第15章电力系统运行稳定性的基本概念郭壮志ppt课件.pptx

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1、1,第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念,15-1 概述 15-2 功角的概念15-3静态稳定的初步概念15-4暂态稳定的初步概念15-5负荷稳定的概念15-6电压稳定性的概念15-7发电机转子运动方程,2,15-1 概述,1、正常稳定运行状态：任何G均具有相同的电角速度同步速度i=N同步运转；运行状态参数(V、I、P、Q、f 等)基本保持不变，且 VVN，ffN；I IN 负荷（用电设备）处于正常运行状态。2、电力系统暂态过程 正常稳态,3、稳定破坏的原因、危害：稳定破坏：G失去同步/f or V 不可控地急剧下降/负荷失去正常运行 原因：扰动大扰动：大容量元件投、切；系统故障（短路/断线

2、）小扰动：负荷随机变化(波动)；元件投、切；负荷快速大幅度增加 危害：运行状态参数剧烈变化或振荡，供电质量下降；系统瓦解，大面积供电中断！,暂态过程,3,15-1 概述,4、稳定问题的分类一般分类原则：,(1)按失稳特征分类：功角稳定（同步运行稳定性）频率稳定 电压稳定(2)按扰动大小 小扰动稳定静态稳定(不计调节装置和元件动态特性)动态稳定(计及调节装置和元件动态特性)大扰动稳定暂态稳定(3)按过渡过程时间框架 暂态稳定单摆稳定、多摆稳定 短期稳定性、中期稳定性、长过程动态稳定性(4)稳定问题的分析方法 小扰动静态稳定基于潮流的分析方法 小扰动动态稳定线性化基于空间线性状态方程的分析方法 暂

3、态稳定非线性微分-代数方程组的分析方法 中长期动态稳定综合分析方法,4,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,1、发电机电势间的时间相位角,功角,5,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,2、发电机转子相对空间位置角,6,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,3、与(同步/功角)稳定性的关系,7,15-3 静态稳定的初步概念,1、静态稳定性的定义：受到瞬时出现、立即消失的微小扰动后，系统具有抑制扰动、独立地恢复到原始运行状态(或近似的原始运行状态)的能力,2、转子净加速功率(转矩)与转子运动行为的关系：决定G转子运行行为的关键Ma=MT Me,Ma0，(N)

4、(0)Ma0，(N)(0),平衡点Ma=0，=N&=0=const,8,3、静态稳定性的机理分析：,15-3 静态稳定的初步概念,假设条件：G具有正阻尼(如摩擦转矩),9,15-3 静态稳定的初步概念,4、结论 静态稳定性的实用判据：,(1)静态稳定条件：,静态稳定实用判据,(2)电力系统维持正常运行的必要、但非充分条件：,(3)隐极机 单机无穷大 系统，不计AVREq=const：,10,15-4 暂态稳定的初步概念,1、暂态稳定性的定义：正常运行的系统受到(给定的)一定大小的扰动后，恢复到原始运行状态、或不失去同步地过渡到新的稳定运行状态的能力,正常运行,切除线路,系统条件：正常双回输电线

5、路运行条件下突然切除一回线路；隐极 Eq=const,功率特性：,11,15-4 暂态稳定的初步概念,2、暂态稳定过程分析,(1)稳定情形：,设：原动机机械输出功率（转矩）不变 原始运行点：a(SEP)，G=N、=0 突然切除一回线路 转子惯性功角不能突变,运行点转移：ab c，PT Pe，G、,0&过c后:cd，PT 0 d:max、=0 d:PT Pe,在c点附近若干次震荡后 cc点：SEPNew PT=Pe、G=N、=c,12,15-4 暂态稳定的初步概念,2、暂态稳定过程分析,(2)不稳定情形：,运行点 过c后:c c，PT 0 越过c PT Pe G、Pe G-运行点“一去不复返”！

6、G 与系统失去同步，稳定破坏！,13,15-4 暂态稳定的初步概念,3、暂态稳定的机理解释简单系统暂态稳定判据,PT Pe 转子加速，积蓄动能；PT Pe 转子减速，释放动能；稳定条件：在最大可能的减速过程中，“积蓄”完全“释放”，回到同步转速,稳定判据：S+S-max,注意：(1)复杂系统 无此简单判据 根本判稳依据：(t)const 且新的平衡点为SEP(t)摇摆曲线,(2)S-、S+稳定程度愈强,14,15-5 负荷稳定的概念,1、负荷稳定的定义：母线电压、电网频率变化时，负荷(用电设备)维持其正常运行的能力 一般而言，(理论上)只有动态负荷才存在稳定性问题！,典型负荷稳定问题感应电动机

7、(IM)运行稳定性 IM为主要的动态负荷，其运行稳定性表现为：能否以其额定(或接近额定)转速运行不发生过负荷、过热损坏,2、IM 的 M-s 曲线,15,15-5 负荷稳定的概念,3、静态稳定性分析：机理：M=Me-MT 0 n s M=Me-MT0 实际：s=5%左右,注意：IM失稳过程中(n、s s=1、n=0)吸收大量Q可能导致系统电压失稳！,16,15-6 电压稳定性的概念,1、单端供电系统的传输功率特性：,定义：系统维持各节点电压在允许范围内的能力,17,15-6 电压稳定性的概念,2、(静态)电压稳定性的基本概念,(1)区域 I：ZLD(YLD)V、P 电压稳定 区域 II：ZLD

8、(YLD)V、P 电压不稳定 判据：dP/dV0,(2)电压崩溃：电压失稳 电压不可控制地 大面积供电中断，乃至系统瓦解！,(3)影响电压稳定性的关键因素：本质原因：无功功率支撑 关键因素：负荷的动态特性 电压失稳时切除部分负荷有利于系统的电压稳定;但大量负荷失去也可能导致功角失稳！,18,15-7 发电机转子运动方程,一、转子运动方程,1、基本形式,19,15-7 发电机转子运动方程,一、转子运动方程,2、转子电气角位移的表示,Gi 相对于固定轴：i、i,Gi 相对于同步轴：i、i,Gi、Gj 之间的角位移、相对角速度：ij、ij,20,二、用标么值表示的转子运动方程,选转矩基准值：,15-

9、7 发电机转子运动方程,机械惯性时间常数,1、基本标幺值形式：,21,二、用标么值表示的转子运动方程,15-7 发电机转子运动方程,2、全标幺值形式：,rad,22,15-7 发电机转子运动方程,二、用标么值表示的转子运动方程,3、状态方程形式：,4、转差率形式的状态方程：,23,三、TJ 的物理意义,15-7 发电机转子运动方程,1、TJ(N)=SN基准下、以N 旋转所具有的动能标幺值之2倍,2、时间意义：,24,15-7 发电机转子运动方程,四、多机系统 TJ 不同基准容量 TJ 的换算,25,15-7 发电机转子运动方程,四、多机系统 TJ 系统等值机组的 TJ,系统等值机组 Geq：,26,15-7 发电机转子运动方程,五、稳定性分析面临的基本问题,求解摇摆方程，获得摇摆曲线(t)判断系统稳定性,机械功率特性原动机及其Governor,电磁功率特性由G的电气特性、网络特性共同决定,确定其变化规律(解析描述)复杂非线性、高维,27,希腊字母,28,本 章 小 结1、功角的概念和物理意义2、静态稳定的概念和判据3、静态稳定的概念和判据4、发电机的转子运动方程5、惯性时间常数的概念和物理意义,