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,iiZ,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,