6電力系統(tǒng)暫態(tài)分析(第六章)PPT(王)

1、第二篇第二篇 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程分析電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程分析 （電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性）（電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性） 第六章第六章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題概述電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題概述 和各元件機(jī)電特性和各元件機(jī)電特性 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程主要是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程主要是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下 受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀 態(tài)或者過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的問題。態(tài)或者過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的

2、問題。 t t0 反之，若系統(tǒng)不能回到反之，若系統(tǒng)不能回到 原來的運行狀態(tài)或者不能建原來的運行狀態(tài)或者不能建 立一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，立一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)， 則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有 一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不 斷增大或振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)斷增大或振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn) 定的。定的。 如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。 F F (a)穩(wěn)定平衡點穩(wěn)定平衡點 N N mgmg F F (b)(b)不穩(wěn)定平衡點不穩(wěn)定平衡點 N N mgmg F F (c)隨動平衡隨動平衡 N N mgmg 穩(wěn)定與平衡

3、穩(wěn)定與平衡 物理的概念物理的概念 2 2、穩(wěn)定與否與、穩(wěn)定與否與 干擾干擾 的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。 1 1、穩(wěn)定性必然與、穩(wěn)定性必然與平衡點平衡點相聯(lián)系平衡點穩(wěn)定性；相聯(lián)系平衡點穩(wěn)定性； 平衡狀態(tài)或平衡狀態(tài)或 穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 穩(wěn)定的概念穩(wěn)定的概念 簡單系統(tǒng)（單機(jī)無窮大系統(tǒng)）簡單系統(tǒng)（單機(jī)無窮大系統(tǒng)） U=U=常數(shù)常數(shù) 等值電路等值電路 q E d jx 1T jx L jx 2T jx 0UU 相量圖相量圖 I U q q I I q q q 當(dāng)當(dāng)角變化，則電流、各點電角變化，則電流、各點電 壓和功率變化。壓和功率變化。 當(dāng)當(dāng)Eq、U不同步，不同步，角不斷變化，角不斷變化， 則電流、則電流

4、、電壓、功率振蕩。電壓、功率振蕩。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類: : 按按干擾的大小干擾的大小分：分： 1 1、靜態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定（Static Stability)Static Stability)：小干擾（理論上為無窮?。盒「蓴_（理論上為無窮小 干擾）后能否回到平衡點；干擾）后能否回到平衡點； 2 2、暫態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定（Transient Stability)Transient Stability)：大干擾后能否回到平：大干擾后能否回到平 衡點或新的可接受的平衡點，如可以稱為暫態(tài)穩(wěn)定，否則稱為衡點或新的可接受的平衡點，如可以稱為暫態(tài)穩(wěn)定，否則稱為 暫態(tài)不穩(wěn)定。一般指第一、第

5、二周期不出現(xiàn)失步；暫態(tài)不穩(wěn)定。一般指第一、第二周期不出現(xiàn)失步； 3 3、動態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定（Dynamic Stability)Dynamic Stability)：電力系統(tǒng)受到干擾后，：電力系統(tǒng)受到干擾后， 不發(fā)生振幅不斷增長的振蕩而失步不發(fā)生振幅不斷增長的振蕩而失步 。 電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，繼電保護(hù)動作，將會造成大面積停電。電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，繼電保護(hù)動作，將會造成大面積停電。 在干擾（短路、切機(jī)等）影響下，在干擾（短路、切機(jī)等）影響下，Mt=Pt-Pe0,Mt=Pt-Pe0,使得發(fā)電機(jī)使得發(fā)電機(jī) 運行狀態(tài)變化。運行狀態(tài)變化。 研究方法：研究方法： 1 1 靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動控制理論的方法

6、靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動控制理論的方法 微分方程線性化（小干擾法）微分方程線性化（小干擾法） 研究線性微分方程特征根（頻域法）研究線性微分方程特征根（頻域法） 2 2 暫態(tài)穩(wěn)定分析：暫態(tài)穩(wěn)定分析： 非線性微分方程數(shù)值解法（時域法）非線性微分方程數(shù)值解法（時域法） 大干擾下不適合線性化大干擾下不適合線性化 第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性 一轉(zhuǎn)子運動方程一轉(zhuǎn)子運動方程 M dt d JJ J J：轉(zhuǎn)動慣量；轉(zhuǎn)動慣量；：角加速度；角加速度；：機(jī)械角速度；機(jī)械角速度； M M：不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡轉(zhuǎn)矩 2 2 1 ok JW 額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能 M dt dW

7、dt d J k 2 0 2 取轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值取轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值 0 B B S M * 0 0 2 0 2 2 M dt d S W dt d S W B k B k 機(jī)械角速度機(jī)械角速度與電氣角速度與電氣角速度間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： p * 00 22 M dt d S W dt pd pS W B k B k B k J S W T 2 取取 - -慣性時間常數(shù)慣性時間常數(shù) * 0 M dt dTJ 則則 計及計及 0 dt d dt d dt d 2 2 和和 * * * * * * * ET ET ET PP PP MMM 轉(zhuǎn)子運動方程為轉(zhuǎn)子運動方程為 * 2 2 0 ET J PP dt

8、dT 或狀態(tài)方程形式：或狀態(tài)方程形式： 0 dt d )( * 0 ET J PP Tdt d 慣性時間常數(shù)的意義慣性時間常數(shù)的意義 反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性的重要參數(shù)反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性的重要參數(shù) BB k J S J S W T 2 0 2 2 2 0 J Wk TJ是轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的動能的兩倍除以基準(zhǔn)功率是轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的動能的兩倍除以基準(zhǔn)功率 令令 0 B B S M M dt d TM dt d S J S MMMM dt d J JN B B B 0 00 0 取取MT*=1，Me*=0，則則1 M JN JN T dtMdT 0 1 0 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時，如原動機(jī)將一個數(shù)值等于

9、當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時，如原動機(jī)將一個數(shù)值等于MN的恒定轉(zhuǎn)矩的恒定轉(zhuǎn)矩 （MT*1）加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值 時所需的時間。時所需的時間。 在穩(wěn)定計算中，當(dāng)已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率在穩(wěn)定計算中，當(dāng)已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率SB B Ni JNiJi S S TT 幾臺發(fā)電機(jī)合并成一臺等值發(fā)電機(jī)幾臺發(fā)電機(jī)合并成一臺等值發(fā)電機(jī) n i Ji B NnJNnNJNNJN J T S STSTST T 1 2211 二電磁轉(zhuǎn)矩二電磁轉(zhuǎn)矩M ME E和電磁功率和電磁功率P PE E 機(jī)端功率：機(jī)端功率： 00 3iuiuiuiuiuiuP qqddccb

10、baa dqqdqqddqd iiiiiiriri )3()3( 00 2 0 22 1 1電阻消耗的功率電阻消耗的功率 2 2 磁場能量變化釋放的功率磁場能量變化釋放的功率 3 3 經(jīng)氣隙經(jīng)氣隙 傳遞的功率傳遞的功率 電磁功率：電磁功率： qddqE iiP 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： qddq E E ii P M 穩(wěn)定分析中的近似簡化：穩(wěn)定分析中的近似簡化： 1 1因直流分量和負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子繞組的平均轉(zhuǎn)矩為零，所因直流分量和負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子繞組的平均轉(zhuǎn)矩為零，所 以以 不計直流分量（不計定子繞組的暫態(tài)過程）以及其諧波不計直流分量（不計定子繞組的暫態(tài)過程）以及其諧波 不計負(fù)序電流及其諧波不計負(fù)序電

11、流及其諧波 只考慮產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩的正序電流的影響只考慮產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩的正序電流的影響 2 2r r = 0 = 0 （不計定子繞組的暫態(tài)過程，更無必要計及其衰減）不計定子繞組的暫態(tài)過程，更無必要計及其衰減） 3 3 1 1 以上簡化的結(jié)果是：以上簡化的結(jié)果是： 只考慮定子的正序頻電流時，電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩為：只考慮定子的正序頻電流時，電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩為： ddqqEE UIUIMP 簡單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率簡單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率 簡單系統(tǒng)：簡單系統(tǒng)： 一臺同步發(fā)電機(jī)與無限大容量電源組成的系統(tǒng)一臺同步發(fā)電機(jī)與無限大容量電源組成的系統(tǒng) = const TJ= xd xT1xLxT2 xl ldTLTd

12、d xxxxxxx 21 ldTLTdd xxxxxxx 21 1.1.隱極機(jī)的功角特性隱極機(jī)的功角特性 發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)用E Eq q、xd d表示表示 ( 即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化， Eq為常數(shù)）為常數(shù)） dqdqqd ddqq xIUxIU xIUE 0 sin d q d dq q d d d d qq qqddE x UE x UE U x U U x UE IUIUP q 是正弦曲線，極限功率是正弦曲線，極限功率 ，極限功率角，極限功率角 q E P d q sl x UE P 90 sl 發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)用E q、xd表示表示 （不計阻尼時，暫態(tài)

13、電動勢在（不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在 干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用 能保持能保持E q 常數(shù)常數(shù)） ） dqdqqd ddqq xIUxIU xIUE 0 2sin 2 sin dd dd d q qd dd dd d dq q d d d d qq qqddE xx xxU x UE UU xx xx x UE U x U U x UE IUIUP q 是是的函數(shù)，極限功率角的函數(shù)，極限功率角 q E P 90 sl 發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)用 表示表示 d xE , d xI jUE q E q E U I E sincos coss

14、in d E d x UE UIP xIE 其中，其中， )sin)1(sin )( sin 11 d d ddq x x E U E xxI 近似計算中，往往以近似計算中，往往以 代替代替 ，由，由 變化的趨勢反映的變變化的趨勢反映的變 化趨勢?；厔荨?機(jī)端電壓機(jī)端電壓U UG G恒定恒定( (若自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用極強(qiáng)能保持若自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用極強(qiáng)能保持 U UG GC C ） G l G U x UU P G sin 2 2凸極機(jī)的功角特性凸極機(jī)的功角特性 發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)用E Eq q、xd d表示表示 ( 即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化， Eq為常數(shù)

15、）為常數(shù)） qqd ddqq xIU xIUE 0 2sin 2 sin qd qd d q qd qd qd d dq q q d d d qq qqddE xx xx U x UE UU xx xx x UE U x U U x UE IUIUP q 極限功率角極限功率角9090 發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)用Eq、xd表示表示 （不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在（不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在 干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用 能保持能保持Eq 常數(shù)常數(shù)） ） qqd ddqq xIU xIUE 0 2sin 2 sin qd qd d q qd qd

16、 qd d dq q q d d d qq qqddE xx xx U x UE UU xx xx x UE U x U U x UE IUIUP q 是是的函數(shù)，極限功率角的函數(shù)，極限功率角 q E P 90 sl 三電勢變化過程的方程式三電勢變化過程的方程式 勵磁回路電壓方程：勵磁回路電壓方程： ffff iru f f ad f f fadf f ad x x r x ixu r x dt Ed TEE q dqqe 0 )( dddqq xxIEE )( 0dddqqe q d xxIEE dt Ed T 計及計及 第三節(jié) 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的原理和數(shù)學(xué) 模型 一主勵磁系統(tǒng)一主勵磁系統(tǒng)

17、（一）直流勵磁機(jī)勵磁（一）直流勵磁機(jī)勵磁 AVR ( (二二) )交流勵磁機(jī)勵磁交流勵磁機(jī)勵磁 自并勵勵磁自并勵勵磁 （三）主勵磁機(jī)的方程和框圖（三）主勵磁機(jī)的方程和框圖 G ff u ff i ff r f u 副勵繞組中電流副勵繞組中電流 的電磁慣性，的電磁慣性， 將按的時間常數(shù)將按的時間常數(shù) 滯滯 后變化，即一階慣性環(huán)節(jié)：后變化，即一階慣性環(huán)節(jié)： ff i ff u ff ff ff r L T pTff1 1 ff u f u 磁飽和現(xiàn)象用磁飽和現(xiàn)象用 負(fù)反饋表示負(fù)反饋表示 - + pTff1 1 ff u 1 ff k f u 二自動調(diào)節(jié)勵磁裝置二自動調(diào)節(jié)勵磁裝置 G 量測濾波 TA

18、 TV 勵磁機(jī) 綜合放大移相觸發(fā) 晶閘管 輸出 轉(zhuǎn)子電壓 軟負(fù)反饋 其他信號 ff u ff u 0G U 量測濾波：電壓互感器量測濾波：電壓互感器 是具有電抗的變壓器，是具有電抗的變壓器， 慣性環(huán)節(jié)電流互感器，慣性環(huán)節(jié)電流互感器， 有放大倍數(shù)有放大倍數(shù) 綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出：綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出： 取為一階慣性環(huán)節(jié)取為一階慣性環(huán)節(jié) 軟負(fù)反饋（軟負(fù)反饋（PIDPID調(diào)節(jié)）：當(dāng)變調(diào)節(jié)）：當(dāng)變 化快時調(diào)節(jié)使之變化慢些，與化快時調(diào)節(jié)使之變化慢些，與 變化率成正比的調(diào)節(jié)，慣性微變化率成正比的調(diào)節(jié)，慣性微 分環(huán)節(jié)分環(huán)節(jié) 綜合得：綜合得： - k + + - + + + + -+ - 其他信號 副勵磁機(jī)輸出