第八章-电力系统稳定性.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,*,第一节 稳定性的基本概念,第二节 电力系统静态稳定性分析,第三节 提高静态稳定性的措施,第四节 电力系统暂态稳定性分析,第五节 提高暂态稳定性的措施,第六节 电力系统振荡,第八章 电力系统稳定性,教学要求,1.,了解,电力系统稳定性的基本概念。,返回,2.,理解,简单电力系统的功角特性、静态稳定性分析,及电压稳定性。,3.,熟悉,提高静态稳定性的常用措施。,4.,理解,暂态稳定的概念及稳定性分析。,5.,熟悉,提高暂态稳定性的措施。,6.,了解,电力系统的振荡。,第一节 稳定性的基本概念,电力系统稳定性主要是,研究同步发电机组的稳定性,。,按扰动大小分类：静态稳定性和暂态稳定性。,电力系统稳定性：电力系统在受到一定的扰动后,能,否继续运行,的能力,。,小扰动引起,大扰动引起,第二节 电力系统静态稳定性分析,电力系统静态稳定性,：系统受到小的扰动（如短时的负荷波动等）后能自动恢复到原来稳定运行状态的能力。,一、简单电力系统的功角特性,(b),X,G,X,T1,X,L,X,L,X,T2,图81 单机无限大系统的等值电路及相量图,(a)接线图；(b)等值电路；(c)简化等值电路图；(d)相量图,(a),L,T1,T2,G,P,0,P,E,=恒定,P,T,(c),X,(d),假设系统,容量无限大,(b),X,G,X,T1,X,L,X,L,X,T2,(a),L,T1,T2,G,P,0,P,E,=恒定,P,T,(c),X,(d),原动机输入的,机械功率,发电机输出的,电磁功率,发电机输送到受端的,功率,功率角,功率,因数角,(b),X,G,X,T1,X,L,X,L,X,T2,(a),L,T1,T2,G,P,0,P,E,=恒定,P,T,(c),X,(d),发电机向受端系统的传输功率为：,图示简单,系统的,功角特性,极限,传输功率,二、静态稳定性分析,当E、U,及X,不,变时,可作出,功角特性曲线,正弦曲线,下面分析在a、,b两,点运行时受到微小扰动后的情况,1.静态稳定的分析,扰动使,如图8-3(a)中实线1所示。,如图8-3(a)中虚线2所示。,图8-2 发电机的功角特性,(a)发电机电磁功率特性；(b)发电机的功角,a,P,m,a,P,0,=,P,T,0,P,b,b,(a),(b),0,磁链,发电机转子,设P,T,不变,发电机减速,0,(,0,为同步转速),发电机加速,0,认为系统,容量无限大,，,图8-3 不同运行点的功角变化特性,4,3,(a),2,1,t,a,b,0,图8-2 发电机的功角特性,(a)发电机电磁功率特性；(b)发电机的功角,a,P,m,a,P,0,=,P,T,0,P,b,b,(a),(b),0,磁链,发电机转子,在曲线oc段，,系统可稳定的,c,oc段有：,系统静态,稳定,的判据,整步,功率,系数,图8-2 发电机的功角特性,(a)发电机电磁功率特性；(b)发电机的功角,a,P,m,a,P,0,=,P,T,0,P,b,b,(a),(b),0,磁链,发电机转子,2.静态不稳定的分析,扰动使,发电机加速,功角,将进一步增大,功角增大使电磁功率又,发电机将不再回到,b,点运行,如图8-3（a）中实线4 所示,进一步减小,图8-3 不同运行点的功角变化特性,4,3,(a),2,1,t,a,b,0,图8-2 发电机的功角特性,(a)发电机电磁功率特性；(b)发电机的功角,a,P,m,a,P,0,=,P,T,0,P,b,b,(a),(b),0,磁链,发电机转子,发电机减速,减小，趋向运行点,a,最后在稳定平衡点,a,运行，再也回不到,b,点,如图8-3（a）中的虚线3所示。,图8-2 发电机的功角特性,(a)发电机电磁功率特性；(b)发电机的功角,a,P,m,a,P,0,=,P,T,0,P,b,b,(a),(b),0,磁链,发电机转子,CD段是,不稳定运行段,CD段有：,系统不稳定运行,的标志,C,D,当,90时，,，这是,发电机稳定运行的范围。,某运行方式下,实际的输送功率,正常运行方式和正常检修运行方式下：,K,P,%15%20%,；,事故运行方式和特殊运行方式下，,K,P,%10%,。,必须具有,足够的静态稳定储备,静态稳定储备系数,:,三、电压稳定性,(b),X,G,X,T1,X,L,X,L,X,T2,(a),L,T1,T2,G,P,0,P,E,=恒定,P,T,(c),X,(d),发电机的无功-电压特性,电 网,负荷,Q,0,c,b,U,a,Q,Q,Q,G,Q,LD,U,U,cr,E,q,X,d,X,G,U,a,U,(a),图8-4 电源和负荷的无功电压特性,(a)系统接线示意图；(b)无功功率特性,(b),U,b,不稳定,运行点,稳定,运行点,负荷无功-电压,静态特性,中枢点,无功-电压特性,电 网,负荷,Q,0,c,b,U,a,Q,Q,Q,G,Q,LD,U,U,cr,E,q,X,d,X,G,U,a,U,(a),图8-4 电源和负荷的无功电压特性,(a)系统接线示意图；(b)无功功率特性,(b),U,b,不稳定,运行点,稳定,运行点,电压的静态稳定判据为：,电 网,负荷,Q,0,c,b,U,a,Q,Q,Q,G,Q,LD,U,U,cr,E,q,X,d,X,G,U,a,U,(a),图8-4 电源和负荷的无功电压特性,(a)系统接线示意图；(b)无功功率特性,(b),U,b,不稳定,运行点,稳定,运行点,发电机电动势降低后,的无功-电压特性,临界电压,电 网,负荷,Q,0,c,b,U,a,Q,Q,Q,G,Q,LD,U,U,cr,E,q,X,d,X,G,U,a,U,(a),图8-4 电源和负荷的无功电压特性,(a)系统接线示意图；(b)无功功率特性,(b),U,b,不稳定,运行点,稳定,运行点,当Q,G,-U降低后，系统的电压静态稳定性,变差,电压静态稳定储备系数,为：,正常,运行电压,正常运行方式和正常检修运行方式下,K,U,%10%15%,；,事故后运行方式和特殊运行方式下，,K,U,%8%,。,第三节 提高静态稳定性的措施,一定量时,系统越,稳定,即,输出更多的,有功功率,维持系统,一定稳定性,下,具体措施为：,一、减小系统电抗,X,采用分裂导线,普通导线,的线路电抗,分裂导线,的线路电抗,分裂导线的等值半径，,大于普通导线的计算半径,r,分裂,次数,首先要解决的是补偿度问题。串联电容器补偿度,一般讲，愈大，电力线路补偿后的总电抗愈小，对提高静态稳定性愈有利。但 受以下条件限制，不可能无限制增大。,（1）短路电流不能过大。,（2）过大时()，短路电流呈容性，这时电流、,电压相位关系的紊乱将引起某些保护装置的误动作。,（3）过大时，电力系统中可能出现低频的自发振荡现象。,（4）过大将会出现同步发电机的自励磁现象。,考虑以上限制条件，串联电容器的补偿度一般以小于0.5为宜。,采用串联电容补偿,改善系统结构及设置中间补偿设备,二、提高系统电压,U,提高系统电压包括提高,系统运行电压,和提高,电压等级,两个方面。,要求系统,有足够的,无功功率备用容量,（1）增加电力线路的回路数,（2）加强电力线路两端系统各自内部的联系,系统间联系电,抗电抗减小。,（3）在电力系统中间接入中间调相机或接入中间电力系统。,三、提高发电机电势,E,采用,自动励磁,调节装置,来实现,不同E,q,的发电机功角特性,图8-5 自动调节励磁装置对系统静稳定的影响,(a)等值电路；(b)发电机Eq变化；(c)功角特性,(a),X,C,X,d,(b),d,e,c,b,E,q,0,E,q(b),E,q(c),E,q(e),e,d,c,E,q(d),E,q(a),b,a,e,d,c,b,U,G,a,U,G,m,A,(c),B,人工稳定区,90,C,U,G,=定值,P,自然稳定区,0,c,d,m,e,a,b,G,P,SL,E,D,F,b,c,d,图8-5 自动调节励磁装置对系统静稳定的影响,(a)等值电路；(b)发电机Eq变化；(c)功角特性,(a),X,C,X,d,(b),d,e,c,b,E,q,0,E,q(b),E,q(c),E,q(e),e,d,c,E,q(d),E,q(a),b,a,e,d,c,b,U,G,a,U,G,m,A,(c),B,人工稳定区,90,C,U,G,=定值,P,自然稳定区,0,c,d,m,e,a,b,G,P,SL,E,D,F,b,c,d,励磁调节过程,不连续，,有一个的,失灵区,传输功率的最大值,仍由,=90确定,提高发电机电动势后的,功率极限,若失灵区很小,，发电机将按此特性曲线运行,第四节 电力系统暂态稳定性分析,暂态稳定性,是指系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力。,发电机,转子运动方程,为：,原动机,输入的机械功率,转子,惯性时间常数,发电机,输出的电磁功率,当P,T,P,E,，转子,加速,；当P,T,P,E,，转子,减速,。,二、分析暂态稳定的基本假设,（1）在暂态稳定分析计算中，认为,网络的频率,仍为同步频率。,（2）网络中发生突然短路后，忽略短路电流中的,直流分量,。,（3）当大扰动为不对称短路时，在转子运动方程中的只计及,正序分量的电磁功率,。,三、暂态稳定分析,图8-6 简单电力系统不同运行方式下的等值电路,(a)正常运行()；(b)故障方式()；(c)故障切除后方式(),L,X,T2,X,L,f,X,T1,T,1,(a),(c),X,L,X,T1,X,T2,T,2,X,L,X,T1,X,L,X,(n),X,T2,X,E,(b),X,U,X,L,以f点发生,不对称短路故障,为例,设系统,容量无限大,图8-6 简单电力系统不同运行方式下的等值电路,(a)正常运行()；(b)故障方式()；(c)故障切除后方式(),L,X,T2,X,L,f,X,T1,T,1,(a),(c),X,L,X,T1,X,T2,T,2,X,L,X,T1,X,L,X,(n),X,T2,X,E,(b),X,U,X,L,正常运行,时：,图8-6 简单电力系统不同运行方式下的等值电路,(a)正常运行()；(b)故障方式()；(c)故障切除后方式(),L,X,T2,X,L,f,X,T1,T,1,(a),(c),X,L,X,T1,X,T2,T,2,X,L,X,T1,X,L,X,X,T2,X,E,(b),X,U,X,L,应用了,正序增广网络,的概念,Y-,变换,故障期间,：,三相短路时，,X,=0，P,=0,图8-6 简单电力系统不同运行方式下的等值电路,(a)正常运行()；(b)故障方式()；(c)故障切除后方式(),L,X,T2,X,L,f,X,T1,T,1,(a),(c),X,L,X,T1,X,T2,T,2,X,L,X,T1,X,L,X,X,T2,X,E,(b),X,U,X,L,故障切除,之后,故障切除,之后,h,图87 简单系统正常运行、故障和故障切除后的,功角特性曲线,O,k,m,P,T,=,P,0,g,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,k,k,k,m,m,f,0,0,o,c,t,c,k,k,k,k,t,图88 振荡过程摇摆曲线,t=,0,c,正常运行于,a,点，P,T,=P,0,突然,发生故障，a b，P,T,P,b,转子,加速,加大,，b c,故障切除,，c e，P,T,P,e,转子,减速,，但,c,0,继续,加大,，到f点，,f,=,0,，,P,T,P,f,转子,继续减速,，,开始减小,，f e k,P,T,=P,k,k,0,继续减小,，越过k点，P,T,转子电磁功率，,，见图8-8。,(b),0,磁链,发电机转子,h,图89 故障切除时间过晚的情形,O,P,T,=,P,0,c,d,e,h,b,c,P,0,a,P,P,P,h,0,0,o,c,t,c,h,t,图810 失步过程摇摆曲线,t=,0,c,h,故障切除,过晚时,发电机与系统之间,失去同步,h,图89 故障切除时间过晚的情形,O,P,T,=,P,0,c,d,e,h,b,c,P,0,a,P,P,P,h,0,0,o,c,t,c,h,t,图810 失步过程摇摆曲线,t=,0,c,h,要使系统稳定，在h点之前，,发电机应减速时至同步速度,四、等面积定则,转子,减速,转子,加速,h,O,k,m,P,T,=,P,0,g,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,转子,减速,转子,加速,h,O,k,m,P,T,=,P,0,g,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,当：,转子角速度恢复到同步速度，,不再增加,。,等面积,定则,故障切除角,c,大于,cm,，系统,将失去同步,h,O,k,m,P,T,=,P,0,g,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,极限情况是正好达到,h,点使转子恢复同步速度,，这时的故障切除角度称为,极限切除角,cm,。,故障切除角,c,小于,cm,，系统,将是稳定的,h,O,k,m,P,T,=,P,0,g,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,极限切除时间,t,cm,：与极限切除角,cm,对应的故障切除时间。,故障切除时间t,c,大于,t,cm,，系统,将失去同步,故障切除时间t,c,小于,t,cm,，系统,将是稳定的,计算略,第五节 提高暂态稳定性的措施,设法减小加速面积，增大最大可能的减速面积。,一、快速切除故障和自动重合闸装置的应用,1.快速切除故障,2.采用自动重合闸装置,L,X,T2,X,L,f,X,T1,T,1,(a),(c),X,L,X,T1,X,T2,T,2,X,L,恒定,=,U,&,h,O,k,m,P,0,i,c,d,f,e,h,b,c,P,0,a,g,P,P,P,m,R,P,T,自动重合闸后，转移阻抗,又恢复到图（a）的大小,自动重合闸成功,二、提高发电机功率特性、消耗或输出发电机的过剩功率,1.采用强行励磁,提高系统的暂态稳定性。,2.电气制动,利用电阻消耗发电机的部分功率,3.变压器中性点经小电阻接地,零序电流通过该电阻时消耗功率,4.交直流并联输电,整流器,逆变器,直流线路,交流线路,G,T,2,T,1,图8-12 交直流并联输电系统,当交流线路上,发生故障,时，控制可控硅整流器和逆变器系统，通过,直流线路,很快,向受端系统,输送功率,。,三、减少原动机的输入功率,P,T,1.采用快速调速系统,h,图8-13 快速关闭汽门对暂态稳定的影响,O,k,P,T,c,d,e,h,b,c,P,0,a,k,P,P,P,关闭,汽门,水轮机,一般不采用快速关闭进水阀门的方法,2.采用连锁切机,图8-14 切机对提高暂态稳定性的作用,(a)不切机；(b)切除一台发电机（,P,变为 ）,(a),f,d,P,b,e,(a),P,c,a,P,P,T,P,0,f,c,P,(b),c,f,0,d,b,P,f,P,P,T,a,e,c,P,切除发电机，,剩余发电机的等值电抗,有所增大,