第15章電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念-郭壯志

1、1 第十五章第十五章 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念 15-1 15-1 概述概述 15-2 15-2 功角的概念功角的概念 15-315-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念 15-415-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念 15-515-5負(fù)荷穩(wěn)定的概念負(fù)荷穩(wěn)定的概念 15-615-6電壓穩(wěn)定性的概念電壓穩(wěn)定性的概念 15-715-7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 2 15-1 15-1 概述概述 1 1、正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)：正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)： 任何任何GG均具有相同的電角速度均具有相同的電角速度同步速度同步速度i = =N同步運(yùn)轉(zhuǎn)；同步運(yùn)轉(zhuǎn)； 運(yùn)行狀態(tài)

2、參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)(V(V、I I、P P、QQ、f f 等等) )基本保持不變，基本保持不變， 且且 V VV VN N， ， ffffN N ； ； I I I IN N 負(fù)荷（用電設(shè)備）處于正常運(yùn)行狀態(tài)。 負(fù)荷（用電設(shè)備）處于正常運(yùn)行狀態(tài)。 2 2、電力系統(tǒng)暫態(tài)過程、電力系統(tǒng)暫態(tài)過程 正常穩(wěn)態(tài)正常穩(wěn)態(tài) 3 3、穩(wěn)定破壞的原因、危害：、穩(wěn)定破壞的原因、危害： 穩(wěn)定破壞：穩(wěn)定破壞：GG失去同步失去同步 / f or V / f or V 不可控地急劇下降不可控地急劇下降 / / 負(fù)荷失去正常運(yùn)行負(fù)荷失去正常運(yùn)行 原因：擾動(dòng)原因：擾動(dòng)大擾動(dòng)：大容量元件投、切；大擾動(dòng)：大容量元件投、切； 系統(tǒng)故障

3、（短路系統(tǒng)故障（短路 / / 斷線斷線 ） 小擾動(dòng)：負(fù)荷隨機(jī)變化小擾動(dòng)：負(fù)荷隨機(jī)變化( (波動(dòng)波動(dòng)) )；元件投、切；元件投、切； 負(fù)荷快速大幅度負(fù)荷快速大幅度增加增加 危害：運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)劇烈變化或振蕩，供電質(zhì)量下降；危害：運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)劇烈變化或振蕩，供電質(zhì)量下降； 系統(tǒng)瓦解，大面積供電中斷！系統(tǒng)瓦解，大面積供電中斷！ 暫態(tài)過程暫態(tài)過程 3 15-1 15-1 概述概述 4 4、穩(wěn)定問題的分類穩(wěn)定問題的分類一般分類原則：一般分類原則： (1) (1) 按失穩(wěn)特征分類：按失穩(wěn)特征分類： 功角穩(wěn)定（同步運(yùn)行穩(wěn)定性）功角穩(wěn)定（同步運(yùn)行穩(wěn)定性） 頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定電壓穩(wěn)定 (2) (2) 按擾

4、動(dòng)大小按擾動(dòng)大小 小擾動(dòng)穩(wěn)定小擾動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定( (不計(jì)調(diào)節(jié)裝置和元件動(dòng)態(tài)特性不計(jì)調(diào)節(jié)裝置和元件動(dòng)態(tài)特性) ) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定( (計(jì)及調(diào)節(jié)裝置和元件動(dòng)態(tài)特性計(jì)及調(diào)節(jié)裝置和元件動(dòng)態(tài)特性) ) 大擾動(dòng)穩(wěn)定大擾動(dòng)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定 (3) (3) 按過渡過程時(shí)間框架按過渡過程時(shí)間框架 暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定單擺穩(wěn)定、多擺穩(wěn)定單擺穩(wěn)定、多擺穩(wěn)定 短期穩(wěn)定性、中期穩(wěn)定性、長過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性、中期穩(wěn)定性、長過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 (4) (4) 穩(wěn)定問題的分析方法穩(wěn)定問題的分析方法 小擾動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定小擾動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定基于潮流的分析方法基于潮流的分析方法 小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定線性化線性化基于空間線

5、性狀態(tài)方程的分析方法基于空間線性狀態(tài)方程的分析方法 暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定非線性微分非線性微分- -代數(shù)方程組的分析方法代數(shù)方程組的分析方法 中長期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中長期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定綜合分析方法綜合分析方法 4 15-2 15-2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位功角的概念功角的概念 q e d sin E V P X e dq cos cossin PPVI IxE 1 1、發(fā)電機(jī)電勢間的時(shí)間相位角、發(fā)電機(jī)電勢間的時(shí)間相位角 功角功角 5 15-2 15-2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位功角的概念功角的概念 2 2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對空間位置角、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對空

6、間位置角 6 15-2 15-2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置和電勢相位功角的概念功角的概念 3 3、與與(同步同步/ /功角功角)穩(wěn)定性的關(guān)系穩(wěn)定性的關(guān)系 7 15-3 15-3 靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念 1 1、靜態(tài)穩(wěn)定性的定義：靜態(tài)穩(wěn)定性的定義： 受到瞬時(shí)出現(xiàn)、立即消失的微小擾動(dòng)后，系統(tǒng)具有抑制擾動(dòng)、獨(dú)立地恢復(fù)到原受到瞬時(shí)出現(xiàn)、立即消失的微小擾動(dòng)后，系統(tǒng)具有抑制擾動(dòng)、獨(dú)立地恢復(fù)到原 始運(yùn)行狀態(tài)始運(yùn)行狀態(tài)(或近似的原始運(yùn)行狀態(tài)或近似的原始運(yùn)行狀態(tài))的能力的能力 2 2、轉(zhuǎn)子凈加速功率轉(zhuǎn)子凈加速功率(轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩)與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)行為的關(guān)系：與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)行為的關(guān)系： 決定決

7、定GG轉(zhuǎn)子運(yùn)行行為的關(guān)鍵轉(zhuǎn)子運(yùn)行行為的關(guān)鍵Ma =MT Me Ma0， (N) ( 0 0) Ma0， (N) ( Pe ，G、, 0 ; 但大量負(fù)荷失去也可能導(dǎo)致功角失穩(wěn)！但大量負(fù)荷失去也可能導(dǎo)致功角失穩(wěn)！ 18 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 a Te J AMMM 2 aTe 2 dd JAJJMMM dtdt , , pppA 2 aTe 2 J dJ d MMM pdtpdt 1 1、基本形式、基本形式 19 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 2 2、轉(zhuǎn)子電氣角位移的表

8、示、轉(zhuǎn)子電氣角位移的表示 GGi i 相對于固定軸相對于固定軸 ： i 、i GGi i 相對于同步軸相對于同步軸 ：i 、i iiN iiNit GGi i 、 GGj j 之間的角位移、相對角速度：之間的角位移、相對角速度：ij 、ij ijijijij ijij ii NN t t N N 22 22 ii ii iii i ddd dtdtdt ddd dtdtdt 20 二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 aTeTe ()MMMPP / 2 J a 2 N 1Td P dt 22 a 22 ddd JJJJp M dtdtdt 選轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值：選轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值：

9、BBN MS 22 N a* 2 BN 1Jd M Sdt 2 J a 2 N Td M dt 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 2 NBJ TJS機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù)機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù) 1 1、基本標(biāo)幺值形式：、基本標(biāo)幺值形式： 21 二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 2 J a 2 N Td M dt BN 22 2 22 BB* 1 , ()() BN N ttt tt dddd dtd t td t tdt 2 a Ja 2 Pd TM dt 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 2 2、全標(biāo)幺值形式：、全標(biāo)幺值形式：

10、radrad 22 N NNa a JJ* d dt Pd M dtTT N a J d s dt Mds dtT 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 3 3、狀態(tài)方程形式：、狀態(tài)方程形式： 2 N N 2 () , ddddd dtdtdtdtdt 4 4、轉(zhuǎn)差率形式的狀態(tài)方程：、轉(zhuǎn)差率形式的狀態(tài)方程： * * a* J*a * d dt Pd TM dt NNN () ss 23 三、三、TJ 的物理意義的物理意義 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 1 1、T TJ(N) J(N)

11、= S = SN N基準(zhǔn)下、以 基準(zhǔn)下、以N 旋轉(zhuǎn)所具有的動(dòng)能標(biāo)幺值之旋轉(zhuǎn)所具有的動(dòng)能標(biāo)幺值之2 2倍倍 22 NN J N NN JJ2 22TH SS 2 2、時(shí)間意義：、時(shí)間意義： 24 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 四、多機(jī)系統(tǒng)四、多機(jī)系統(tǒng) T TJ J 不同基準(zhǔn)容量不同基準(zhǔn)容量 T TJ J 的換算 的換算 () () 2 N iN Ji Ni 2 B iN Ji B J T= S J T= S ()()NB JiNiJiB TS=TS ()()BN Ni JiJi B S TT S 25 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 四、多機(jī)

12、系統(tǒng)四、多機(jī)系統(tǒng) T TJ J 系統(tǒng)等值機(jī)組的系統(tǒng)等值機(jī)組的 T TJ J . , 1,., ; 2 iN J iJi NN iN jN N i J T= T=in S 系統(tǒng)等值機(jī)組系統(tǒng)等值機(jī)組 Geq ： eq.NN iB i=1 2 eqN . eq.N J n J eq SSS T S 22 iNeqN 2 2 eqN iN . . JJ J J = Nieq N Nieq N SS SS () NiNi . 111 eq.NB nnn B J eqJi NJi NJi iii SS TTTT SS 26 15-7 15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 五、穩(wěn)定性分析面臨的基本

13、問題五、穩(wěn)定性分析面臨的基本問題 2 JiT .e . a .T .e . 2 N. iii iii i TdPP MMM dt 求解搖擺方程，獲得搖擺曲線求解搖擺方程，獲得搖擺曲線(t) 判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 機(jī)械功率特性機(jī)械功率特性原動(dòng)機(jī)及其原動(dòng)機(jī)及其GovernorGovernor 電磁功率特性電磁功率特性由由GG的電氣特性、網(wǎng)絡(luò)特性共同決定的電氣特性、網(wǎng)絡(luò)特性共同決定 確定其變化規(guī)律確定其變化規(guī)律( (解析描述解析描述)復(fù)雜復(fù)雜非線性、高維非線性、高維 27 序號(hào)大小英文國際音標(biāo)字母讀音意 義 1alphaa:lfaa阿爾法角度（小寫）；系數(shù) 4deltadeltad, dh, 德爾塔變化量（大寫）； 5epsilonepsilone艾普斯龍對數(shù)之基數(shù)；電勢能（小寫） 7etaetae, i艾塔磁滯系數(shù)；效率（小寫） 8thetaitat