電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制課件

內容回顧靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在受到小干擾時維持同步運行狀態(tài)的能力單機無窮大系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定調節(jié)裝置對靜態(tài)穩(wěn)定的影響復雜系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性負荷的靜態(tài)穩(wěn)定性

提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施2023/10/20暫態(tài)穩(wěn)定性的定義和概念暫態(tài)穩(wěn)定：大擾動功角穩(wěn)定（Large-disturbancerotor

anglestability）定義：暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大擾動后,各同步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。運行狀態(tài)“收斂”到某一點——Lyapunov穩(wěn)定性兩個方面的含義：功角穩(wěn)定大擾動2023/10/21功角穩(wěn)定電力系統(tǒng)是一個互聯同步交流電網，正常狀態(tài)下各發(fā)電機保持同步運行（即所有發(fā)電機以相同的速度旋轉，機間相對轉子角度維持恒定），從而保證系統(tǒng)中頻率、功率潮流、節(jié)點電壓為定值。如果某些發(fā)電機之間不能維持同步運行，其送出的電功率、線路潮流以及節(jié)點電壓將發(fā)生大幅度的周期性振蕩，系統(tǒng)的供電質量無法保證。功角穩(wěn)定指互聯電力系統(tǒng)中各臺同步發(fā)電機在擾動后保持同步的能力。2023/10/22定子旋轉磁場發(fā)電機定子流過交流電流時在定子內側會產生旋轉磁場ΦU轉子磁場勵磁繞組通直流電，形成和勵磁繞組相對靜止的旋轉磁場Φd磁場之間的相互作用發(fā)電機：轉子磁場領先定子旋轉磁場，輸出功率電動機：轉子磁場落后定子旋轉磁場，消耗功率功角（轉子角）：兩個磁場之間的角度差磁場對應電勢，轉子磁場—發(fā)電機內電勢Ed，定子旋轉磁場—定子端電壓U功角δ即為Ed和U之間的角度功角穩(wěn)定—如何理解功角的含義2023/10/23兩個發(fā)電機之間的相對角度送端發(fā)電機領先受端發(fā)電機功角為δ；送端發(fā)電機轉子先垂直切割某相定子繞組，δ/ω0時間后受端發(fā)電機才垂直切割該相繞組。功角穩(wěn)定—如何理解功角的含義2023/10/24功角和功率的關系：功角越大，輸出功率越大；機械功率增加，轉子加速，功角增加，輸入、輸出達到新的穩(wěn)態(tài)，功角達到穩(wěn)定值；轉子帶動定子磁極運動，中間由彈簧聯系，角度差為δ；δ=90度，電磁功率最大，兩極之間彈性聯系的彈簧達到了最大張力。功角穩(wěn)定—比喻2023/10/25擾動導致某些發(fā)電機功角變化，會導致其他發(fā)電機功率也發(fā)生變化，引起機電暫態(tài)過程。如果最后所有發(fā)電機達到新的平衡態(tài)——功角

穩(wěn)定，擾動過大導致某些彈簧斷裂——功角失穩(wěn)。功角穩(wěn)定—比喻2023/10/26大擾動電力系統(tǒng)時刻都在經受擾動的沖擊，根據擾動對系統(tǒng)的影響程度，可以分為大擾動、小擾動。大擾動：相對于靜態(tài)穩(wěn)定分析中所考慮的小擾動而言，一般指短路故障、線路突然斷開或發(fā)電機跳閘等。擾動大小是相對的線路短路：大擾動？小擾動？擾動的大小將導致分析方法的不同小擾動：平衡點處局部線性化大擾動？2023/10/27暫態(tài)穩(wěn)定的一般過程各發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率平衡，所有發(fā)電機的轉子速度恒定且相等由于系統(tǒng)的結構或參數發(fā)生了較大變化，系統(tǒng)潮流和各發(fā)電機的輸出電磁功率也發(fā)生變化，發(fā)電機的輸入輸出功率失去平衡，引起轉子的速度發(fā)生不同程度的加速或減速，發(fā)電機的同步運行遭到破壞。發(fā)電機轉子之間的搖擺最終平息，回到同步運行狀態(tài)某些發(fā)電機轉子之間始終存在著相對運動，使得轉子間的相對角度隨時間不斷增大，最終導致這些發(fā)電機失去同步同步運行狀態(tài)發(fā)生大擾動暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)不穩(wěn)定2023/10/28暫態(tài)穩(wěn)定的一般過程2023/10/29時間t=t0

t=tf

t=tcl↓

↓

↓系統(tǒng)情況故障前故障中故障后發(fā)生事件↑

↑

↑發(fā)生故障(可能操作)故障清除數學描述穩(wěn)定平衡點微分代數方程組微分代數方程組暫態(tài)穩(wěn)定分析的數學模型現代電網規(guī)模龐大，動態(tài)特性復雜，詳盡的模擬如此大規(guī)模系統(tǒng)的動態(tài)過程是非常困難的，需要根據所研究問題的性質，抓住重點，忽略次要因素，進行一些合理的簡化。暫態(tài)穩(wěn)定最關心轉子的搖擺特性，對其影響不大的動態(tài)過程可以忽略，建模中采用的主要假設有：不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數的影響忽略故障電流的直流分量忽略不對稱故障產生的負序電流和零序電流基本數學模型網絡：相量形式的代數方程，和潮流計算中的穩(wěn)態(tài)方程相同動態(tài)元件：同步發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、原動機和調速系統(tǒng)、負荷、其他動態(tài)裝置等，一般用微分方程描述2023/10/210單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性故障前系統(tǒng)和等值電路發(fā)電機方程 發(fā)電機電磁功率發(fā)電機采用經典模型，暫態(tài)電抗后的電動勢恒定，機械功率恒定數學模型2023/10/211單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性故障情況和等值電路發(fā)電機電磁功率2023/10/212單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性故障清除后系統(tǒng)和等值電路發(fā)電機電磁功率2023/10/213暫態(tài)穩(wěn)定的物理過程分析－穩(wěn)定ffeg發(fā)生故障a

b故障中 故障清除c

d2023/10/214暫態(tài)穩(wěn)定的物理過程分析－不穩(wěn)定bacdh發(fā)生故障故障中 故障清除功角失穩(wěn)2023/10/215點h在暫態(tài)不穩(wěn)穩(wěn)定定中平具衡有點重要地位。點h是一個什么點？故障持續(xù)時間變長分析2023/10/216單機無窮大系統(tǒng)的等面積定則故障過程中，發(fā)電機轉子加速，動能增加計算右圖中的面積abcm2023/10/217abcm的面積等于故障中轉子增加的動能，稱為加速面積單機無窮大系統(tǒng)的等面積定則故障清除后，轉子開始減速，動能減少計算右圖中的面積mdenmden的面積等于故障后轉子減少的動能，稱為減速面積2023/10/218單機無窮大系統(tǒng)的等面積定則等面積定則：加速面積等于減速面積含義：減速過程中動能的減少等于加速過程中動能的增加2023/10/219利用等面積定則判斷穩(wěn)定性已知故障清除時間，計算加速面積abcm計算出點h，計算最大減速面積dmh態(tài)穩(wěn)定的A1< A2，穩(wěn)定A1, A2等滿面足積什定么則關穩(wěn)系定時判系據統(tǒng)是暫A1<？A2，穩(wěn)定A1= A2，臨界穩(wěn)定

A1>A2，不穩(wěn)定2023/10/220等面積定則的應用——極限切除角為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定，必須在轉子角增大到h點之前使轉子減速到同步速，極限情況是正好到達h點時轉速回到同步速，這時的切除角