工学电力系统稳定性分析.pptx

电力系统分析机械出版社朱一纶主编第第9章章 电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析 电力系统稳定性分析是研究电力系统在受到电力系统稳定性分析是研究电力系统在受到扰动后，凭借系统本身因有的能力和控制设扰动后，凭借系统本身因有的能力和控制设备的作用，是否可能回复到原始稳态运行方备的作用，是否可能回复到原始稳态运行方式，或者达到新的稳态运行方式。式，或者达到新的稳态运行方式。电力系统稳定性电力系统稳定性 频率稳定频率稳定 电压稳定电压稳定 功角稳定功角稳定 本章讨论本章讨论 9.1 电力系统稳定性概述电力系统稳定性概述 1.功角稳定性2001年我国电网运行与控制标准化技术委员会提出的电力系统安全稳定导则把同步发电机转子的功角稳定性分为三类：1）静态稳定-电力系统受到小的干扰（这里的小干扰是指一般指正常的负荷和参数变动，不发生非周期的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。9.1 电力系统稳定性概述电力系统稳定性概述暂态稳定-电力系统受到大的干扰（这里的大扰动后，各同步发电机保持同步运行，并过渡到新的稳态运行方式或恢复到原来稳态运行方式的能力。动态稳定-电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置作用下，保持长过程运行稳定性的能力。（即不发生因振幅不断增大的的振荡而失步）。9.2 电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定 电力系统静态稳定分析的任务是：校验电力系统在某一运行方式下是不是静态稳定的，求出静态稳定性的判据，并判断电力系统在哪些可能的运行方式下是静态稳定的，分析当电力系统出现小干扰后对电力系统静态稳定性有什么影响。9.2.1 静态稳定的基本概念静态稳定的基本概念 不稳定稳定9.2.1 静态稳定的基本概念静态稳定的基本概念简单的电力系统 一台发电机G通过升压变压器T1，输电线路L，再经过变压器T2，接入到相当于电力系统的无限大容量电源的母线上。9.2.1 静态稳定的基本概念静态稳定的基本概念对发电机而言，在不考虑自动调速系统时，发电机G的电动势也是恒定不变的，所以可以画出发电机运行时电力系统的相量图。功率角（功角）9.2.1 静态稳定的基本概念静态稳定的基本概念发电机功率与功率角之间的关系功角特性曲线 标量关系有：发电机的功率方程式为 9.2.1 静态稳定的基本概念静态稳定的基本概念发电机功率与功率角之间的关系功角特性曲线 在a点，当系统受到微小干扰时都能自行恢复到原始的平衡状态，所以系统是静态稳定的。在b点，电力系统是处于不稳定的平衡，是静态不稳定的。PTPE,发电机的转子减速，减小 9.2.2 静态稳定实用判据静态稳定实用判据 简单系统的静态稳定的条件：功率极限角 关于 讨论：1）静态稳定极限角 2）对于各种实际的发电机，3）为了保证电力系统安全可靠运行，要求留有一定的静态稳定储备。9.2.2 静态稳定实用判据静态稳定实用判据通常用静态稳定功率储备系数KP来表示发电机的静态稳定性，一般定义KP（用百分数表示）：根据我国现行的电力系统安全稳定导则规定，系统正常运行时，KP应不小于15%到20%，事故后的运行方式下KP不应小于10%。例例9-1 对图9-5所示的简单电力系统，以发电机的额定功率、额定电压为基准，如果在发电机机端电压为1.05时发电机向系统输送功率为P*=0.8，试计算此时系统的静态稳定储备系数。例例9-1解：1）先求出UG*的相位角 书上公式写错求出：计算没错2）计算电流:例例9-13）发电机的空载电动势：4）求出极限功率标幺值 5）静态稳定功率储备系数KP：例例9-2 一台发电机向电力系统送电，已知升压变压器高压母线处的电压标幺值UT*=1.0，送出功率为P*=1.0，求US、Pmax*、KP。例例9-2解：令由P*=1.0，1）求得因忽略电阻,可求出 例例9-22）求出发电机的空载电动势 3）在S点输出的极限功率标幺值 4）静态稳定功率储备系数KP：9.2.3 励磁调节对静态稳定性的影响励磁调节对静态稳定性的影响 1.无调节励磁时发电机机端电压的变化无调节励磁时发电机机端电压的变化 发电机端电压的端点位于电压降 上，位置按阻抗的比值确定。因为EG是常数，所以随着 向功角 增大的方向转动，也随着转动，且其模（数值）UG变小。9.2.3 励磁调节对静态稳定性的影响励磁调节对静态稳定性的影响2.自动励磁调节对功率特性的影响自动励磁调节对功率特性的影响 发电机装设自动调节器后，当功角 增大、UG下降时，自动励磁调节器将增大励磁电流，使发电机电动势EG增大。*9.2.4 静态稳定的分析方法静态稳定的分析方法 对于有3台以上发电机的电力系统，一般不能得到稳定性判据的关系式，只能求得特征方程各根的数值解，用以判断该运行方式是否静态稳定。复杂电力系统的稳定性分析一般要借助计算机进行分析，有相应的软件，这里不再讨论。9.3 电力系统的暂态稳定电力系统的暂态稳定 9.3.1 暂态稳定的基本概念受到较大的干扰后，以下两种情况都认为具有暂态稳定性。9.3.1 暂态稳定的基本概念暂态稳定的基本概念同理电力系统在某一运行方式下，受到外界较大的干扰后，经过一个机电暂态过程，系统能过渡到新的稳态运行方式或恢复到原来稳态运行方式，仍保持各发电机间的同步运行，则认为该电力系统是暂态稳定的。9.3.1 暂态稳定的基本概念暂态稳定的基本概念暂态稳定性与干扰的方式有关，常见的干扰有三种基本形式：1）电力系统的结构或参数突然发生变化。2）突然增加或突然减少发电机的出力（即输出功率）。3）突然间增加或减少大量负荷。9.3.1 暂态稳定的基本概念暂态稳定的基本概念设一回输电线路由于某种原因在线路两侧断开，则系统的总等效电抗发生突变，总电抗增加：反复振荡，并由于系统的阻尼作用，最后到达稳态平衡点c。这种情况下电力系统是暂态稳定的暂态稳定的。a b c d c 功角速度=0功角加速度=09.3.1 暂态稳定的基本概念暂态稳定的基本概念临界角 如果到达临界角（对应于C点）时，还未降到零，这种情况下电力系统是暂态不稳定的 9.3.2 简单电力系统暂态稳定的分析简单电力系统暂态稳定的分析 XIXIIIXII 短路切除故障线路9.3.2 简单电力系统暂态稳定的分析简单电力系统暂态稳定的分析分析：a b c d f d k最后位于k点。短路切除故障功角速度=0振荡9.3.3 等面积定则等面积定则 加速面积abcea减速面积edfhe加速面积与减速面积大小相等，这就是等面积定则。可以根据等面积定则判断暂态过程的振荡范围。切除角9.3.4 极限切除角极限切除角 极限切除角加速面积=最大减速面积最大可能的减速面积大于加速面积是保持暂态稳定的必要条件。根据等面积定则就可以确定系统暂态稳定的临界条件（或称极限条件）。例例9-3一简单电力系统如图，并知其线路的零序等值电抗是正序电抗的4倍，设在输电线路的某一回路的始端发生两相接地短路，为保持电力系统暂态稳定，试计算其极限切除角 例例9-3解：1）计算正常运行时的功角特性曲线例例9-32）在k 点出现两相接地短路故障，求故障后的功率特性 例例9-33）排除故障后的等效电路 例例9-34）求出极限切除角 极限切除角9.4 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施 9.4.1 提高稳定性的一般原则提高稳定性的一般原则 1尽可能提高电力系统的功率极限PEmax。2抑制电力系统自发振荡的发生。3.尽可能减小发电机相对运动的振荡幅度。9.4 提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施提高电力系统稳定性的措施可以归成以下二类：1.改善电力系统的元件的特性和参数 2.改善电力系统结构及其运行条件9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数改善电力系统元件的特性和参数 1.原动机及其调节系统改善原动机的调速系统可以加快调节原动机的输入功率。9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数改善电力系统元件的特性和参数2.发电机及其励磁系统 一般发电机主要是用自动励磁调节器来提高电力系统的功率极限，如图9-18所示，当采用按运行参数的变化率自动调节励磁时，可以维持发电机的机端电压近似为常数，相当于使发电机的电抗趋于零，起到提高电力系统静态稳定性的作用。很多现代的自动调节器还能有效地抑制自发振荡、更好地维持电压。9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数改善电力系统元件的特性和参数3.变压器1）尽量减小变压器的电抗 2）变压器中性点经小阻抗接地 中性点经小阻抗接地时，其短路附加阻抗ZA（忽略电阻时，约等于XA）增大，因而导致短路后的等值电抗XII减小，电磁功率PII的幅值增大，加速面积减小，有利于暂态稳定。9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数改善电力系统元件的特性和参数4.输电线路 1）提高输电线路的电压 2）采用分裂导线 3）采用串联电容补偿 9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数改善电力系统元件的特性和参数5.开关等附加设备 1）输电线路设置开关站 2）发电机采用电气制动 9.4.3 改善电力系统运行条件和参数改善电力系统运行条件和参数 1.合理选择电力网结构 2.切除部分发电机及部分负荷 3.采用中间补偿设备 4.快速切除故障 9.4.3 改善电力系统运行条件和参数改善电力系统运行条件和参数5.自动重合闸自动重合闸装置是指在发生故障的线路上，先断开线路，经过一段时间，约23秒后再自动重新合上断路器，如果故障消失则重合闸成功。如果故障没有消失，就再次断开。9.4.3 改善电力系统运行条件和参数改善电力系统运行条件和参数5.自动重合闸 自动重合闸增大减速面积9.4.3 改善电力系统运行条件和参数改善电力系统运行条件和参数6.采用高压直流输电 由于直流输电的电压及传输功率，与两端系统的频率无关，所以通过直流输电相联系的两大系统间，不存在同步并列运行的稳定性问题。此外还可以利用直流输电的快速调控能力来提高交流系统的稳定性。9.4.4 防止系统失去稳定的措施防止系统失去稳定的措施 最后的应急措施：1.设置解列点。2.允许短时间异步运行并采取措施实现再同步。第9章 结束