電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念

第9章電力系統(tǒng)穩(wěn)定的根本概念1.1.同步發(fā)電機的機電特性2.靜態(tài)穩(wěn)定的概念3.暫態(tài)穩(wěn)定的概念4.提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施2.一、穩(wěn)定的根本概念綜述1.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定是保證系統(tǒng)平安可靠運行的重要問題。

系統(tǒng)中投入運行的同步發(fā)電機都在同步轉速下運轉。3.2.電力系統(tǒng)暫態(tài)過程

暫態(tài)過程進入一種新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)

失去穩(wěn)定

當系統(tǒng)在運行中由于受到某些突然擾動，出現(xiàn)電流、電壓、功率等運行參數(shù)的劇烈變化和振蕩的過程。4.在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或操作后，將產(chǎn)生復雜的電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程，前者主要指各元件中電場和磁場以及相應的電壓和電流的變化過程，后者那么指由于發(fā)動機和電動機電磁轉矩的變化所引起電機轉子機械運動的變化過程。電磁暫態(tài)過程分析的主要目的在于分析和計算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓和過電流，以便對電力設備進行合理設計，確定已有設備能否平安運行，并研究相應的限制和保護措施。由于各元件的動態(tài)相應有所不同，系統(tǒng)的各種暫態(tài)過程的性質也不相同。5.機電暫態(tài)過程分析的主要目的：主要涉及系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性等問題。要進行這些電磁和機電暫態(tài)過程分析，必須首先研究元件的動態(tài)特性，建立電力系統(tǒng)元件的數(shù)學模型。6.電磁暫態(tài)過程分析：所研究的暫態(tài)過程持續(xù)時間通常較短〔持續(xù)時間毫秒級以內(nèi)的電壓電流保護〕，在此情況下，一些動態(tài)響應比較緩慢的元件，如原動機及調(diào)速系統(tǒng)等的影響往往可以忽略不計，而發(fā)動機定子回路和電力網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程那么需加以考慮。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：通常忽略發(fā)動機定子回路和電力網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，而將線路和變壓器等元件用它們的等值阻抗來描述。7.功角不穩(wěn)定與電壓不穩(wěn)定二者相互區(qū)別，又相互聯(lián)系。功角失穩(wěn)有可能引發(fā)電壓失穩(wěn)，反之亦然。3.電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類功角穩(wěn)定主要與有功功率的平衡相關，其主要標志是同步發(fā)電機組之間的同步運行狀態(tài)是否被破壞。電壓穩(wěn)定主要與無功功率的平衡相關，其主要表現(xiàn)為系統(tǒng)的局部或全局是否發(fā)生電壓的持續(xù)下降或上升。

8.9.1同步發(fā)電機的機電特性

轉子的運動特性電磁功率的變化特性一、同步發(fā)電機的功角特性9.簡單電力系統(tǒng)示意圖

10.在不計發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)作用的情況下〔E=常數(shù)〕，發(fā)電機向系統(tǒng)輸送的有功功率發(fā)電機輸送的功率極限為稱為“功率角”，簡稱“功角”。11.稱為“功角特性”或“功率特性”。12.二、同步發(fā)電機的轉子運動特性13.E和U間的夾角也就是并列運行的兩臺發(fā)電機轉子軸線間的夾角，表征系統(tǒng)兩端發(fā)電機轉子位置的特性，在這個意義上，功角又可稱為“位置角〞。發(fā)電機轉子運動方程為

轉子的轉動慣量電磁轉距轉子的機械轉距14.出現(xiàn)穩(wěn)定問題的原因——轉矩平衡正常運行時：Pe=Pt受到干擾時：Pe≠Pt機械轉矩Mt由發(fā)電廠動力局部的運行狀態(tài)決定電磁轉矩Me由發(fā)電機及其相連的電力系統(tǒng)中的運行狀態(tài)決定15.9.2靜態(tài)穩(wěn)定的概念

在小干擾作用下，系統(tǒng)運行狀態(tài)將偏離原來的運行狀態(tài)〔即平衡點〕，假設干擾不消失，系統(tǒng)具有能自動在偏離原來平衡點很小處建立新的平衡點；或當干擾消失后，系統(tǒng)具有能自動回復到原有的平衡點的能力，那么稱電力系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。16.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。小干擾：在這種干擾作用下，系統(tǒng)的狀態(tài)變量的變化很小，因此狀態(tài)方程可以線性化。分析方法：微分方程線性化通?？梢圆捎迷谶\行點處線性化后的系統(tǒng)模型進行特征根分析來判別系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。17.18.19.20.21.22.分析a、b點的異同

相同點：Pa=Pb=PT

不同點：23.結論：在簡單電力系統(tǒng)且發(fā)電機無勵磁調(diào)節(jié)的情況下：系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不穩(wěn)定

臨界狀態(tài)24.

說明：①上述結論僅適應于簡單電力系統(tǒng)；②功率極限和穩(wěn)定極限是不同的兩個概念，對于簡單無勵磁調(diào)節(jié)的電力系統(tǒng)，兩者可視為相等；③多機系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是不能簡單用功率判據(jù)給予判定的。25.★系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定儲藏系數(shù)正常運行方式下

≥15%~20%

事故后的運行方式下≥10%正常運行功率穩(wěn)定極限功率26.9.3暫態(tài)穩(wěn)定的概念

電力系統(tǒng)在正常工作的情況下，受到一個較大的擾動后，具有能從原來的運行狀態(tài)過渡到新的運行狀態(tài)，并能在新的狀態(tài)下穩(wěn)定地運行的能力。

27.⑴系統(tǒng)正常運行時：⑵突然切除一回線：28.29.30.結論：保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件就是轉子在加速過程中所積累的動能在減速過程中能全部為系統(tǒng)所吸收。

轉子在加速過程中所積累的動能

A+

∝的面積31.在減速過程中系統(tǒng)所能吸收的能量

∝的面積當發(fā)電機的轉速偏離同步轉速不大時32.33.34.★面積定那么(判別簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的根本準那么)：加速面積

減速面積＜系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定

＞加速面積

減速面積35.說明：①面積原那么僅適用于簡單電力系統(tǒng)；②對于多機系統(tǒng)，面積原那么不適用，通常用相對功角的變化趨勢予以判定。36.9.4提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施提高靜態(tài)穩(wěn)定性：增加發(fā)電機的電勢；減小系統(tǒng)各元件的電抗。提高暫態(tài)穩(wěn)定性：減小暫態(tài)過程中作用在發(fā)電機轉軸上的不平衡轉矩以及不平衡轉矩作用的時間。37.提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本性質說明，發(fā)電機可能輸送的功率極限越高，那么靜態(tài)穩(wěn)定性越高。以單機對無窮大系統(tǒng)為例，減少發(fā)電機與系統(tǒng)之間的聯(lián)系電抗就可以之間發(fā)電機的功率極限。從物理意義上講，這就是加強發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。聯(lián)系緊密的系統(tǒng)顯然是不容易失去靜態(tài)穩(wěn)定的。加強電氣聯(lián)系，即縮短“電氣距離〞，也就是減少各元件的阻抗，主要是電抗。38.1、采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)勵磁可以維持發(fā)電機端電壓為常數(shù)，這就相當于將發(fā)電機的電抗減小為零。因此，發(fā)電機裝設先進的調(diào)節(jié)器就相當于縮短了發(fā)電機與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高了靜態(tài)穩(wěn)定性。39.40.★自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的作用：

⑴提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限功率；⑵擴大穩(wěn)定運行范圍。★自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的任務:

在發(fā)電機端電壓降低時，自動增大勵磁電流來提高發(fā)電機的激磁電勢E，使發(fā)電機的端電壓恢復正常。41.2、減小元件的電抗發(fā)電機和系統(tǒng)之間的轉移電抗總是由發(fā)電機、變壓器和線路的電抗所組成，有實際意義的是減少線路電抗，具體做法有以下幾種：1采用分裂導線2提高線路額定電壓等級3采用串聯(lián)電容補償3、提高系統(tǒng)的運行電壓在正常運行中提高電網(wǎng)的運行電壓也可以提高功率極限。為使電網(wǎng)具有較高的電壓水平，必須在系統(tǒng)中設置足夠的無功電源。42.提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性★提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的根本原那么：減小不平衡功率，增大減速面積，減小加速面積43.二、故障后進行合理操作44.45.⑴正常運行時⑵故障時46.★快速切除故障

故障切除后>>47.48.49.極限切除角

能保證暫態(tài)穩(wěn)定的最大切除角。即在保持加速面積與最大可能的減速面積相等的條件下求得的切除故障的角度。故障極限切除時間

50.

要提高輸送功率必須減小故障的持續(xù)時間。因此提高繼電保護和斷路器的動作時間可以將原來不穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定系統(tǒng)。

51.★采用三相自動重合閘

重合閘可以使減速面積增大，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

52.★采用單相自動重合閘

減速面積比三相自動重合閘時增加。

采用單相自動重合閘的缺點：要求斷路器能分相操作，還要有故障選相裝置，增加了設備的復雜性，且重合閘的動作時間較長。53.★發(fā)電機的強行勵磁

發(fā)電機強行勵磁裝置在系統(tǒng)故障后，發(fā)電機電壓降低時動作，使發(fā)電機的勵磁電流增大，減少發(fā)電機電勢的衰減，甚至使電勢升高，從而對提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有很大的作用。54.55.三、降低作用在發(fā)電機軸上的不平衡轉矩

〔1〕改善原動機的調(diào)節(jié)特性〔2〕電氣制動56.

變壓器的中性點經(jīng)小電阻接地，當有零序電流通過時，也可消耗有功功率，提高系統(tǒng)在接地故障時的暫態(tài)穩(wěn)定性。

通常電阻值以4%左右為宜。

57.四、調(diào)整線路參數(shù)

采用分裂導線線路串入電容降低P增大58.本章小結

★一、系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性

〔1〕定義〔2〕判定原那么簡單電力系統(tǒng)：復雜電力系統(tǒng)：小擾動法列寫系統(tǒng)的狀態(tài)方程，利用微分方程的特征方程判斷穩(wěn)定性59.★

二、系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性

〔1〕定義〔2〕判定原那么簡單電力系統(tǒng)：面積定那么復雜電力系統(tǒng)：相對功角60.課程主要內(nèi)容回憶第一章電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的劃分，電力網(wǎng)電壓等級電氣設備的額定電壓第二章負荷的定義負荷曲線的類型及各類負荷曲線的作用，負荷特性與模型，電力系統(tǒng)中的諧波61.課程主要內(nèi)容回憶第三章雙繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算，三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算，容量比架空線路的主要組成局部及各局部的作用；架空線路各參數(shù)的物理意義以及影響線路參數(shù)大小的因素架空線路參數(shù)的計算公式；輸電線路的一字型等值電路、π型等值電路和T型等值電路開關電弧的產(chǎn)生和熄滅原理，斷路器的類型和根本組成局部油斷路器和六氟化硫斷路器滅弧室的工作原理和特點，真空電弧的特征及真空滅弧室的結構特點和工作原理電磁式電壓互感器和電流互感器的工作特點、性能要求、誤差來源和接線方式；提高互感器精度所采取的措施；電容式電壓互感器的工作原理。62.第四章無備用和有備用電力網(wǎng)的接線方式及其優(yōu)缺點；電氣主接線的各種形式及其根本要求；有匯流母線的單母線、雙母線等接線的特點、倒閘操作順序和優(yōu)缺點、改進措施以及應用范圍；無匯流母線的單元接線、橋形接線和角形接線的特點、應用范圍；典型的發(fā)電廠主接線形式；中性點不同接地方式的特點及使用范圍。63.第五章什么是潮流計算電壓降落、電壓損耗、電壓偏移等根本概念；線路和變壓器中的功率損耗和電壓降落的計算公式及公式應用的注意點，開式網(wǎng)絡的潮流計算方法；簡單閉式網(wǎng)和電磁環(huán)網(wǎng)的潮流計算；電力系統(tǒng)的頻率與有功功率，電力系統(tǒng)有功功率與頻率之間的關系、有功功率平衡的必要性及備用容量的分類和類型、各類電廠的運行特點和合理組合負荷和發(fā)電機的功-頻靜特性；電力系統(tǒng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的過程及特點64.電力系統(tǒng)無功功率和電壓之間的關系、無功功率平衡的必要性、主要的無功電源及其特點；電壓調(diào)整的原理和要求以及電壓調(diào)整的必要性，各種無功補償和調(diào)壓措施的原理和特點；變壓器分接頭、并聯(lián)電容器容量和調(diào)相機容量以及串聯(lián)電容器容量的計算方法，網(wǎng)損率的概念；計算網(wǎng)損的根本方法；降低網(wǎng)損的技術措施；等耗量微增率原那么的根本原理。65.第六章標幺值的定義、基準值的選擇以及電力系統(tǒng)各元件標幺值的近似計算公式和運用；恒定電勢源電路突然三相短路非周期分量與周期分量的分析；有限容量電源三相短路周期分量的變化；輸入阻抗、轉移阻抗、電流分布系數(shù)和計算電抗的物理概念以及計算曲線和三相短路電流的實用計算。66.第七章對稱分量法及其在不對稱短路