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)定概述簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(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 暫態(tài)穩(wěn)定分析 1、與時間長短有關(guān) 2、時間分段：暫態(tài)穩(wěn)定分析：時間分段 起始：01s，保護、自動裝置動作，但調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用不明顯，發(fā)電機采用 、PT 恒定模型； 中間：15s，AVR、PT的變化明顯，須計及勵磁、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。 本書中重點討論起始階段。 基本

2、假定： 網(wǎng)絡(luò)中，=0 （網(wǎng)絡(luò)等值電路同穩(wěn)態(tài)分析） 只計及正序基波分量，短路故障用正序增廣網(wǎng)絡(luò)表示qE第二節(jié)第二節(jié) 簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析簡單系統(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） 簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析物理過程分析 發(fā)電機采用E模型 Uconst故障前：故障前：EUconst電源電勢節(jié)點到系統(tǒng)的直接電抗 故障中: E12 2 LIdTTxxxxxsinIIE UPxjxUconst1222()()2()()2LdTTLIIdTTxxxxxxxxxx sinIIIIE UPx故障切除后： 功角特性曲線為： E Uconst12IIIdTLTxxxxxs i

3、nIIIIIIE UPxPPT=P0PIPPabcdefk0 cmh故障發(fā)生后的過程為： 運行點變化 原因 結(jié)果 ab 短路發(fā)生 PTPE, 加速，上升， 增大 bc 上升，增大 0 ,動能增加 ce 故障切除 PT0 ，繼續(xù)增大ef 動能釋放 減速，當(dāng)f =0，動能釋放完 畢，m角達最大fk PT發(fā)電機輸出的電磁功率，發(fā)電機加速， 220JTIIT dPPdt22( )dd ddd dddtdt dtdtdt dd 0 ()JTETdPP d PPT=P0PIPabcdf0 cmh 積分得：022200011()()22cJJccTIITTPP d左側(cè)轉(zhuǎn)子在相對運動中動能的增量；左側(cè)轉(zhuǎn)子在相

4、對運動中動能的增量； TP右側(cè)過剩轉(zhuǎn)矩對相對位移所做的功右側(cè)過剩轉(zhuǎn)矩對相對位移所做的功 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 220JTIIITdPPdt022001()2mJmTIIITPPdm 0f0m 01()2mcJcIIITTPP d右側(cè)制動轉(zhuǎn)矩對相對角位移所做的功右側(cè)制動轉(zhuǎn)矩對相對角位移所做的功 PPT=P0PPcdefk cmh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（即加速過程中的動能釋放完畢）時角達最大，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P

5、TPE，將使角P 繼續(xù)擴大，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，0()()cmhcmTIIIIITPP dPP d0(sin )(sin)cmhcmTIIMIIIMTPPdPP d90()coscoscosThIIIMhIIMcmIIIMIIMPPPPP暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)1： ccm，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 Cc(1) 正常運行正常運

6、行 A A B Cc(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).非全相運行非全相運行暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)2：實際加速面積：實際加速面積180，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。 -t曲線的計算方法（微分方程數(shù)值解法）曲線的計算方法（微分方程數(shù)值解法）第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響暫態(tài)穩(wěn)定的影響 本節(jié)仍以簡單系統(tǒng)為對象，討論發(fā)本節(jié)仍以簡單系統(tǒng)為對象，討論發(fā)電機組的自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)和自動電機組的自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)和自動調(diào)速系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響，其中調(diào)速系統(tǒng)

7、對暫態(tài)穩(wěn)定的影響，其中以前者為重點。以前者為重點。一、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響一、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響 (一一) 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用 在以上的討論中，認(rèn)為發(fā)電機暫態(tài)電抗在以上的討論中，認(rèn)為發(fā)電機暫態(tài)電抗xd后的電動勢后的電動勢Ed在整個暫態(tài)過程中保持恒定，在整個暫態(tài)過程中保持恒定，這實際上僅是很粗略地考慮自動調(diào)節(jié)勵磁這實際上僅是很粗略地考慮自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用，因而有可能帶來錯誤的結(jié)論。裝置的作用，因而有可能帶來錯誤的結(jié)論。例如，若在發(fā)生短路后發(fā)電機在強行勵磁例如，若在發(fā)生短路后發(fā)電機在強行勵磁作用下暫態(tài)電動勢升高，則上述近似處理作用下暫態(tài)電動勢升高，則

8、上述近似處理偏于保守，否則相反。偏于保守，否則相反。(二二)自動調(diào)速系統(tǒng)的作用自動調(diào)速系統(tǒng)的作用二、計及自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)作用時的暫態(tài)二、計及自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)作用時的暫態(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)短路后勵磁機的勵磁電壓在強行勵磁裝置作用后勵磁機的勵磁電壓在強行勵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)描描述強制空載電動勢的變化述強制空載電動勢的變化 發(fā)電機待求解的微分方程共有四個。發(fā)電機待求解的微分方程共有四個。 是是勵磁機的微分方程：勵磁機的微分方程：二、計及自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)作用時的暫態(tài)二、

9、計及自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)作用時的暫態(tài)穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析 第二個是勵磁繞組第二個是勵磁繞組微分方程：微分方程： 還有兩個即發(fā)電機還有兩個即發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動人程：的轉(zhuǎn)子運動人程： 以上的遞推計算公式反映了兩類方程交以上的遞推計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。 最后需指出計及自最后需指出計及自動調(diào)節(jié)勵磁的作用時，已不能再運用等動調(diào)節(jié)勵磁的作用時，已不能再運用等面積定則先求極限切除角度然后計算極面積定則先求極限切除角度然后計算極限切除時間。而是只能先給定一個切除限切除時間。而是只能先給定一個切除時間時間tc計算按此切除時間切

10、除短路時，系計算按此切除時間切除短路時，系統(tǒng)能否保持暫態(tài)穩(wěn)定。對于發(fā)電機與無統(tǒng)能否保持暫態(tài)穩(wěn)定。對于發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)相連的情形，限大容量系統(tǒng)相連的情形， 隨時間不隨時間不斷增長是系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定的標(biāo)志。斷增長是系統(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)定計算復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算 對于復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析計算，對于復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析計算， 目前比較普目前比較普遍采用的方法仍是計算擾功發(fā)生后各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之遍采用的方法仍是計算擾功發(fā)生后各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間相對角度隨時間變化的曲線。如果任意兩臺發(fā)電間相對角度隨時間變化的曲線。如果任意兩臺發(fā)電機間相對角隨時間不斷增大且超過

11、機間相對角隨時間不斷增大且超過180o。，即可判。，即可判斷系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。因為多機系統(tǒng)中發(fā)電機斷系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。因為多機系統(tǒng)中發(fā)電機的功率是相對角的函數(shù)，相對角不斷增大將引起功的功率是相對角的函數(shù)，相對角不斷增大將引起功率的振蕩、系統(tǒng)不能維持同步運行。率的振蕩、系統(tǒng)不能維持同步運行。 發(fā)電機和負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型的精確度以及所采用的計發(fā)電機和負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型的精確度以及所采用的計算方法對復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計算程序有較大的影算方法對復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計算程序有較大的影響。這里將介紹較簡單的計算程序原理框圖。響。這里將介紹較簡單的計算程序原理框圖。一、假設(shè)發(fā)電機暫態(tài)電動勢一、假設(shè)發(fā)電機暫態(tài)電

12、動勢E和機械功率和機械功率PT均為均為常數(shù)，負(fù)荷為恒定阻抗的近似計算法常數(shù)，負(fù)荷為恒定阻抗的近似計算法 對于一般聯(lián)系比較緊密的系統(tǒng)，在受擾動后對于一般聯(lián)系比較緊密的系統(tǒng)，在受擾動后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，在工程的近似計算中是可行的。程的近似計算中是可行的。 在上述條件下，復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算也就在上述條件下，復(fù)雜系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算也就是只要求解各發(fā)電視的轉(zhuǎn)子運動方程然后根據(jù)是只要求解各發(fā)電視的轉(zhuǎn)子運動方程然后根據(jù)各機組間的相對角隨時間變化的情況來判

13、斷系統(tǒng)各機組間的相對角隨時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)電機的電磁功率是否穩(wěn)定。但在復(fù)雜系統(tǒng)中各發(fā)電機的電磁功率計算不象簡單系統(tǒng)中那樣方便，下面將介紹兩種計算不象簡單系統(tǒng)中那樣方便，下面將介紹兩種計算電磁功率的方法及其計算流程。計算電磁功率的方法及其計算流程。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重合閘裝置的應(yīng)用一、故障的抉速切除和自動重合閘裝置的應(yīng)用 快速切除故障對于提高系統(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

14、障大多數(shù)是短路故障，而這些短路故障大多數(shù)又是暫時性的短路故障，而這些短路故障大多數(shù)又是暫時性的 重合閘的時間受到短路處去游離時間的限制。重合閘的時間受到短路處去游離時間的限制。 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，去游離的時間比采用三相重合閘時要單相重合閘時，去游離的時間比采用三相重合閘時要有所加長，有所加長，二、提高發(fā)電機輸出的二、提高發(fā)電機輸出的電磁功率電磁功率(一一)對發(fā)電機施行強行對發(fā)電機施行強行勵碰勵碰(二二) 電氣制動電氣制動第五節(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) 變壓器中性點經(jīng)變壓器中性

15、點經(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)定性的措施提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施三、減少原動機輸出的三、減少原動機輸出的機械功率機械功率第五節(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)置解列點設(shè)置解列點(二二)短期異步運行及再同步的可能性短期異步運行及再同步的可能性 這里僅討論一臺機與系統(tǒng)失去同步的過程。發(fā)電機受這里僅討論一臺機與系統(tǒng)失去同步的過程。發(fā)電機受擾動后若功角不斷增大，其同步功率隨著時間振蕩，擾動后若功角不斷增大，其同步功率隨著時間振蕩， 平均值幾乎為零。而原動機機械功率的調(diào)整較倔因平均值幾乎為零。而原動機機械功率的調(diào)整較

16、倔因此發(fā)電機的過剩功率繼續(xù)使發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速。但是這此發(fā)電機的過剩功率繼續(xù)使發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速。但是這個過程不會持續(xù)下去，因為發(fā)電機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)個過程不會持續(xù)下去，因為發(fā)電機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速而處于異步運行狀態(tài)時，發(fā)電機將發(fā)出異步功率。速而處于異步運行狀態(tài)時，發(fā)電機將發(fā)出異步功率。當(dāng)當(dāng) 平均異步功率與減少了的機械功率達到乎衡時，平均異步功率與減少了的機械功率達到乎衡時，發(fā)電機發(fā)電機 即進入穩(wěn)態(tài)的異步運行即進入穩(wěn)態(tài)的異步運行第五節(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)電機在異步運行時發(fā)出異步功率的原理與異步發(fā)電機同步發(fā)電機在異步運行時發(fā)出異步功率的原理與異步發(fā)電機類似即由于定子磁場在轉(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在轉(zhuǎn)于繞組和鐵芯內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，后者的磁場與定子磁場相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使