电力系统暂态稳定性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统分析,(II),Huazhong,University of,Science and Technology,石东源,dongyuanshi,2011-2012,学年度第二学期,2012.2.212012.4.17,暂态稳定分析计算的基本假设,简单电力系统暂态稳定的分析计算,各种运行情况下的功率特性,大扰动后的转子的相对运动,等面积定则，极限切除角，暂态稳定性极值比较法,发电机转子运动方程的数值解法,复杂电力系统暂态稳定的分析计算,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,电力系统异步运行的概念,Huazhong,University of,Science and Technology,CH17,电力系统暂态稳定性,大扰动形式（扰动性质已知，可定量）,大容量负荷投切,发电机、线路、变压器等投切,短路故障,机电暂态过程特点,电磁暂态过程：,运行变量快速变化，电压电流磁链的非周期分量，,ms,级；,机械暂态过程：,运行变量慢速变化，功角转速等，转子运动方程，秒级；,暂态稳定分析：,考虑发电机转子运动的机电相互作用，关注功角随时间变化,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,引言及基本假设,是否,同步运行,转子,机械运动,发电机的惯性时间常数,为,510,秒，扰动后转矩失去平衡,电力系统的动态过程非常复杂：,包括电磁暂态、机械暂态以及原动机调速器、发电机励磁调节器等调节设备的暂态过程。,只需,计,及对转子机械暂态影响,大的,动态因素,快得多的过程：忽略动态过程，只考虑静态结果,慢得多的过程：恒定,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,引言及基本假设,假设,1,：,忽略发电机定子及电网中的电磁暂态过程,(,忽略非周期分量,),，忽略转子电流的周期分量,理由：,(1),定子及电网的电磁暂态过程很快，百分之几秒,(2),非周期分量产生空间静止磁场，作用于转子上的电磁力的空间方向是快速突变的，对转子运动影响不大,结果：,I,f,I,a,I,n,V,P,e,可以突变,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,引言及基本假设,假设,2,：,不计零序和负序电流对转子运动的影响,(,发生不对称故障时,),，只考虑基波正序分量，电力网可以用正序增广网络表示,零序理由：,(1)主变/Y接线,零序不过发电机,(2)如果有,I,0,，三相绕组空间对称分布，零序合成气隙磁场为0,负序理由：,(1)合成电枢反应磁场反向旋转,倍频交变力矩,平均值接近于0，对转子运动总趋势影响小,(2),转子机械惯性大,I,2,对转子运动的瞬时速度影响也很小,T-1,V,G,T-2,V,G,L,P,V,+,jQ,V,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,引言及基本假设,假设,3,：,忽略暂态过程中发电机的附加损耗。附加损耗对转子的加速运行有一定的制动作应，但数值不大。,忽略之使计算结果略偏保守。,假设,4,：,不考虑频率变化对系统参数的影响。一般暂态过程中，发电机转速偏离同步转速不多。,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,近似计算中的简化,E,q,恒定：,大扰动后的暂态过程中，,E,q,会随着励磁绕组自由电流的衰减而减小，但,T,d,为秒数量级,强行励磁的作用,E,q,和,E,差别不大,E,恒定,发电机采用,E,+,X,d,模型,不考虑原动机调速器的作用,P,T,恒定,17.1,暂态稳定分析计算的基本假设,近似计算中的简化,E,q,和,E,差别不大,E,恒定,发电机采用,E,+,X,d,模型,失稳,稳定,临界情况,17.2,简单电力系统暂态稳定的分析计算,各种运行情况下的功率特性,发电机采用暂态电抗的暂态电势表示；,不考虑原动机调速器的作用,正常运行：,发生短路故障：,切除故障线路：,17.2,简单电力系统暂态稳定的分析计算,各种运行情况下的功率特性,发电机采用暂态电抗的暂态电势表示；,不考虑原动机调速器的作用,稳定条件：,1,）存在新的平衡点；,2,）摇摆不超过不稳定平衡点，,临界角,cr,17.2,简单电力系统暂态稳定的分析计算,大扰动后的定性分析,17.2,简单电力系统暂态稳定的分析计算,等面积定则,（忽略振荡中的能耗）,1,）,功率特性曲线上，功角从,0,c,变化时，,P,T,与,P,e,之间的面积正比于转子动能的变化量。,P,T,与,P,e,之间，与积分区间,形成的面积,17.2,简单电力系统暂态稳定的分析计算,等面积定则,（忽略振荡中的能耗）,2,）,加速面积与减速面积,P,T,P,e,，加速面积,，过剩转矩所作的功转化为转子的动能，对应面积,A,abce,P,T,180,）。,17.4,复杂电力系统暂态稳定的分析计算,复杂电力系统暂态稳定的近似计算,经典模型,用改进欧拉法求解,17.4,复杂电力系统暂态稳定的分析计算,复杂电力系统暂态稳定判据,1,）绝对角不能用来判断稳定与否，所有,单调上升或下降，只表示系统中发电机的转速高于或低于同步转速，不是表示失步,2,）相对角才是同步的表征,3,）稳定判据：,相对角中只要有一个随时间呈单调变化（超过,180,）,unstable,所有相对角经过振荡后都能稳定在某一值,stable,第一摇摆周期,stable,G1,unstable,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,复杂电力系统暂态稳定的近似计算,经典模型,发电机用暂态电抗,X,d,后的暂态电势,E,表示,负荷用恒定阻抗表示（,忽略负荷状态的变化,）,P,Ti,=,常数（,不计原动机的调节作用,）,Y,NN,计算初始潮流，确定各发电机电势、功角、电磁功率等变量的初值；,确定系统扰动发生时刻（故障时刻、故障切除时刻、重合闸时刻，等），计算各种状态下的,Z,ii,&,Z,ij,；,采用分段计算法,/,改进欧拉法计算各发电机功角随时间变化的曲线；,稳定性判据：发电机之间功角差变化趋势，（,工程计算判据：,180,）。,如果发电机不是采用经典模型？,问题,1,：如何计算各种网络状态下的系统所有发电机的电磁功率,建立网络方程,I,=,Y,N,V,；,Y,N,只包括网络元件，不包括发电机电抗和负荷,选取空间同步旋转的参考坐标系,XY,，将网络方程写为实数方程,2n,个方程，,4n,个变量：各节点电压电流,分别,按照发电机节点、负荷节点、中间节点列写节点电压与节点注入电流之间关系的边界条件,（,2n,个）,综合边界条件，求解网络方程，计算各发电机机端电压电流,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,Y,N,中间（浮游）节点,：无发电机和负荷接入，注入电流为零,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,建立网络方程,I=Y,N,V,；,Y,N,只包括网络元件，不包括发电机电抗和负荷,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,负荷节点,：负荷采用恒定阻抗模型,Y,N,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,q,模型,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,两者不能直接连接，取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,q,模型,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,q,模型,G,x,G,y,B,x,B,y,C,x,C,y,均,为,的,函,数,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,发电机模型与网络方程的连接,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,q,模型,+,(,i,=1,2,n),计算注入电流,用,G,x,G,y,B,x,B,y,修正发电机节点的自导纳二阶子矩阵,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,Y,N,中间（浮游）,节点,负荷,节点,发电机,节点,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,发电机,节点,交替求解方法：,求解微分方程，计算发电机功角,G,x,G,y,B,x,B,y,C,x,C,y,等系数 发电机的,I,x,I,y,解代数方程,I=YV,得到,V,x,V,y,计算发电机电磁功率,P,e,中间（浮游）,节点,负荷,节点,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,交替求解方法：,求解微分方程，计算发电机功角,G,x,G,y,B,x,B,y,C,x,C,y,等系数 发电机的,I,x,I,y,解代数方程,I=YV,得到,V,x,V,y,计算发电机电磁功率,P,e,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,模型,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,两者不能直接连接，取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用,E,模型,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,仅,C,x,C,y,为,的,函,数,取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,问题,2,：如何综合各节点边界条件，建立网络方程，计算各发电机机端电压电流,发电机定子电压方程：采用经典模型,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,仅,C,x,C,y,为,的,函,数,取同步旋转的参考轴与,x,轴重合,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,励磁绕组的电磁暂态微分方程,三阶模型,+,纵,/,横轴阻尼绕组微分方程,五阶模型,励磁绕组的总磁链,电枢反应电抗,空载电势强制分量,问题,3,：如何考虑更精确地发电机方程式,用于暂态稳定计算的发电机三阶模型,交替求解方法,求解微分方程，计算发电机功角和暂态电势,解代数方程，计算发电机电磁功率,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,问题,3,：如何考虑更精确地发电机方程式,用于暂态稳定计算的发电机三阶模型,Y,N,发电机五阶模型,忽略定子绕组暂态；,用暂态和次暂态电势表示转子绕组方程；,转子运动方程,2,阶，发电机转子绕组方程,3,阶,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,问题,3,：如何考虑更精确地发电机方程式,用于暂态稳定计算的发电机五阶模型,Y,N,17.5,暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型,问题,3,：如何考虑更精确地发电机方程式,用于暂态稳定计算的发电机五阶模型,Y,N,本章小结,Huazhong,University of,Science and Technology,暂态稳定的判别依据是并列运行发电机转子之间的相对位置角（相对功角）在扰动发生后随时间变化的趋势，为此需求解转子运动方程式；,由于发电机转子运动具有机械惯性，暂态稳定计算时常采用简化假设，忽略对转子运动影响不大的快速变化过程，要理解各种简化假设条件成立的原因；,等面积定则可用于简单电力系统暂态稳定性的分析，该方法具有物理概念明确的优点，但是对于,3,机及以上的多机系统，该方法难以应用；,基于等面积定则的简单电力系统暂态稳定性极值判别法，包括转子运动方程的数值解法，是本科课程要求掌握的基本内容，学生应能做到熟练应用；,本章小结,Huazhong,University of,Science and Technology,复杂电力系统暂态稳定的实用计算中，将发电机微分方程与网络方程分开交替求解，这样网络结构变化时可以方便地修改系统参数，同时可以考虑任意详细的发电机和负荷模型，易于编程实现；,网络方程是只考虑系统工频正序电压电流数学关系的代数方程，相应地，发电机,Park,中，定子绕组电压方程忽略变压器电势，也为代数方程,暂态稳定计算中常用的发电机数学模型包括经典模型、三阶模型、五阶模型，应理解其微分方程阶数的物理涵义；,要注意发电机方程按照自身,dq0,坐标系列写和求解，网络方程以全网统一的同步旋转坐标系列写，发电机定子电压方程需作坐标变换后方可与网络方程联立求解（教材称为发电机数学模型与网络方程的接口）；,习题,Huazhong,University of,Science and Technology,Ex 17-1,，,17-2,，,17-6,To be continued,Huazhong,University of,Science and Technology,