電力系統(tǒng)分析第十五章：電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念115-1概述

15-2功角的概念

15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念

15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念

15-5負(fù)荷穩(wěn)定的概念

15-6電壓穩(wěn)定性的概念

15-7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念2電磁暫態(tài)分析旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速保持不變假設(shè)暫態(tài)過程中的電流、電壓的變化機電暫態(tài)分析重點研究轉(zhuǎn)子機械運動規(guī)律電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題重點保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運行的必要條件。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念3

在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或操作后，將產(chǎn)生復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程，電磁暫態(tài)過程主要指各元件中電場和磁場以及相應(yīng)的電壓和電流的變化過程，機電暫態(tài)過程則指由于發(fā)電機和電動機電磁轉(zhuǎn)矩的變化所引起電機轉(zhuǎn)子機械運動的變化過程。雖然電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程同時發(fā)生并且相互影響，但是要對它們統(tǒng)一分析卻十分復(fù)雜。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念4由于這兩個暫態(tài)過程的變化速度實際上相差很大，在工程上通常近似地對它們分別進(jìn)行分析。例如：在電磁暫態(tài)過程分析中，常不計發(fā)電機和電動機的轉(zhuǎn)速變化。而在靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性等機電暫態(tài)過程分析中，則往往近似考慮或甚至忽略電磁暫態(tài)過程。只有在分析由發(fā)電機組軸系引起的次同步諧振現(xiàn)象，計算大擾動后軸系的暫態(tài)扭矩等問題中，才不得不同時考慮電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念5本章框架

概念

功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定負(fù)荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定運動方程穩(wěn)定性2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念615-1概述——穩(wěn)定問題的提出一、聯(lián)網(wǎng)的必要性1.1831年法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律，電能成為二次能源，就地使用。2.1885和1890年發(fā)明了單相變壓器和三相變壓器。3.1891年出現(xiàn)了三相交流輸電，遠(yuǎn)距離輸電成為可能，出現(xiàn)了由發(fā)電機、線路和負(fù)荷構(gòu)成的最簡單的電力系統(tǒng)。4.由于實際運行中發(fā)現(xiàn)受端系統(tǒng)在缺乏電源支持的情況下非常薄弱，逐漸出現(xiàn)了多電源點的互聯(lián)運行，從而形成了早期的互聯(lián)電網(wǎng)。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念7多個地區(qū)聯(lián)網(wǎng)形成大型互聯(lián)電網(wǎng)后：有利于地區(qū)間電力的平衡和經(jīng)濟調(diào)度有利于安排機組的檢修和事故備用容量有利于充分利用系統(tǒng)中廉價的水利資源有利于實現(xiàn)負(fù)荷點的多路供電以提高供電可靠性有利于提高系統(tǒng)的抗沖擊能力有利于提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量——由于互聯(lián)系統(tǒng)在經(jīng)濟上的明顯優(yōu)點，電力系統(tǒng)互聯(lián)的規(guī)模越來越大，世界上最大的西歐聯(lián)合電力系統(tǒng)總裝機容量已超過2億KW。聯(lián)網(wǎng)的效益2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念81880年7月，上海，第一臺12KW機組1949年，發(fā)電量43億KWh，裝機容量1848.6KW1999年，發(fā)電量12331.4億KWh

，裝機容量2.98億KW裝機容量：96年超過1億，95年超過2億，96年開始排世界第二，

2000年4月超過3億

2004年4月裝機容量達(dá)4億千瓦

2020年計劃達(dá)到裝機容量9億KW發(fā)電量：99年比98年增加6.52%,

目前也是世界第二位目前最大的火電廠：鄒縣電廠，240萬KW目前最大的水電廠：二灘電廠，330萬KW★三峽電廠，裝機容量1820萬KW

，將是世界最大目前全國電網(wǎng)覆蓋率：96.4%7個大區(qū)電網(wǎng)，華東網(wǎng)5198萬KW5個獨立省網(wǎng)，廣東省網(wǎng)3033萬KW我國電力系統(tǒng)發(fā)展歷史2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念9194019501960197019801990200035-110KV220KV330KV500KVHVDC?KV1953年松常線369KM1972年劉漢線534KM1981年平武線595KM1989年葛上線1064KM我國電力系統(tǒng)發(fā)展歷史（電壓水平）2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念10電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)可以合理利用能源資源，具有顯著的經(jīng)濟效益，因而得到了十分迅速的發(fā)展，但它同時也帶來了一些新的問題。隨著電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)程度的不但提高，系統(tǒng)越來越龐大，運行方式越來越復(fù)雜，保證系統(tǒng)安全可靠運行的難度也越來越大，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題越來越突出。在現(xiàn)代大電網(wǎng)中，各區(qū)域、各部分互相聯(lián)系、密切相關(guān)、在運行過程中互相影響。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善，缺少必要的安全措施，一個局部的小擾動或異常運行也可能引起全系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，甚至造成大面積的系統(tǒng)瓦解。二、電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的提出

2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念11三、穩(wěn)定性概念電力系統(tǒng)受干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和控制設(shè)備的作用，在有限的時間內(nèi)，恢復(fù)到原始運行狀態(tài)或穩(wěn)定到新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。

2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念12穩(wěn)定性示意圖

穩(wěn)定運行暫態(tài)過程失去穩(wěn)定新的穩(wěn)態(tài)運行干擾穩(wěn)定不穩(wěn)定2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念13基本問題——早期穩(wěn)定研究的內(nèi)容1.聯(lián)網(wǎng)后發(fā)電機組是否仍能按如下額定功率順利地送出功率，如果不能，應(yīng)該如何確定發(fā)電機的最大允許輸出功率?2.線路可以傳送的功率是否仍然只受經(jīng)濟電流密度和最大允許電流(熱穩(wěn)定極限)限制，如果不是，應(yīng)該如何確定線路允許的最大傳送功率?3.線路出現(xiàn)短路或跳閘等事故時系統(tǒng)能否仍然正常運行，如果不能，應(yīng)該引入什么樣的保護(hù)裝置和／或穩(wěn)定控制裝置?四、電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的內(nèi)容2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念14隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，不斷出現(xiàn)大量新的穩(wěn)定問題：如何在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱的情況下防止由于某一設(shè)備或線路的故障產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致全系統(tǒng)的穩(wěn)定事故；如何防止長距離重負(fù)荷的聯(lián)絡(luò)線引起的低頻振蕩現(xiàn)象；如何防止由于大型互聯(lián)系統(tǒng)頻率維持能力逐漸減弱且可能的有功沖擊加大可能引起的頻率穩(wěn)定問題；如何防止帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器和無功功率缺額可能引起的電壓穩(wěn)定問題。對電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的研究發(fā)展至今，已形成為一個研究內(nèi)容日新月異、研究方法多種多樣、應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊的綜合性研究領(lǐng)域電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究的內(nèi)容2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念15電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題：系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到擾動后能否恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)或過渡到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的問題。同步運行狀態(tài)：所有并聯(lián)運行的同步電機都有相同的電角速度。是電力系統(tǒng)正常運行的一個重要標(biāo)志。在這種運行狀態(tài)下，表征運行狀態(tài)的參數(shù)具有接近于不變的數(shù)值，通常稱為穩(wěn)定運行狀態(tài)。同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速決定于作用于其軸上的轉(zhuǎn)矩的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡與穩(wěn)定性：轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)矩必須平衡，發(fā)電機才能穩(wěn)定地與系統(tǒng)同步運行；但轉(zhuǎn)矩平衡并不一定能穩(wěn)定運行。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念16同步穩(wěn)定性問題：電力系統(tǒng)在運行中受到微小的或大的擾動之后能否繼續(xù)保持系統(tǒng)中同步電機間同步運行的問題。這種穩(wěn)定性是根據(jù)功角的變化規(guī)律來判斷的，因而又稱功角穩(wěn)定性。穩(wěn)定分類靜態(tài)穩(wěn)定

暫態(tài)穩(wěn)定按電力系統(tǒng)承受擾動的大小，分為

2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念17擾動大小概念原因小干擾正常的負(fù)荷和參數(shù)的波動1個別電動機的接入和切除；2加負(fù)荷和減負(fù)荷；3架空輸電線因風(fēng)吹擺動引起線間距離（影響線路電抗）的微小變化；4發(fā)電機轉(zhuǎn)速可能產(chǎn)生微小變化。大干擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化，功率、電流和電壓變化大1負(fù)荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶等；2突然增加或減小發(fā)電機出力，如切除一臺容量較大的發(fā)電機；3發(fā)生短路故障和斷線故障，無故障斷開線路也屬于這一類干擾。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念181981年中國水利電力部制訂的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中對電力系統(tǒng)穩(wěn)定作了如下規(guī)定：分類定義靜態(tài)穩(wěn)定指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。動態(tài)穩(wěn)定指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念19小干擾：對系統(tǒng)行為特性影響與干擾地點和大小無關(guān)。在運行點對特性曲線線性化，判別系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定或不穩(wěn)定。六、研究方法大干擾：結(jié)構(gòu)變化對運行點有很大偏移，不能線性化——機電暫態(tài)過程，判別暫態(tài)穩(wěn)定，用數(shù)值方法求解。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念2015-2功角的概念

一電路分析二功角特性三功角四功角特性圖2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念21一、電路分析圖15-1簡單電力系統(tǒng)及其等值電路不考慮電阻及導(dǎo)納發(fā)電機輸出電磁功率：系統(tǒng)總阻抗：無限大容量母線隱極機2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念22發(fā)電機輸出電磁功率：二、功角特性/功率特性2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念23圖15-3功角特性

當(dāng)發(fā)電機電勢Eq和受端電壓V均恒定時，傳輸功率Pe是角度δ的正弦函數(shù)。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念24傳輸功率的大小與相位角δ密切相關(guān)，稱δ為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角δ的關(guān)系，稱為“功角特性”或“功率特性”。功角δ除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表明了各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對位置。定義：2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念25三、功角δ

為電勢與電壓之間的相位角。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念26功角相對空間的位置PTPEωNEqVωNVEqEq2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念27發(fā)電機轉(zhuǎn)子上作用著兩種轉(zhuǎn)矩：1電磁轉(zhuǎn)矩Me，它向系統(tǒng)輸出，是制動性轉(zhuǎn)距；2機械轉(zhuǎn)矩MT，它由原動機輸入，是加速性轉(zhuǎn)距。PTPewN正常運行時，轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速恒定

電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩用對應(yīng)的電磁功率和機械功率描述2/22/202428EqwNV送端系統(tǒng)受端系統(tǒng)d0PT=Pe=P0

PTPewN2/22/202429PTPeEqwNVwNd0：PT>Pe

d1：

PT1=Pe

EqVd0wN1d12/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念30功角的物理意義表示電勢Eq和V之間的夾角，即表示系統(tǒng)的電磁關(guān)系。表示了各發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對空間位置，又稱為“位置角”。通過δ，可以把電力系統(tǒng)間的電磁運動和機械運動聯(lián)系起來。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念31電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述及一個簡單的機械比擬2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念32P0P1d0dPed1四、功角特性圖2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念3315-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念同步運行轉(zhuǎn)矩平衡？

一、功角特性分析二、靜態(tài)穩(wěn)定初步概念2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念34定義電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——靜態(tài)穩(wěn)定(SteadyStability)

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念35例如：個別電動機的接入和切除，加負(fù)荷和減負(fù)荷；架空輸電線因風(fēng)吹擺動引起的線間距離的微小變化；發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不是絕對均勻的，即功角是有微小變化的。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題實際上就是確定系統(tǒng)的某個運行穩(wěn)態(tài)能否保持的問題。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念36一、功角特性分析

穩(wěn)態(tài)運行時有兩個平衡點a和b。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念37a點:回到a點（振蕩）減速d減小

正的Dd干擾回到a點（振蕩）加速d增大

負(fù)的Dd干擾a'a''0Pe2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念38ta點能穩(wěn)定運行2/22/202439b點:加速d增大

正的Dd干擾減速d減小

負(fù)的Dd干擾0Pe失步DP增大d增大b'b''回到a點|DP|增大d減小2/22/202440tb點是不穩(wěn)定運行點

故a點為靜態(tài)穩(wěn)定點，b點為靜態(tài)不穩(wěn)定點，正常運行時一定在a點。0Pe2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念422/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念43定義如果在工作點處S大于0，系統(tǒng)在該點是靜態(tài)穩(wěn)定的如果S小于0，則系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的S的數(shù)值大小可以說明靜態(tài)穩(wěn)定的程度，或者說表示了發(fā)電機維持與系統(tǒng)同步運行的能力于是系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)可以表示為二、靜態(tài)穩(wěn)定初步概念2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念440Pe2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念45整步功率系數(shù)：表明發(fā)電機維持同步運行的能力，即靜態(tài)穩(wěn)定的程度。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念46靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)以有功功率表示的靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)簡單系統(tǒng)2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念472/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念482/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念49

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是研究電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。假如在電力系統(tǒng)中有一瞬時小干擾，在干擾消失后，系統(tǒng)能回復(fù)到原始運行狀態(tài)；而在一個永久性的小干擾作用下，系統(tǒng)經(jīng)歷一個暫態(tài)過程后，能達(dá)到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，則這一系統(tǒng)被認(rèn)為是靜態(tài)穩(wěn)定的、否則系統(tǒng)在小干擾下將是靜態(tài)不穩(wěn)定的。

靜態(tài)穩(wěn)定研究的是系統(tǒng)對微小干擾的適應(yīng)能力，或者說考慮的是系統(tǒng)在運行點處維持同步運行的能力，系統(tǒng)是否能夠維持靜態(tài)穩(wěn)定主要與系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的運行方式有關(guān)，與小干擾的大小及具體發(fā)生地點無關(guān)。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念5015-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定——暫態(tài)穩(wěn)定(TransientStability)

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)定方式的能力。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念51一、暫態(tài)穩(wěn)定性與干擾的型式有關(guān)，一般有3種基本形式：

(原因)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)突然變化，常見的是短路。無故障斷開線路也屬這一類干擾；突然增加或減少發(fā)電機出力；突然增加或減少大量負(fù)荷。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念52

由于大干擾的形式不同，系統(tǒng)在某一運行方式下受到大干擾后的暫態(tài)穩(wěn)定情況也不相同，即同一個電力系統(tǒng)在某一運行方式和某種干擾下是暫態(tài)穩(wěn)定的，但在另一種運行方式和另一種干擾下可能不穩(wěn)定。在分析某一系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性時，首先必須確定出系統(tǒng)的初始運行方式。系統(tǒng)的干擾方式則應(yīng)視具體情況而定。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念53電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析基本的假定

不考慮短路電流中非周期分量的作用并假定發(fā)電機定子電阻為零。暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)中的頻率基本不變，仍為50Hz。當(dāng)故障為不對稱故障時，只計正序基頻分量的影響。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念54圖15－7切除一回輸電線路切除一回線路后GT-1LT-2VP,QjXdjXT1jXT2jXLjXL二、電路分析2/22/202455假定Eq保持不變<0PePIIPI三、暫態(tài)過程分析2/22/2024560PePI原動機功率：PT=P0正常時運行在a(da)：wG=wN2/22/2024570PePI切除一回線路整個過程中調(diào)速器不動，PT=P0不變。假設(shè)2/22/2024580PePIIPIt=0，d=da系統(tǒng)工作在b點c點加速，Dw>0d增大

情況12/22/202459過c點d=dmaxd點：減速，Dw>0d增大c點：Dw=0Dw>00PePIIPIDw2/22/202460過c點，Dw<0，減速d減小d點：減速Dw<0d減小，Dw=0，加速，Dw>0d增大……穩(wěn)定在c點：Dw=0，PT=Pe0PePIIPIDwd,DwdadcdmaxdDwt角度、角速度隨時間變化圖形：0PePIIPI2/22/202462

在情況1的運行方式下，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。0PePIIPI可見當(dāng)初始運行功率較高時

情況2過c'點，Dw>0d增大Dw>0，d增大c'點發(fā)電機間不再同步，系統(tǒng)失去了暫態(tài)穩(wěn)定性

0PePIIPI0Pe臨界角PIIPI角度、角速度隨時間變化圖形：

情況2下系統(tǒng)不具有暫態(tài)穩(wěn)定性2/22/202466圖15-8暫態(tài)穩(wěn)定的概念2/22/202467圖15-9失去暫態(tài)穩(wěn)定2/22/202468二、暫態(tài)穩(wěn)定初步概念

電力系統(tǒng)在正常運行方式下，受到大干擾后，能從原來的運行狀態(tài)(平衡點)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并在新運行狀態(tài)下穩(wěn)定地運行——同步運行，即認(rèn)為電力系統(tǒng)在這個方式下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：大擾動后功角隨時間變化的特性2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念69如果電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到某種形式的大擾動，經(jīng)過一個機電暫態(tài)過程后能夠恢復(fù)到原始的穩(wěn)態(tài)運行方式或過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行方式，則認(rèn)為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行方式有關(guān)，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間有關(guān)。一般采用的是對全系統(tǒng)非線性狀態(tài)方程的數(shù)值積分法進(jìn)行對系統(tǒng)動態(tài)過程的時域仿真，通過對計算得到的系統(tǒng)運行參數(shù)(如轉(zhuǎn)子角)的動態(tài)過程的分析判別系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念7015-5負(fù)荷穩(wěn)定的概念在電力系統(tǒng)的負(fù)荷中，主要成分是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電負(fù)荷。其中，電動機負(fù)荷又占主要成分。在電動機負(fù)荷中，一部分為同步電動機，大部分為異步電動機。同步M負(fù)荷——受擾前后能否繼續(xù)保持同步運行的穩(wěn)定性？異步M負(fù)荷——運行穩(wěn)定性問題？2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念71異步M迅速減速以致停轉(zhuǎn)M吸收功率小運行電壓過低或機械負(fù)荷過重電廠發(fā)電機輸出功率變化發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對運動，嚴(yán)重時失去同步2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念72一、負(fù)荷靜態(tài)穩(wěn)定概念節(jié)點的負(fù)荷——綜合告負(fù)荷，數(shù)量眾多的各用電設(shè)備以且變配電設(shè)備穩(wěn)定分析中以一臺等值異步電動機來代表異步電動機的簡化等值電路

R/SjXσI0IjXmV圖12-1異步電動機簡化等值電路2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念730MMeMMab異步電動機電磁轉(zhuǎn)距異步電動機機械轉(zhuǎn)距一、轉(zhuǎn)距-轉(zhuǎn)差特性

異步M的電磁轉(zhuǎn)矩2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念74二、轉(zhuǎn)距-轉(zhuǎn)差特性分析0MMeMMabsasa'ΔMa點sa

sa'點Δs減小a'1情況12/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念750MMeMMabsbsb'DM電動機停轉(zhuǎn)sb

sb'點Ds增大b'2情況22/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念76三、負(fù)荷穩(wěn)定的概念負(fù)荷穩(wěn)定性就是負(fù)荷在正常運行中受到擾動后能保持在某一恒定轉(zhuǎn)差下繼續(xù)運行的能力。用ΔM/Δs>0作為負(fù)荷靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。0MMeMMab2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念7715-6電壓穩(wěn)定性的概念世界上電壓穩(wěn)定大事故：1978年12月19日，法國電網(wǎng)1983年12月27日，瑞典電網(wǎng)1987年7月23日，日本東京電網(wǎng)1989年3月13日，加拿大魁北克電網(wǎng)1996年7月2日，美國西部聯(lián)合電網(wǎng)（WSCC）2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念78我國十大電壓穩(wěn)定事故：1972年7月20日，浙江1972年7月27日，湖北1980年7月27日，安徽1982年8月7日，華中1989年8月4日，貴州1990年9月20日，廣東1993年3月14日，新疆1993年4月24日，海南1995年9月9日，寧夏1997年2月27日，西北2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念79一、電壓失穩(wěn)的特點

事故發(fā)生具有突然性和隱蔽性。運行人員在電壓不穩(wěn)定事故發(fā)生初期很難察覺。事故發(fā)展具有不可控性。電壓不穩(wěn)定一旦發(fā)生，不能及時地采取緊急控制來阻止電壓的下降，最終可能會導(dǎo)致全系統(tǒng)大面積電壓崩潰。事故發(fā)生時系統(tǒng)一般處于負(fù)荷過載狀態(tài)。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念80電壓穩(wěn)定性（VoltageStability）

是指在正常運行情況下或者遭受干擾后，電力系統(tǒng)維持所有母線電壓在可以接受的穩(wěn)態(tài)值的能力。二、電壓穩(wěn)定的定義2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念81

電壓穩(wěn)定性：維持所有母線電壓的能力。在系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性分析中，主要關(guān)注負(fù)荷點電壓的行為，因此電壓穩(wěn)定性有時也稱為負(fù)荷穩(wěn)定性。比較

功角穩(wěn)定性：同步發(fā)電機間保持同步運行的能力；以發(fā)電機轉(zhuǎn)子間相對角的運動規(guī)律作為判斷穩(wěn)定性的依據(jù)，如前面所講的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定等。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念82

是指電力系統(tǒng)在遭受一系列故障后導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)大面積、大幅度的母線節(jié)點電壓持續(xù)性下降的過程。(4)電壓崩潰（VoltageCollapse）

電壓崩潰比電壓穩(wěn)定性要復(fù)雜很多，系統(tǒng)母線電壓的崩潰既可以是功角不穩(wěn)定造成的，也可以是電壓不穩(wěn)定造成的，也可能是二者共同作用造成的。它是一個描述電壓下降的過程和現(xiàn)象的術(shù)語。注意2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念83

它不僅指一個系統(tǒng)不發(fā)生功角失穩(wěn)的能力，還包括在出現(xiàn)任何適當(dāng)而可信的預(yù)想事故或有害的系統(tǒng)變更后，系統(tǒng)維持電壓穩(wěn)定的能力。(5)電壓安全性（VoltageSecurity）2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念84電壓穩(wěn)定性：強調(diào)在正常運行和某種故障條件下維持所有母線電壓在可以接受的水平的能力。電壓安全性：強調(diào)在任意適當(dāng)而可信的預(yù)想事故或者系統(tǒng)變更后都能確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的能力。電壓安全性比電壓穩(wěn)定性要求更高。比較2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念85(6)電壓不穩(wěn)定(VoltageInstability)

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動、負(fù)荷增大或者系統(tǒng)變更后使得一些母線電壓急劇下降或者向下漂移，并且運行人員和自動裝置的控制已經(jīng)無法終止這種電壓衰落，從而使得系統(tǒng)的完整性遭到破壞，功率不能正常的傳送給用戶，則稱此時系統(tǒng)是電壓不穩(wěn)定的。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念86

電壓不穩(wěn)定最終可能會導(dǎo)致災(zāi)難性后果——電壓崩潰；電壓崩潰不一定由電壓不穩(wěn)定引起，也可能由功角不穩(wěn)定引起。比較2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念8715-7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程一、轉(zhuǎn)子運動方程二、參考軸與角度三、用標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)子運動方程四、慣性時間常數(shù)的意義2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念88一、轉(zhuǎn)子運動方程

由旋轉(zhuǎn)物體的力學(xué)定律原動機的機械轉(zhuǎn)矩發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量kg?m?s2機械角加速度rad/s2DMa=MT-Me為不平衡轉(zhuǎn)矩kg?m2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念891、以機械角度表示轉(zhuǎn)子運動方程機械角速度(rad/s)從某一固定參考軸算起的機械角位移(rad)2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念90如發(fā)電機的極對數(shù)為p2、以電角度表示機械電氣單位角度Qqrad角速度Wwrad/s角加速度Aarad/s22/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念91等式兩邊乘以p

單位均是有名單位角度以什么軸為參考？注意2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念92二、參考軸與角度

固定參考軸同步旋轉(zhuǎn)軸參考軸固定同步角度qd角速度wDw可見角加速度與參考軸的選擇無關(guān)。2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念93相對角和相對角速度與參考軸的選擇無關(guān)dij

=di-dj稱為相對角Dwij=wi

-wj為相對角速度Dwi稱為絕對角速度

di稱為絕對角固定參考軸同步旋轉(zhuǎn)軸2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念94三、用標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)子運動方程

有名值選擇轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值MB=SB/WN，上式兩邊除以MB2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念95為慣性時間常數(shù)，單位為s復(fù)習(xí)：轉(zhuǎn)矩等于功率除以角速度2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念96式中的單位：

名稱單位基準(zhǔn)功率角弧度角速度標(biāo)幺值額定角速弧度每秒慣性時常

秒機械、電磁功率標(biāo)幺值時間

秒2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念97寫成狀態(tài)方程的形式2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念98四、慣性時間常數(shù)的意義

慣性時間常數(shù)TJ是反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械慣性的重要參數(shù)。1、TJ的單位=s(秒)2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念99適當(dāng)變換后得W*=W/WN以發(fā)電機額定容量SN為基準(zhǔn)，通常稱為額定慣性時間常數(shù)選擇MB=MN=SN/WN2、TJ的物理意義2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念100取MT*=1、Me*=0，則DMa*=1。兩邊積分，得TJN=t2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念101TJN的物理意義：

當(dāng)發(fā)電機空載時，如原動機將一個數(shù)值等于額定轉(zhuǎn)矩MN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)(W*=0)啟動到轉(zhuǎn)速達(dá)額定值(W*=1)時所需的時間t，就是發(fā)電機組的額定慣性時間常數(shù)TJN。TJN=t

2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念1023、TJ的求取

一般手冊上只給出反映發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量和尺寸的GD2值st?m2r/minkVA2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念103

在電力系統(tǒng)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時，必須將各發(fā)電機的額定慣性時間常數(shù)歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)值下注意2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念104

將幾臺發(fā)電機合并成一臺等值發(fā)電機，合并后等值機的慣性時間常數(shù)為2/22/2024電力系統(tǒng)分析第十五章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念105

在多機電力系統(tǒng)中，對于第i臺發(fā)電機有(略去表示標(biāo)幺值的星號)如何求解方程式？取決于原動機及其調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜如何表達(dá)Pei？2/22/2024106復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角穩(wěn)定性基本概念原因危害后果分類分析方法dPejXdjXT1jXT2jXL/22/22/2024107復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定0Pe同步運行轉(zhuǎn)距平衡？a點能穩(wěn)定運行b點呢？2/22/2024108復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定0Pe小干擾后恢復(fù)穩(wěn)定的能力2/22/2024109復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角靜態(tài)穩(wěn)定0Pe暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性PIIPIGT-1LT-2VP,Q

大干擾后能在新的運行狀態(tài)下穩(wěn)定運行的能力穩(wěn)定運行靜態(tài)穩(wěn)定大擾動？小擾動2/22/2024110復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性負(fù)荷穩(wěn)定0MMeMMabDM/Ds>02/22/2024111復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定負(fù)荷穩(wěn)定突然性、隱蔽性、不可控性特點定義電壓穩(wěn)定性、電壓崩潰、電壓安全性、電壓不穩(wěn)定2/22/2024112運動方程復(fù)習(xí)第15章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

概念

功角靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定性負(fù)荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定2/22/2024113

湖北1972年7月27日大面積停電事故，造成武漢、黃石、黃岡地區(qū)全部停電。由于電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置誤動作，使丹江口到漢口的220kV輸電線路斷開，造成武漢和黃石地區(qū)電壓崩潰，使受端系統(tǒng)全部瓦解，經(jīng)濟損失約2700萬元。我國十大電壓穩(wěn)定事故2/22/2024114

1978年12月19日，法國電網(wǎng)因輸電線過載裝置運作跳閘，電網(wǎng)瓦解，造成法國本土四分之三的地區(qū)停電，最長停電時間8個半小時，其經(jīng)濟損失至少與50年經(jīng)濟調(diào)度工作所取得的經(jīng)濟效益相當(dāng)。世界電壓穩(wěn)定大事故2/22/2024115

瑞典大停電事故使南部系統(tǒng)全停電，停電負(fù)荷11400MW，占整個系統(tǒng)負(fù)荷的67%，電網(wǎng)全部恢復(fù)時間用了7h以上，事故損失2～3億瑞典克郎，約3000～5000萬美元。世界電壓穩(wěn)定大事故2/22/2024116

日本東京大停電事故停電8168MW，影響用戶280萬戶，停電時間最長達(dá)3h21min，兩個500kV變電站及一個275kV變電站全站停電，影響日本13條鐵路線停運達(dá)3h50min，東京地鐵及私營鐵路停運長達(dá)3h，自來水中斷，銀行計算機系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂。世界電壓穩(wěn)定大事故2/22/20241171989年3月13日凌晨2時44分，電網(wǎng)監(jiān)控室圖板警告燈突然閃爍，表示在電網(wǎng)的北端發(fā)生了故障。工作人員操作一個電壓控制器，關(guān)閉了一條向南部若干城市輸電的干線。就在技術(shù)人員正對這突