能力逐漸減弱且可能的有功沖擊加大可能引起的頻率穩(wěn)定問題；如何防止帶負荷調壓變壓器和無功功率缺額可能引起的電壓穩(wěn)定問題。對電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的研究發(fā)展至今，已形成為一個研究內容日新月異、研究方法多種多樣、應用領域十分廣闊的綜合性研究領域電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的內容8/23/202312.隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，不斷出現(xiàn)大量新的穩(wěn)定問題：電力系統(tǒng)穩(wěn)五、穩(wěn)定分類靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定按電力系統(tǒng)承受擾動的大小，分為8/23/202313.五、穩(wěn)定分類靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定按電力系統(tǒng)承受擾動的大小，分為擾動大小概念原因小干擾正常的負荷和參數(shù)的波動1個別電動機的接入和切除；2加負荷和減負荷；3架空輸電線因風吹擺動引起線間距離（影響線路電抗）的微小變化；4發(fā)電機轉速可能產(chǎn)生微小變化。大干擾系統(tǒng)結構變化，功率、電流和電壓變化大1負荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶等；2突然增加或減小發(fā)電機出力，如切除一臺容量較大的發(fā)電機；3發(fā)生短路故障和斷線故障，無故障斷開線路也屬于這一類干擾。8/23/202314.擾動大小概念原因小干擾正常的負荷和參數(shù)的波動1個別電動機1981年中國水利電力部制訂的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中對電力系統(tǒng)穩(wěn)定作了如下規(guī)定：分類定義靜態(tài)穩(wěn)定指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定指電力系統(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到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。動態(tài)穩(wěn)定指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。8/23/202315.1981年中國水利電力部制訂的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中對電小干擾：對系統(tǒng)行為特性影響與干擾地點和大小無關。在運行點對特性曲線線性化，判別系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定或不穩(wěn)定。六、研究方法大干擾：結構變化對運行點有很大偏移，不能線性化——機電暫態(tài)過程，判別暫態(tài)穩(wěn)定，用數(shù)值方法求解。8/23/202316.小干擾：對系統(tǒng)行為特性影響與干擾地點和大小無關。在運行點對特15-2功角的概念一電路分析二功角特性三功角四功角特性圖8/23/202317.15-2功角的概念一電路分析8/2/202317.一、電路分析圖15-1簡單電力系統(tǒng)及其等值電路不考慮電阻及導納發(fā)電機輸出電磁功率：系統(tǒng)總阻抗：無限大容量母線隱極機8/23/202318.一、電路分析圖15-1簡單電力系統(tǒng)及其等值電路不考慮電阻及發(fā)電機輸出電磁功率：二、功角特性/功率特性8/23/202319.發(fā)電機輸出電磁功率：二、功角特性/功率特性8/2/20231圖15-3功角特性當發(fā)電機電勢Eq和受端電壓V均恒定時，傳輸功率Pe是角度δ的正弦函數(shù)。8/23/202320.圖15-3功角特性當發(fā)電機電勢E傳輸功率的大小與相位角δ密切相關，稱δ為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角δ的關系，稱為“功角特性”或“功率特性”。功角δ除了表征系統(tǒng)的電磁關系之外，還表明了各發(fā)電機轉子之間的相對位置。定義：8/23/202321.傳輸功率的大小與相位角δ密切相關，稱δ為“功角”或“功率角”三、功角δ為電勢與電壓之間的相位角。8/23/202322.三、功角δ為電勢與電壓之間的相位角。8/2/202322.功角相對空間的位置PTPEωNEqVωNVEqEq8/23/202323.功角相對空間的位置PTPEωNEqVωNVEqEq8/2/2發(fā)電機轉子上作用著兩種轉矩：1電磁轉矩Me，它向系統(tǒng)輸出，是制動性轉距；2機械轉矩MT，它由原動機輸入，是加速性轉距。PTPewN正常運行時，轉矩平衡，轉速恒定電磁轉矩和機械轉矩用對應的電磁功率和機械功率描述8/23/202324.發(fā)電機轉子上作用著兩種轉矩：PTPewN正常運行時，轉矩平衡EqwNV送端系統(tǒng)受端系統(tǒng)d0PT=Pe=P0

PTPewN8/23/202325.EqwNV送端系統(tǒng)受端系統(tǒng)d0PT=Pe=P0PTPePTPeEqwNVwNd0：PT>Pe

d1：PT1=Pe

EqVd0wN1d18/23/202326.PTPeEqwNVwNd0：PT>Ped1：PT1=Pe功角的物理意義表示電勢Eq和V之間的夾角，即表示系統(tǒng)的電磁關系。表示了各發(fā)電機轉子間的相對空間位置，又稱為“位置角”。通過δ，可以把電力系統(tǒng)間的電磁運動和機械運動聯(lián)系起來。8/23/202327.功角的物理意義表示電勢Eq和V之間的夾角，即表示系統(tǒng)的電磁關電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述及一個簡單的機械比擬8/23/202328.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述及一個簡單的機械比擬8/2/202328.P0P1d0dPed1四、功角特性圖8/23/202329.P0P1d0dPed1四、功角特性圖8/2/202329.15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念同步運行轉矩平衡？一、功角特性分析二、靜態(tài)穩(wěn)定初步概念8/23/202330.15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念同定義電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——靜態(tài)穩(wěn)定(SteadyStability)

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)生非周期性的失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。8/23/202331.定義電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——靜態(tài)穩(wěn)定(SteadyStab例如：個別電動機的接入和切除，加負荷和減負荷；架空輸電線因風吹擺動引起的線間距離的微小變化；發(fā)電機轉子的旋轉速度不是絕對均勻的，即功角是有微小變化的。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題實際上就是確定系統(tǒng)的某個運行穩(wěn)態(tài)能否保持的問題。8/23/202332.例如：8/2/202332.一、功角特性分析

穩(wěn)態(tài)運行時有兩個平衡點a和b。8/23/202333.一、功角特性分析

穩(wěn)態(tài)運行時有兩個平衡點a和b。8/2/20a點:回到a點（振蕩）減速d減小正的Dd干擾回到a點（振蕩）加速d增大負的Dd干擾a'a''0Pe8/23/202334.a點:回到a點（振蕩）減速d減小正的Dd干擾回到a點（振ta點能穩(wěn)定運行8/23/202335.ta點能穩(wěn)定運行8/2/202335.b點:加速d增大正的Dd干擾減速d減小負的Dd干擾0Pe失步DP增大d增大b'b''回到a點|DP|增大d減小8/23/202336.b點:加速d增大正的Dd干擾減速d減小負的Dd干擾0tb點是不穩(wěn)定運行點8/23/202337.tb點是不穩(wěn)定運行點8/2/202337.故a點為靜態(tài)穩(wěn)定點，b點為靜態(tài)不穩(wěn)定點，正常運行時一定在a點。0Pe8/23/202338.故a點為靜態(tài)穩(wěn)定點，b點為靜態(tài)不穩(wěn)定點，正常運8/23/202339.8/2/202339.定義如果在工作點處S大于0，系統(tǒng)在該點是靜態(tài)穩(wěn)定的如果S小于0，則系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的S的數(shù)值大小可以說明靜態(tài)穩(wěn)定的程度，或者說表示了發(fā)電機維持與系統(tǒng)同步運行的能力于是系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)可以表示為二、靜態(tài)穩(wěn)定初步概念8/23/202340.定義如果在工作點處S大于0，系統(tǒng)在該點是靜態(tài)穩(wěn)定的二、靜態(tài)0Pe8/23/202341.0Pe8/2/202341.8/23/202342.8/2/202342.8/23/202343.8/2/202343.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是研究電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。假如在電力系統(tǒng)中有一瞬時小干擾，在干擾消失后，系統(tǒng)能回復到原始運行狀態(tài)；而在一個永久性的小干擾作用下，系統(tǒng)經(jīng)歷一個暫態(tài)過程后，能達到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，則這一系統(tǒng)被認為是靜態(tài)穩(wěn)定的、否則系統(tǒng)在小干擾下將是靜態(tài)不穩(wěn)定的。靜態(tài)穩(wěn)定研究的是系統(tǒng)對微小干擾的適應能力，或者說考慮的是系統(tǒng)在運行點處維持同步運行的能力，系統(tǒng)是否能夠維持靜態(tài)穩(wěn)定主要與系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的運行方式有關，與小干擾的大小及具體發(fā)生地點無關。8/23/202344.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是研究電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——暫態(tài)穩(wěn)定(TransientStability)

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(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到原來穩(wěn)定方式的能力。8/23/202345.15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——暫態(tài)穩(wěn)定一、暫態(tài)穩(wěn)定性與干擾的型式有關，一般有3種基本形式：

(原因)電力系統(tǒng)的結構或參數(shù)突然變化，常見的是短路。無故障斷開線路也屬這一類干擾；突然增加或減少發(fā)電機出力；突然增加或減少大量負荷。8/23/202346.一、暫態(tài)穩(wěn)定性與干擾的型式有關，一般有3種基本形式：

(原因系統(tǒng)中發(fā)生各種短路后斷路器動作斷開故障元件自動重合閘瞬時性故障時則重合成功永久性故障時則重合不成功8/23/202347.系統(tǒng)中發(fā)生各種短路后斷路器動作斷開故障元件自動重合閘瞬時性故

由于大干擾的形式不同，系統(tǒng)在某一運行方式下受到大干擾后的暫態(tài)穩(wěn)定情況也不相同，即同一個電力系統(tǒng)在某一運行方式和某種干擾下是暫態(tài)穩(wěn)定的，但在另一種運行方式和另一種干擾下可能不穩(wěn)定。在分析某一系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性時，首先必須確定出系統(tǒng)的初始運行方式。系統(tǒng)的干擾方式則應視具體情況而定。8/23/202348.

由于大干擾的形式不同，系統(tǒng)在某一運行方式下受到大干擾后的暫電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析基本的假定

不考慮短路電流中非周期分量的作用并假定發(fā)電機定子電阻為零。暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡中的頻率基本不變，仍為50Hz。當故障為不對稱故障時，只計正序基頻分量的影響。8/23/202349.電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析基本的假定

不考慮短路電流中非周期分量圖15－7切除一回輸電線路切除一回線路后GT-1LT-2VP,QjXdjXT1jXT2jXLjXL二、電路分析8/23/202350.圖15－7切除一回輸電線路切除一回線路后GT-1LT-2圖15-8暫態(tài)穩(wěn)定的概念8/23/202351.圖15-8暫態(tài)穩(wěn)定的概念8/2/202351.圖15-9失去暫態(tài)穩(wěn)定8/23/202352.圖15-9失去暫態(tài)穩(wěn)定8/2/202352.假定Eq保持不變<0PePIIPI三、暫態(tài)過程分析8/23/202353.假定Eq保持不變<0PePIIPI三、暫態(tài)過程分析8/2/20PePI原動機功率：PT=P0正常時運行在a(da)：wG=wN8/23/202354.0PePI原動機功率：PT=P0正常時運行在a(da)：wG0PePI切除一回線路整個過程中調速器不動，PT=P0不變。假設8/23/202355.0PePI切除一回線路整個過程中調速器不動，PT=P0不變。0PePIIPIt=0，d=da系統(tǒng)工作在b點c點加速，Dw>0d增大情況18/23/202356.0PePIIPIt=0，d=da系統(tǒng)工作在b點c點加速，D過c點d=dmaxd點：減速，Dw>0d增大c點：Dw=0Dw>00PePIIPIDw8/23/202357.過c點d=dmaxd點：減速，Dw>0d增大c點：Dw=過c點，Dw<0，減速d減小d點：減速Dw<0d減小，Dw=0，加速，Dw>0d增大……穩(wěn)定在c點：Dw=0，PT=Pe0PePIIPIDw8/23/202358.過c點，Dw<0，減速d減小d點：減速Dw<0d減小，d,DwdadcdmaxdDwt角度、角速度隨時間變化圖形：0PePIIPI8/23/202359.d,DwdadcdmaxdDwt角度、角速度隨時間變在情況1的運行方式下，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。0PePIIPI可見8/23/202360.在情況1的運行方式下，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。當初始運行功率較高時情況2過c'點，Dw>0d增大Dw>0，d增大c'點發(fā)電機間不再同步，系統(tǒng)失去了暫態(tài)穩(wěn)定性

0PePIIPI8/23/202361.當初始運行功率較高時情況2過c'點，Dw>0d增大Dw>0Pe臨界角PIIPI8/23/202362.0Pe臨界角PIIPI8/2/202362.角度、角速度隨時間變化圖形：情況2下系統(tǒng)不具有暫態(tài)穩(wěn)定性8/23/202363.角度、角速度隨時間變化圖形：情況2下系統(tǒng)不具有暫態(tài)穩(wěn)二、暫態(tài)穩(wěn)定初步概念電力系統(tǒng)在正常運行方式下，受到大干擾后，能從原來的運行狀態(tài)(平衡點)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并在新運行狀態(tài)下穩(wěn)定地運行——同步運行，即認為電力系統(tǒng)在這個方式下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：大擾動后功角隨時間變化的特性8/23/202364.二、暫態(tài)穩(wěn)定初步概念電力系統(tǒng)在正常運行方式下，受如果電力系統(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。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行方式有關，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間有關。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)(如轉子角)的動態(tài)過程的分析判別系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。8/23/202365.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15-5負荷穩(wěn)定的概念在電力系統(tǒng)的負荷中，主要成分是工農業(yè)生產(chǎn)用電負荷。其中，電動機負荷又占主要成分。在電動機負荷中，一部分為同步電動機，大部分為異步電動機。同步M負荷——受擾前后能否繼續(xù)保持同步運行的穩(wěn)定性？異步M負荷——運行穩(wěn)定性問題？8/23/202366.15-5負荷穩(wěn)定的概念在電力系統(tǒng)的負荷中，主要成分是工農業(yè)異步M迅速減速以致停轉M吸收功率小運行電壓過低或機械負荷過重電廠發(fā)電機輸出功率變化發(fā)電機轉子相對運動，嚴重時失去同步8/23/202367.異步M迅速減速以致停轉M吸收功率小運行電壓過低或電廠發(fā)電機發(fā)一、負荷靜態(tài)穩(wěn)定概念節(jié)點的負荷——綜合告負荷，數(shù)量眾多的各用電設備以且變配電設備穩(wěn)定分析中以一臺等值異步電動機來代表異步電動機的簡化等值電路

R/SjXσI0IjXmV圖12-1異步電動機簡化等值電路8/23/202368.一、負荷靜態(tài)穩(wěn)定概念節(jié)點的負荷——綜合告負荷，數(shù)量眾多的各用0MMeMMab異步電動機電磁轉距異步電動機機械轉距一、轉距-轉差特性

異步M的電磁轉矩8/23/202369.0MMeMMab異步電動機電磁轉距異步電動機機械轉距一、轉距二、轉距-轉差特性分析0MMeMMabsasa'ΔMa點sa

sa'點Δs減小a'1情況18/23/202370.二、轉距-轉差特性分析0MMeMMabsasa'ΔMa點sa0MMeMMabsbsb'DM電動機停轉sb

sb'點Ds增大b'2情況28/23/202371.0MMeMMabsbsb'DM電動機停轉sbsb'點D三、負荷穩(wěn)定的概念負荷穩(wěn)定性就是負荷在正常運行中受到擾動后能保持在某一恒定轉差下繼續(xù)運行的能力。用ΔM/Δs>0作為負荷靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。0MMeMMab8/23/202372.三、負荷穩(wěn)定的概念負荷穩(wěn)定性就是負荷在正常運行中受到擾動后能15-6電壓穩(wěn)定性的概念世界上電壓穩(wěn)定大事故：1978年12月19日，法國電網(wǎng)1983年12月27日，瑞典電網(wǎng)1987年7月23日，日本東京電網(wǎng)1989年3月13日，加拿大魁北克電網(wǎng)1996年7月2日，美國西部聯(lián)合電網(wǎng)（WSCC）8/23/202373.15-6電壓穩(wěn)定性的概念世界上電壓穩(wěn)定大事故：8/2/20我國十大電壓穩(wěn)定事故：1972年7月20日，浙江1972年7月27日，湖北1980年7月27日，安徽1982年8月7日，華中1989年8月4日，貴州1990年9月20日，廣東1993年3月14日，新疆1993年4月24日，海南1995年9月9日，寧夏1997年2月27日，西北8/23/202374.我國十大電壓穩(wěn)定事故：1972年7月20日，浙江1990年一、電壓失穩(wěn)的特點

事故發(fā)生具有突然性和隱蔽性。運行人員在電壓不穩(wěn)定事故發(fā)生初期很難察覺。事故發(fā)展具有不可控性。電壓不穩(wěn)定一旦發(fā)生，不能及時地采取緊急控制來阻止電壓的下降，最終可能會導致全系統(tǒng)大面積電壓崩潰。事故發(fā)生時系統(tǒng)一般處于負荷過載狀態(tài)。8/23/202375.一、電壓失穩(wěn)的特點

事故發(fā)生具有突然性和隱蔽性。運行人員二、電壓穩(wěn)定的定義(1)IEEE（國際電氣與電子工程學會）：IEEEWorkingGroup15-05-05，K12IEEEWorkingGrouponvoltagestability:(Publications)90TH0358-2-PWR，93TH0620-5-PWR(2)CIGRE（國際大電網(wǎng)會議）：CIGRETaskForce38-02-10~12CIGRETaskForce38-01-03CIGREWorkingGroup34-08，14-078/23/202376.二、電壓穩(wěn)定的定義(1)IEEE（國際電氣與電子工程學會）(3)電壓穩(wěn)定性（VoltageStability）是指在正常運行情況下或者遭受干擾后，電力系統(tǒng)維持所有母線電壓在可以接受的穩(wěn)態(tài)值的能力。8/23/202377.(3)電壓穩(wěn)定性（VoltageStability）電壓穩(wěn)定性：維持所有母線電壓的能力。在系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性分析中，主要關注負荷點電壓的行為，因此電壓穩(wěn)定性有時也稱為負荷穩(wěn)定性。比較功角穩(wěn)定性：同步發(fā)電機間保持同步運行的能力；以發(fā)電機轉子間相對角的運動規(guī)律作為判斷穩(wěn)定性的依據(jù)，如前面所講的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定等。8/23/202378.電壓穩(wěn)定性：維持所有母線電壓的能力。在系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在遭受一系列故障后導致系統(tǒng)內大面積、大幅度的母線節(jié)點電壓持續(xù)性下降的過程。(4)電壓崩潰（VoltageCollapse）電壓崩潰比電壓穩(wěn)定性要復雜很多，系統(tǒng)母線電壓的崩潰既可以是功角不穩(wěn)定造成的，也可以是電壓不穩(wěn)定造成的，也可能是二者共同作用造成的。它是一個描述電壓下降的過程和現(xiàn)象的術語。注意8/23/202379.是指電力系統(tǒng)在遭受一系列故障后導致系統(tǒng)內大面積、大幅度它不僅指一個系統(tǒng)不發(fā)生功角失穩(wěn)的能力，還包括在出現(xiàn)任何適當而可信的預想事故或有害的系統(tǒng)變更后，系統(tǒng)維持電壓穩(wěn)定的能力。(5)電壓安全性（VoltageSecurity）8/23/202380.它不僅指一個系統(tǒng)不發(fā)生功角失穩(wěn)的能力，還包括在出電壓穩(wěn)定性：強調在正常運行和某種故障條件下維持所有母線電壓在可以接受的水平的能力。電壓安全性：強調在任意適當而可信的預想事故或者系統(tǒng)變更后都能確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的能力。電壓安全性比電壓穩(wěn)定性要求更高。比較8/23/202381.電壓穩(wěn)定性：強調在正常運行和某種故障條件下維持所有母線電壓在(6)電壓不穩(wěn)定(VoltageInstability)當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動、負荷增大或者系統(tǒng)變更后使得一些母線電壓急劇下降或者向下漂移，并且運行人員和自動裝置的控制已經(jīng)無法終止這種電壓衰落，從而使得系統(tǒng)的完整性遭到破壞，功率不能正常的傳送給用戶，則稱此時系統(tǒng)是電壓不穩(wěn)定的。8/23/202382.(6)電壓不穩(wěn)定(VoltageInstability電壓不穩(wěn)定最終可能會導致災難性后果——電壓崩潰；電壓崩潰不一定由電壓不穩(wěn)定引起，也可能由功角不穩(wěn)定引起。比較8/23/202383.電壓不穩(wěn)定最終可能會導致災難性后果——電壓崩潰；比較815-7發(fā)電機轉子運動方程一、轉子運動方程二、參考軸與角度三、用標幺值表示的轉子運動方程四、慣性時間常數(shù)的意義8/23/202384.15-7發(fā)電機轉子運動方程一、轉子運動方程8/2/2023一、轉子運動方程

由旋轉物體的力學定律原動機的機械轉矩發(fā)電機的電磁轉矩轉動慣量kg?m?s2機械角加速度rad/s2DMa=MT-Me為不平衡轉矩kg?m8/23/202385.一、轉子運動方程

由旋轉物體的力學定律原動機的機械轉矩發(fā)電機1、以機械角度表示轉子運動方程機械角速度(rad/s)從某一固定參考軸算起的機械角位移(rad)8/23/202386.1、以機械角度表示轉子運動方程機械角速度(rad/s)從某一如發(fā)電機的極對數(shù)為p2、以電角度表示機械電氣單位角度Qqrad角速度Wwrad/s角加速度Aarad/s28/23/202387.如發(fā)電機的極對數(shù)為p2、以電角度表示機械電氣單位角度Qqra等式兩邊乘以p

單位均是有名單位角度以什么軸為參考？注意8/23/202388.等式兩邊乘以p單位均是有名單位角度以什么軸為參考？注意8/二、參考軸與角度

固定參考軸同步旋轉軸參考軸固定同步角度qd角速度wDw可見角加速度與參考軸的選擇無關。8/23/202389.二、參考軸與角度

固定參考軸同步旋轉軸參考軸固定同步角度qd相對角和相對角速度與參考軸的選擇無關dij

=di-dj稱為相對角Dwij=wi

-wj為相對角速度Dwi稱為絕對角速度

di稱為絕對角固定參考軸同步旋轉軸8/23/202390.相對角和相對角速度與參考軸的選擇無關dij=di-dj稱三、用標幺值表示的轉子運動方程

有名值選擇轉矩基準值MB=SB/WN，上式兩邊除以MB8/23/202391.三、用標幺值表示的轉子運動方程

有名值選擇轉矩基準值MB=S為慣性時間常數(shù)，單位為s復習：轉矩等于功率除以角速度8/23/202392.為慣性時間常數(shù)，單位為s復習：轉矩等于功率除以角速度8/2/式中的單位：

名稱單位基準功率角弧度角速度標幺值額定角速弧度每秒慣性時常秒機械、電磁功率標幺值時間秒8/23/202393.式中的單位：名稱單位基準功率角弧寫成狀態(tài)方程的形式8/23/202394.寫成狀態(tài)方程的形式8/2/202394.四、慣性時間常數(shù)的意義慣性時間常數(shù)TJ是反映發(fā)電機轉子機械慣性的重要參數(shù)。1、TJ的單位=s(秒)8/23/202395.四、慣性時間常數(shù)的意義慣性時間常數(shù)TJ是反映發(fā)電機轉子適當變換后得W*=W/WN以發(fā)電機額定容量SN為基準，通常稱為額定慣性時間常數(shù)選擇MB=MN=SN/WN2、TJ的物理意義8/23/202396.適當變換后得W*=W/WN以發(fā)電機額定容量SN為基準，通常取MT*=1、Me*=0，則DMa*=1。兩邊積分，得TJN=t8/23/202397.取MT*=1、Me*=0，則DMa*=1。兩邊積分，得TTJN的物理意義：當發(fā)電機空載時，如原動機將一個數(shù)值等于額定轉矩MN的恒定轉矩(MT*=1)加到轉子上，則轉子從靜止狀態(tài)(W*=0)啟動到轉速達額定值(W*=1)時所需的時間t，就是發(fā)電機組的額定慣性時間常數(shù)TJN。TJN=t

8/23/202398.TJN的物理意義：當發(fā)電機空載時，如原動機將一個數(shù)值等于3、TJ的求取

一般手冊上只給出反映發(fā)電機轉動部分質量和尺寸的GD2值st?m2r/minkVA8/23/202399.3、TJ的求取

一般手冊上只給出反映發(fā)電機轉動部分質量和尺寸在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中，當已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準功率SB時，必須將各發(fā)電機的額定慣性時間常數(shù)歸算到統(tǒng)一基準值下注意8/23/2023100.在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中，當已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基將幾臺發(fā)電機合并成一臺等值發(fā)電機，合并后等值機的慣性時間常數(shù)為8/23/2023101.將幾臺發(fā)電機合并成一臺等值發(fā)電機，合并后等值在多機電力系統(tǒng)中，對于第i臺發(fā)電機有(略去表示標幺值的星號)如何求解方程式？取決于原動機及其調速系統(tǒng)復雜如何表達Pei？8/23/2023102.在多機電力系統(tǒng)中，對于第i臺發(fā)電機有(略去表示標幺值復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角穩(wěn)定性基本概念原因危害后果分類分析方法dPejXdjXT1jXT2jXL/28/23/2023103.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定0Pe同步運行轉距平衡？a點能穩(wěn)定運行b點呢？8/23/2023104.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定0Pe小干擾后恢復穩(wěn)定的能力8/23/2023105.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角靜態(tài)穩(wěn)定0Pe暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性PIIPIGT-1LT-2VP,Q大干擾后能在新的運行狀態(tài)下穩(wěn)定運行的能力穩(wěn)定運行靜態(tài)穩(wěn)定大擾動？小擾動8/23/2023106.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性負荷穩(wěn)定0MMeMMabDM/Ds>08/23/2023107.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定負荷穩(wěn)定突然性、隱蔽性、不可控性特點定義電壓穩(wěn)定性、電壓崩潰、電壓安全性、電壓不穩(wěn)定8/23/2023108.復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功運動方程復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概念功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性負荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定8/23/2023109.運動方程復習第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念概湖北1972年7月27日大面積停電事故，造成武漢、黃石、黃岡地區(qū)全部停電。由于電網(wǎng)繼電保護裝置誤動作，使丹江口到漢口的220kV輸電線路斷開，造成武漢和黃石地區(qū)電壓崩潰，使受端系統(tǒng)全部瓦解，經(jīng)濟損失約2700萬元。我國十大電壓穩(wěn)定事故8/23/2023110.湖北1972年7月27日大面積停電事故，1978年12月19日，法國電網(wǎng)因輸電線過載裝置運作跳閘，電網(wǎng)瓦解，造成法國本土四分之三的地區(qū)停電，最長停電時間8個半小時，其經(jīng)濟損失至少與50年經(jīng)濟調度工作所取得的經(jīng)濟效益相當。世界電壓穩(wěn)定大事故8/23/2023111.1978年12月19日，法國電網(wǎng)因輸電線過載裝置運作瑞典大停電事故使南部系統(tǒng)全停電，停電負荷11400MW，占整個系統(tǒng)負荷的67%，電網(wǎng)全部恢復時間用了7h以上，事故損失2～3億瑞典克郎，約3000～5000萬美元。世界電壓穩(wěn)定大事故8/23/2023112.瑞典大停電事故使南部系統(tǒng)全停電，停電負荷114日本東京大停電事故停電8168MW，影響用戶280萬戶，停電時間最長達3h21min，兩個500kV變電站及一個275kV變電站全站停電，影響日本13條鐵路線停運達3h50min，東京地鐵及私營鐵路停運長達3h，自來水中斷，銀行計算機系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂。世界電壓穩(wěn)定大事故8/23/2023113.日本東京大停電事故停電8168MW，影響用戶21989年3月13日凌晨2時44分，電網(wǎng)監(jiān)控室圖板警告燈突然閃爍，表示在電網(wǎng)的北端發(fā)生了故障。工作人員操作一個電壓控制器，關閉了一條向南部若干城市輸電的干線。就在技術人員正對這突發(fā)事件納悶時，一系列回路斷電事故在各個區(qū)域同時發(fā)生，一下子切斷了魁北克省所有的供電系統(tǒng)。整個電網(wǎng)在不到90秒鐘全部癱瘓了，電力輸送全面中斷。電網(wǎng)所管轄的區(qū)域處于一片黑暗，工廠生產(chǎn)、居民生活受到很大的影響。世界電壓