第八章+電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性

1、第八章 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 第八章 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 暫態(tài)穩(wěn)定概述 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算 提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施 暫態(tài)穩(wěn)定概述 什么是電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 1、大干擾 2、與運(yùn)行方式和干擾方式的關(guān)系 3、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的校驗(yàn) 暫態(tài)穩(wěn)定分析 1、與時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān) 2、時(shí)間分段： 暫態(tài)穩(wěn)定分析：時(shí)間分段 起始：01s，保護(hù)、自動(dòng)裝置動(dòng)作，但調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用 不明顯，發(fā)電機(jī)采用 、PT 恒定模型； 中間：15s，AVR、PT的變化明顯，須計(jì)及勵(lì)磁、調(diào) 速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)； 后期：5smins ，各種設(shè)備的影響顯著，描述系統(tǒng)的 方程多。 本書中重點(diǎn)

2、討論起始階段。 基本假定： 網(wǎng)絡(luò)中，=0 （網(wǎng)絡(luò)等值電路同穩(wěn)態(tài) 分析） 只計(jì)及正序基波分量，短路故障用正序 增廣網(wǎng)絡(luò)表示 q E 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析 物理過程分析 等面積定則 微分方程的數(shù)值解法（搖擺曲線法） 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析物理過程分析 發(fā)電機(jī)采用E模型 Uconst 故障前：故障前： E Uconst 電源電勢(shì)節(jié)點(diǎn)到系統(tǒng)的直接電抗 故障中: E 12 2 L IdTT x xxxx sin I I E U P x jx Uconst 12 22 ()() 2 ()() 2 L dTT L IIdTT x xxx x xxxx x sin II

3、II E U P x 故障切除后： 功角特性曲線為： E Uconst 12IIIdTLT xxxxx s in III III E U P x P PT=P0 PI P P a b c d e f k 0 c m h 故障發(fā)生后的過程為： 運(yùn)行點(diǎn)變化 原因 結(jié)果 ab 短路發(fā)生 PTPE, 加速，上升， 增大 bc 上升，增大 0 ,動(dòng)能增加 ce 故障切除 PT0 ，繼續(xù)增大 ef 動(dòng)能釋放 減速，當(dāng)f =0，動(dòng)能釋放完 畢，m角達(dá)最大 fk PT發(fā)電機(jī)輸 出的電磁功率，發(fā)電機(jī)加速， 2 2 0 J TII T d PP dt 2 2 ( ) dd ddd dd dtdt dtdtdt d

4、d 0 () J TE T dPP d P PT=P0 PI P a b c d f 0 c m h 積分得： 0 222 0 00 11 ()() 22 c JJ ccTII TT PP d 左側(cè)轉(zhuǎn)子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能的增量；左側(cè)轉(zhuǎn)子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能的增量； T P 右側(cè)過剩轉(zhuǎn)矩對(duì)相對(duì)位移所做的功右側(cè)過剩轉(zhuǎn)矩對(duì)相對(duì)位移所做的功 線下方線下方 的陰影面積的陰影面積稱為加速面積；稱為加速面積； 故障切除后 2 2 0 J TIII Td PP dt 0 22 0 0 1 () 2 m J mTIII T PPd m 0f 0 m 0 1 () 2 m c J cIIIT T PP d 右側(cè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

5、對(duì)相對(duì)角位移所做的功右側(cè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)相對(duì)角位移所做的功 P PT=P0 P P c d e f k c m h 線上方的陰影面積（稱為減速面積） 因減速過程中，轉(zhuǎn)速恢復(fù)同步轉(zhuǎn)速（即加速 過程中的動(dòng)能釋放完畢）時(shí)角達(dá)最大，所以 加速面積減速面積等面積定則。 等面積定則的應(yīng)用 1、 在三狀態(tài)暫態(tài)穩(wěn)定分析中確定極限切除角， 角搖擺越過h，則PTPE，將使角P 繼 續(xù)擴(kuò)大，系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定。 h是最大允許搖擺角。 當(dāng)加速面積與允許的減速面積相等時(shí)， 0 ()() cmh cm TIIIIIT PP dPP d 0 (sin )(sin) cmh cm TIIMIIIMT PPdPP d 90 ()cos

6、cos cos ThIIIMhIIM cm IIIMIIM PPP PP 暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)1： c cm ，系統(tǒng)能保持暫態(tài)穩(wěn)定，否則不能保持暫態(tài)穩(wěn)定，系統(tǒng)能保持暫態(tài)穩(wěn)定，否則不能保持暫態(tài)穩(wěn)定 2、加速面積、減速面積的應(yīng)用例單相 重合閘的作用分析 加速面積、減速面積的應(yīng)用例加速面積、減速面積的應(yīng)用例單相重合閘單相重合閘 的作用分析的作用分析 A A B C c (1) 正常運(yùn)行正常運(yùn)行 A A B C c (2)單相接地單相接地 A B C (3). 選相跳閘選相跳閘 A B C (5). 重合失敗重合失敗 A B C (4). 重合成功重合成功 A B C (6).非全相運(yùn)行非全相運(yùn)行

7、 暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)2：實(shí)際加速面積：實(shí)際加速面積180，系統(tǒng) 不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。 -t曲線的計(jì)算方法（微分方程數(shù)值解法）曲線的計(jì)算方法（微分方程數(shù)值解法） 第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì) 暫態(tài)穩(wěn)定的影響暫態(tài)穩(wěn)定的影響 本節(jié)仍以簡(jiǎn)單系統(tǒng)為對(duì)象，討論發(fā)本節(jié)仍以簡(jiǎn)單系統(tǒng)為對(duì)象，討論發(fā) 電機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)和自動(dòng)電機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)和自動(dòng) 調(diào)速系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，其中調(diào)速系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，其中 以前者為重點(diǎn)。以前者為重點(diǎn)。 一、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響一、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 (一一) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用 在以上的

8、討論中，認(rèn)為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗在以上的討論中，認(rèn)為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗xd 后的電動(dòng)勢(shì)后的電動(dòng)勢(shì)Ed在整個(gè)暫態(tài)過程中保持恒定，在整個(gè)暫態(tài)過程中保持恒定， 這實(shí)際上僅是很粗略地考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁這實(shí)際上僅是很粗略地考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁 裝置的作用，因而有可能帶來錯(cuò)誤的結(jié)論。裝置的作用，因而有可能帶來錯(cuò)誤的結(jié)論。 例如，若在發(fā)生短路后發(fā)電機(jī)在強(qiáng)行勵(lì)磁例如，若在發(fā)生短路后發(fā)電機(jī)在強(qiáng)行勵(lì)磁 作用下暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)升高，則上述近似處理作用下暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)升高，則上述近似處理 偏于保守，否則相反。偏于保守，否則相反。 (二二)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的作用自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的作用 二、計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)作用時(shí)的暫態(tài)二、計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)作用時(shí)的

9、暫態(tài) 穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析 為使以下的討論不至過于繁瑣，假設(shè)短路為使以下的討論不至過于繁瑣，假設(shè)短路 后勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電壓在強(qiáng)行勵(lì)磁裝置作用后勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電壓在強(qiáng)行勵(lì)磁裝置作用 下立即升到最大值下立即升到最大值uffmax。即應(yīng)用式。即應(yīng)用式(646)描描 述強(qiáng)制空載電動(dòng)勢(shì)的變化述強(qiáng)制空載電動(dòng)勢(shì)的變化 發(fā)電機(jī)待求解的微分方程共有四個(gè)。發(fā)電機(jī)待求解的微分方程共有四個(gè)。 是是 勵(lì)磁機(jī)的微分方程：勵(lì)磁機(jī)的微分方程： 二、計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)作用時(shí)的暫態(tài)二、計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)作用時(shí)的暫態(tài) 穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析 第二個(gè)是勵(lì)磁繞組第二個(gè)是勵(lì)磁繞組 微分方程：微分方程： 還有兩個(gè)即發(fā)電機(jī)還有兩個(gè)即發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)

10、人程：的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)人程： 以上的遞推計(jì)算公式反映了兩類方程交以上的遞推計(jì)算公式反映了兩類方程交 替求解的過程，最終的目的當(dāng)然是求替求解的過程，最終的目的當(dāng)然是求 隨隨t的變化曲線。的變化曲線。 最后需指出計(jì)及自最后需指出計(jì)及自 動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的作用時(shí)，已不能再運(yùn)用等動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的作用時(shí)，已不能再運(yùn)用等 面積定則先求極限切除角度然后計(jì)算極面積定則先求極限切除角度然后計(jì)算極 限切除時(shí)間。而是只能先給定一個(gè)切除限切除時(shí)間。而是只能先給定一個(gè)切除 時(shí)間時(shí)間tc計(jì)算按此切除時(shí)間切除短路時(shí)，系計(jì)算按此切除時(shí)間切除短路時(shí)，系 統(tǒng)能否保持暫態(tài)穩(wěn)定。對(duì)于發(fā)電機(jī)與無統(tǒng)能否保持暫態(tài)穩(wěn)定。對(duì)于發(fā)電機(jī)與無 限大容量系統(tǒng)相連的情

11、形，限大容量系統(tǒng)相連的情形， 隨時(shí)間不隨時(shí)間不 斷增長(zhǎng)是系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定的標(biāo)志。斷增長(zhǎng)是系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定的標(biāo)志。 第四節(jié)第四節(jié) 復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算 對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算， 目前比較普目前比較普 遍采用的方法仍是計(jì)算擾功發(fā)生后各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之遍采用的方法仍是計(jì)算擾功發(fā)生后各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之 間相對(duì)角度隨時(shí)間變化的曲線。如果任意兩臺(tái)發(fā)電間相對(duì)角度隨時(shí)間變化的曲線。如果任意兩臺(tái)發(fā)電 機(jī)間相對(duì)角隨時(shí)間不斷增大且超過機(jī)間相對(duì)角隨時(shí)間不斷增大且超過180o。，即可判。，即可判 斷系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。因?yàn)槎鄼C(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)斷系統(tǒng)不能保持暫

12、態(tài)穩(wěn)定。因?yàn)槎鄼C(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī) 的功率是相對(duì)角的函數(shù)，相對(duì)角不斷增大將引起功的功率是相對(duì)角的函數(shù)，相對(duì)角不斷增大將引起功 率的振蕩、系統(tǒng)不能維持同步運(yùn)行。率的振蕩、系統(tǒng)不能維持同步運(yùn)行。 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型的精確度以及所采用的計(jì)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型的精確度以及所采用的計(jì) 算方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算程序有較大的影算方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算程序有較大的影 響。這里將介紹較簡(jiǎn)單的計(jì)算程序原理框圖。響。這里將介紹較簡(jiǎn)單的計(jì)算程序原理框圖。 一、假設(shè)發(fā)電機(jī)暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)一、假設(shè)發(fā)電機(jī)暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)E和機(jī)械功率和機(jī)械功率PT均為均為 常數(shù)，負(fù)荷為恒定阻抗的近似計(jì)算法常數(shù)，負(fù)荷為恒定阻抗的近似計(jì)算法 對(duì)

13、于一般聯(lián)系比較緊密的系統(tǒng)，在受擾動(dòng)后對(duì)于一般聯(lián)系比較緊密的系統(tǒng)，在受擾動(dòng)后ls左左 右即可判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在這種情況下，右即可判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在這種情況下， 假定假定E和和PT均為常數(shù)負(fù)荷用恒定阻抗模擬，在工均為常數(shù)負(fù)荷用恒定阻抗模擬，在工 程的近似計(jì)算中是可行的。程的近似計(jì)算中是可行的。 在上述條件下，復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算也就在上述條件下，復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算也就 是只要求解各發(fā)電視的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程然后根據(jù)是只要求解各發(fā)電視的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程然后根據(jù) 各機(jī)組間的相對(duì)角隨時(shí)間變化的情況來判斷系統(tǒng)各機(jī)組間的相對(duì)角隨時(shí)間變化的情況來判斷系統(tǒng) 是否穩(wěn)定。但在復(fù)雜系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的電磁功率是否

14、穩(wěn)定。但在復(fù)雜系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的電磁功率 計(jì)算不象簡(jiǎn)單系統(tǒng)中那樣方便，下面將介紹兩種計(jì)算不象簡(jiǎn)單系統(tǒng)中那樣方便，下面將介紹兩種 計(jì)算電磁功率的方法及其計(jì)算流程。計(jì)算電磁功率的方法及其計(jì)算流程。 第五節(jié)第五節(jié) 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 一、故障的抉速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用一、故障的抉速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用 快速切除故障對(duì)于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有決定性的快速切除故障對(duì)于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有決定性的 作用作用 電力系統(tǒng)的故障特別是高壓輸電線路的故障大多數(shù)是電力系統(tǒng)的故障特別是高壓輸電線路的故障大多數(shù)是 短路故障，而這些短路故障大多數(shù)又是暫時(shí)性的短路故障，而這些短路故障大多數(shù)

15、又是暫時(shí)性的 重合閘的時(shí)間受到短路處去游離時(shí)間的限制。重合閘的時(shí)間受到短路處去游離時(shí)間的限制。 超高壓輸電線路的短路故降大多數(shù)是單相接地故障，超高壓輸電線路的短路故降大多數(shù)是單相接地故障， 單相重合閘時(shí)，去游離的時(shí)間比采用三相重合閘時(shí)要單相重合閘時(shí)，去游離的時(shí)間比采用三相重合閘時(shí)要 有所加長(zhǎng)，有所加長(zhǎng)， 二、提高發(fā)電機(jī)輸出的二、提高發(fā)電機(jī)輸出的 電磁功率電磁功率 (一一)對(duì)發(fā)電機(jī)施行強(qiáng)行對(duì)發(fā)電機(jī)施行強(qiáng)行 勵(lì)碰勵(lì)碰 (二二) 電氣制動(dòng)電氣制動(dòng) 第五節(jié)第五節(jié) 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 (三三) 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)變壓器中性點(diǎn)經(jīng) 小電阻接地小電阻接地 第五節(jié)第五節(jié) 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施提

16、高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 三、減少原動(dòng)機(jī)輸出的三、減少原動(dòng)機(jī)輸出的 機(jī)械功率機(jī)械功率 第五節(jié)第五節(jié) 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 四、系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的措施四、系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的措施 (一一)設(shè)置解列點(diǎn)設(shè)置解列點(diǎn) (二二)短期異步運(yùn)行及再同步的可能性短期異步運(yùn)行及再同步的可能性 這里僅討論一臺(tái)機(jī)與系統(tǒng)失去同步的過程。發(fā)電機(jī)受這里僅討論一臺(tái)機(jī)與系統(tǒng)失去同步的過程。發(fā)電機(jī)受 擾動(dòng)后若功角不斷增大，其同步功率隨著時(shí)間振蕩，擾動(dòng)后若功角不斷增大，其同步功率隨著時(shí)間振蕩， 平均值幾乎為零。而原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率的調(diào)整較倔因平均值幾乎為零。而原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率的調(diào)整較倔因 此發(fā)電機(jī)的過剩功率繼續(xù)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速。

17、但是這此發(fā)電機(jī)的過剩功率繼續(xù)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速。但是這 個(gè)過程不會(huì)持續(xù)下去，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)個(gè)過程不會(huì)持續(xù)下去，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn) 速而處于異步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)將發(fā)出異步功率。速而處于異步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)將發(fā)出異步功率。 當(dāng)當(dāng) 平均異步功率與減少了的機(jī)械功率達(dá)到乎衡時(shí)，平均異步功率與減少了的機(jī)械功率達(dá)到乎衡時(shí)， 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的異步運(yùn)行即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的異步運(yùn)行 第五節(jié)第五節(jié) 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 同步發(fā)電機(jī)在異步運(yùn)行時(shí)發(fā)出異步功率的原理與異步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)在異步運(yùn)行時(shí)發(fā)出異步功率的原理與異步發(fā)電機(jī) 類似即由于定子磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)于繞組和鐵芯內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，類似即由于定子磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)于繞組和鐵芯內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流， 后者的磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作