電力系統(tǒng)分析：第15章 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念

大電網(wǎng)穩(wěn)定事故1982年8月7日華中電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故；1994年南方電網(wǎng)“4.26”事故；1994年南方電網(wǎng)“5.25”事故；1996年京津唐“5.28”事故；1999年山西電網(wǎng)“7.20”事故；2006年華中電網(wǎng)“7.1”事故；1999年7月29日臺(tái)灣大停電事故；1996年8月10日美國(guó)西部大停電事故；2003年8月14日美加大停電事故1978年12月19日法國(guó)大停電事故1983年12月27日瑞典大停電事故1987年7月23日日本東京大停電事故1996年8月3日馬來(lái)西亞大停電-頻率崩潰2003年9月28日意大利停電事故2006年11月4日歐洲西部大停電事故概述功角的概念發(fā)電機(jī)電勢(shì)間相位差——電氣量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置——機(jī)械量，用電氣角度表示靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念負(fù)荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定的概念發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式CH15電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念15.1概述基本概念同步運(yùn)行：所有并聯(lián)運(yùn)行的同步電機(jī)（主要是發(fā)電機(jī)）具有相同的電角速度同步電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不平衡是絕對(duì)的，平衡是相對(duì)的電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定問(wèn)題：電力系統(tǒng)受到大的或小的干擾以后能否繼續(xù)保持發(fā)電機(jī)間同步運(yùn)行的問(wèn)題（功率失衡后的暫態(tài)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能否保持同步）表征發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行的變量：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置角（發(fā)電機(jī)電勢(shì)之間的相角差）——功角電壓穩(wěn)定問(wèn)題：負(fù)荷端電壓不可逆轉(zhuǎn)的持續(xù)下降導(dǎo)致的穩(wěn)定性破壞。15.1概述穩(wěn)定的分類(lèi)：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有多種定義和分類(lèi)方法，我國(guó)早期將電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定兩類(lèi)。1980年代后，《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到事故擾動(dòng)后保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力靜態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，獨(dú)立地恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，各同步電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力。通常指保持第一或第二個(gè)振蕩周期不失步的功角穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長(zhǎng)過(guò)程的運(yùn)行穩(wěn)定性的能力。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過(guò)程可能持續(xù)數(shù)十秒至幾分鐘。包括鍋爐、帶負(fù)荷調(diào)節(jié)變壓器分接頭、負(fù)荷自動(dòng)恢復(fù)等更長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間的動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)整，又稱(chēng)為長(zhǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。15.1概述穩(wěn)定的分類(lèi)15.1概述穩(wěn)定的分類(lèi)PSS/E

對(duì)PJM

系統(tǒng)中故障的仿真結(jié)果：0.1秒短路，0.149秒切除故障15.1概述穩(wěn)定的分類(lèi)PSS/E

對(duì)PJM

系統(tǒng)中故障的仿真結(jié)果：0.1秒短路，0.150秒切除故障15.2功角的概念功角的概念考慮單機(jī)—無(wú)窮大系統(tǒng)，隱極機(jī)發(fā)電機(jī)輸出功率:功率特性(功角特性)功角(功率角)當(dāng)不計(jì)勵(lì)磁作用時(shí)，Eq恒定，同時(shí)V恒定，Pe僅僅是δ的函數(shù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系δ

不僅表征電磁關(guān)系（發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)之間的相位差——電氣量），也表征各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的空間關(guān)系（轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置角——機(jī)械量）單機(jī)接無(wú)窮大母線(xiàn)的相量圖→Eq

與轉(zhuǎn)子q

軸同相位→δ

反映發(fā)電機(jī)q

軸軸線(xiàn)與同步旋轉(zhuǎn)V之間的相角差

暫態(tài)過(guò)程中，功角隨時(shí)間的變化是判斷各發(fā)電機(jī)是否能夠保持同步運(yùn)行的依據(jù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系δ

不僅表征電磁關(guān)系（發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)之間的相位差——電氣量），也表征各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的空間關(guān)系（轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置角——機(jī)械量）單機(jī)接無(wú)窮大母線(xiàn)的相量圖→Eq

與轉(zhuǎn)子q

軸同相位→δ

反映發(fā)電機(jī)q

軸軸線(xiàn)與同步旋轉(zhuǎn)V之間的相角差

暫態(tài)過(guò)程中，功角隨時(shí)間的變化是判斷各發(fā)電機(jī)是否能夠保持同步運(yùn)行的依據(jù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系當(dāng)有兩臺(tái)機(jī)接于無(wú)窮大母線(xiàn)時(shí)：

δ2-δ1，表征兩發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子q

軸軸線(xiàn)之間的電氣夾角→表征發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)空間位置表征轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（電氣速度）15.3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性（也稱(chēng)作平衡點(diǎn)穩(wěn)定性）：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到微小擾動(dòng)后，獨(dú)立地恢復(fù)到它原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的能力簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)：15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到大的擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，不失去同步地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運(yùn)行的能力分析兩條線(xiàn)路運(yùn)行切除一條線(xiàn)路運(yùn)行假定Eq不變(忽略發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過(guò)程和勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用)

假定原動(dòng)機(jī)的功率一直保持

P0

不變15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到大的擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，不失去同步地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運(yùn)行的能力分析最終在c

點(diǎn)建立新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到大的擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，不失去同步地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運(yùn)行的能力分析最終越過(guò)e

點(diǎn)，失穩(wěn)15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到大的擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，不失去同步地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運(yùn)行的能力暫穩(wěn)判據(jù)δ

隨時(shí)間變化的特性(復(fù)雜系統(tǒng)

)等面積定則(簡(jiǎn)單系統(tǒng)

)e:臨界點(diǎn)，功角增大到此點(diǎn)時(shí)若轉(zhuǎn)速仍高于同步轉(zhuǎn)速，暫態(tài)失穩(wěn)15.5負(fù)荷穩(wěn)定的概念負(fù)荷的穩(wěn)定性：負(fù)荷在正常運(yùn)行中受到擾動(dòng)后能保持某一恒定轉(zhuǎn)差下繼續(xù)運(yùn)行的能力。（負(fù)荷靜態(tài)穩(wěn)定）電壓失穩(wěn)和電壓崩潰現(xiàn)象（與10.4結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)）發(fā)電廠(chǎng)經(jīng)過(guò)一定距離的輸電線(xiàn)向負(fù)荷中心地區(qū)供電的系統(tǒng)中，當(dāng)電源電壓和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓會(huì)隨著負(fù)荷功率的增加而緩慢下降；當(dāng)負(fù)荷功率增加到一定限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生不可控制的急劇下降，這就是所謂的“電壓崩潰”15.6電壓穩(wěn)定性的概念單電源供電系統(tǒng)：沒(méi)有功角穩(wěn)定問(wèn)題存在電壓穩(wěn)定問(wèn)題電壓失穩(wěn)機(jī)理：與負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性有關(guān)，系統(tǒng)負(fù)荷具有自動(dòng)調(diào)節(jié)自身等值阻抗的特性15.6電壓穩(wěn)定性的概念15.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式用機(jī)械參數(shù)表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式參考軸與發(fā)電機(jī)電氣角位移的定義15.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式用電氣參數(shù)表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式參考軸與發(fā)電機(jī)電氣角位移的定義δij—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位移角發(fā)電機(jī)是否同步的判斷依據(jù)15.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式的標(biāo)幺值形式——對(duì)轉(zhuǎn)矩采用標(biāo)幺值轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)的意義TJ的物理含義：發(fā)電機(jī)空載時(shí)，原動(dòng)機(jī)施加額定轉(zhuǎn)矩到轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。15.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)多機(jī)系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式本章小結(jié)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題包括同步運(yùn)行穩(wěn)定性（也稱(chēng)功角穩(wěn)定性）和電壓穩(wěn)定兩類(lèi)穩(wěn)定性問(wèn)題；同步運(yùn)行穩(wěn)定性也稱(chēng)功角穩(wěn)定性，它關(guān)注的是系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)在各種類(lèi)型的擾動(dòng)作用下能否維持同步穩(wěn)定運(yùn)行，通常根據(jù)擾動(dòng)性質(zhì)將其分為靜態(tài)