电力系统暂态分析总复习.ppt

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1、第一章 同步发电机突然三相 短路的分析,第一节 短路的一般概念,第二节 同步发电机突然三相短路后的物 理过程及短路电流的近似分析,第三节 同步发电机的基本方程,第四节 同步发电机的暂态参数和效电路,第五节 同步发电机的次暂态参数和效电路,第八节 自动励磁调节对短路电流的影响,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,同步发电机突然短路后定、转子电流分量及对应关系,I、I、I的概念,重点：,短路电流的变化特点及其原因,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,（四）定子、转子回路电流分量对应关系与衰减,定子：基频交流电流 直流电流 2倍频交流电流,励磁：励

2、磁电流 附加直流电流 基频交流电流,D绕组：附加直流电流 基频交流电流,Q绕组：基频交流电流,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,定子：基频交流电流 直流电流 2倍频交流电流,励磁：励磁电流 附加直流电流 基频交流电流,D绕组：附加直流电流 基频交流电流,Q绕组：基频交流电流,两个衰减过程Td、Td,一个衰减过程Ta,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,空载短路电流公式,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,当,很大时，显然,变化过程,第二节 同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析,空载,负载,结论：负载

3、短路电流小于空载短路电流,负载短路电流与空载短路电流的比较,第三节 同步发电机的基本方程,abc坐标下电感系数的特点,派克变换的物理意义、目的、研究方法及其应用,重点：,掌握dq0坐标下的发电机基本方程及其特点,磁链方程,第三节 同步发电机的基本方程,三、派克变换及其应用,拉氏变换,从时域变换到频域，微分方程变为代数方程,对称分量变换,从不对称空间变换到对称空间,派克变换,把变系数微分方程变换为常系数微分方程,傅立叶变换、小波变换等等,综合相量,显然,为直流,第三节 同步发电机的基本方程,派克变换矩阵,派克变换实现了不同坐标系电流 的等价变换,派克方程的简化,忽略电阻、忽略S、忽略定子回路电磁

4、暂态过程,第四、五节 同步发电机参数和等值电路,内容：,正常运行时的电压方程和相量图。,暂态参数和等值电路,次暂态暂态参数和等值电路,第四、五节 同步发电机参数和等值电路,重点：,掌握同步发电机电抗xd、xd、xd,同步发电机电势Eq、Eq、Eq,同步发电机时间常数Td、Td、Ta、Tf物理意义、计算方法和等值电路，并比较其大小。,第四、五节 同步发电机参数和等值电路,掌握同步发电机暂态电势、次暂态电势不突变的原因。,重点：,虚构电动势的概念,根据虚构电动势绘制相量图,虚构电动势,代入,组合,以相量表示,在虚轴（j）轴上,第二章 电路系统故障的 计算机算法,第一节 概述,第二节 电力系统故障计

5、算的等效网络,第三节 对称短路计算,第四节 简单不对称故障计算,第五节 复杂故障的计算方法,第二、三节 电力系统故障计算机计算,会列写用于短路计算的导纳型节点方程,重点：,掌握阻抗矩阵元素的求解方法,对称故障时故障处短路电流计算,对称故障时非故障处短路电流计算,第四章 电力系统运行稳定性的基本 概念和各元件的机电特性,第一节 电力系统运行稳定性的基本概念,第二节 同步发电机组的机电特性,第三节 发电机励磁系统与原动机系统 数学模型,第一节 电力系统运行稳定性 的基本概念,电力系统稳定的基本概念,静态稳定、暂态稳定、动态稳定的定义,重点：,系统失稳的原因、失稳后现象、不稳定的危害,稳定的分类及其

6、原因,第一节 电力系统运行稳定性 的基本概念,电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增大或振荡，系统是不稳定的。,稳定的基本概念,第一节 电力系统运行稳定性 的基本概念,静态稳定：是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步或自发振荡，自动恢复到初始运行状态的能力。暂态稳定：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机组保持同步运行

7、并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。动态稳定：是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程运行稳定性的能力,第二节 同步发电机组的机电特性,发电机转子运动方程,掌握发电机组的惯性时间常数及物理意义。,重点：,推导隐极机以Eq、Eq、E、UG表示的有功功率表达式,功率极限、暂态磁阻功率的概念,隐极机、凸极机功率极限的区别,转子运动方程,发电机转子运动方程式，是电力系统稳定性分析计算中最基本的方程，方程式初看似乎简单，但它的右函数，即机械功率和电磁功率却是复杂的非线性函数。在实际的多机电力系统中，电磁功率不单与本台发电机的电磁特性、励磁调节系统特性等有关，而且

8、还与其他发电机的电磁特性、负荷特性、网络结构等有关，它是电力系统稳定性分析计算中最为复杂的部分。可以说，电力系统稳定性计算的复杂性和工作量，取决于发电机电磁转矩(或功率)的描述和计算。,（一）简单系统中发电机的功率,1.隐极同步发电机的功角特性,(l)以空载电动势和同步电抗表示发电机,功率极限,暂态磁阻功率,（2）以暂态电动势和暂态电抗表示发电机,功率极限出现在功角大于90度时,第二节 同步发电机组的机电特性,暂态磁阻功率的出现带来了功角特性计算的复杂化，在工程近似计算中往往采取进一步的简化,经典发电机模型,磁阻功率,磁阻功率的影响：（1）使功率极限略有增加；（2）使极限功率在90时出现,第三

9、节 发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型,一、发电机励磁系统及其数学模型,自动调节励磁系统发电机主励磁系统和自动调节励磁装置的合称。主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端电压、电流等自动地调节主励磁系统的励磁电压。,（一）主励磁系统及其数学模型,主励磁系统,直流励磁机励磁系统,交流励磁机励磁系统,静止励磁系统,主励磁系统,常规励磁系统,快速励磁系统,第五章 电力系统的静态稳定性,第一节 简单电力系统的静态稳定,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,第三节 自动调节励磁系统对静态 稳定性的影响,第五节 提高电力系统静态稳定性的措施

10、,第一节 简单电力系统的静态稳定,一、简单电力系统小干扰后的物理过程二、静态稳定判据三、静稳极限与静稳储备系数四、凸极机与隐极机静稳极限的区别,重点：,第一节 简单电力系统的静态稳定,a点：,b点：,简单系统静态稳定判据：,称为整步功率系数,第一节 简单电力系统的静态稳定,静稳极限,静稳储备系数,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,一、李雅普诺夫稳定判断准则二、小干扰法公式推导过程三、阻尼对静态稳定的影响,重点：,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,李雅普诺夫稳定性判断原则是，若线性化方程中的A矩阵没有零值和实部为零值的特征值，则非线性系统的稳定性可以完全由线性化方程的

11、稳定性来决定。即1)若A矩阵的所有特征值均为负实数或实部为负的复数，则系统是稳定的2)若A矩阵的特征值出现一个正实数或一个实部为正的复数，则系统是不稳定的，前者对应于非周期性的失稳，后者则对应于周期性的振荡失稳3)若A矩阵特征值出现零根或实部为零的虚数根，则系统处于稳定的边界，系统状态变量将作周期性的等幅振荡,二、小干扰法分析简单系统的静态稳定,建立系统数学模型,模型偏差化,模型线性化,计算特征值,判断系统稳定性,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,（一）列出系统状态变量偏移量的线性状态方程,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,（二）根据特征值判断系统的稳定性,第二节

12、简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,正实根+负实根,系统不稳定,一对虚根,系统处于稳定的边界,周期性的等幅振荡,低频振荡,第二节 简单电力系统静态稳定性 分析的小干扰法,实际电力系统中一般存在着正的阻尼，阻尼因素会使系统振荡能量不断损耗，因而和将作衰减振荡，即系统受到小干扰后经过衰减的振荡，最后恢复同步，系统实际上是稳定的。,特征值p具有负实部的条件为,1）若Seq0，则不论D是正或负，p总有一正实根，系统均将非周期性地失去稳定，只是在正阻尼时过程会慢一些。2）若Seq0，则D的正、负将决定系统是否稳定：D0，系统总是稳定的。由于一般D不是很大，p为负实部的共轭根，即系统受到小干扰后，和作

13、衰减振荡。D0，系统不稳定。一般p为正实部的共轭根，系统受到小干扰后，和作增幅振荡，即系统振荡失稳。,第三节 自动调节励磁系统对 静态稳定性的影响,励磁控制对静态稳定的影响（只掌握结论）,了解：,电力系统稳定器的作用,低频振荡概念及产生原因,调节励磁对静态稳定影响的综述,第五节 提高电力系统静态 稳定性的措施,掌握改善静态稳定的措施及其原理。,重点：,一、采用自动调节励磁装置,=90,人工稳定区,Eq、Xd,Eq、Xd,第五节 提高电力系统静态 稳定性的措施,二、减小元件的电抗,（一）采用分裂导线,（二）采用串联电容补偿,串联电容补偿度Kc（=xc/xL）,补偿度必须取合适的值,第五节 提高电

14、力系统静态 稳定性的措施,三、提高线路标称电压等级,提高线路额定电压必须加强线路的绝缘、加大杆塔的尺寸并增加变电所的投资。因此，一定的输送功率和输送距离对应一个经济上合理的线路额定电压等级。,第五节 提高电力系统静态 稳定性的措施,四、改善系统的结构和采用中间补偿设备,（一）改善系统的结构,加强系统的联系，例如增加输电线路的回路数。另外，当输电线路通过的地区原来就有电力系统时，将这些中间电力系统与输电线路连接起来也是有利的。,（二）采用中间补偿设备,装设静止补偿器（SVC）,第六章 电力系统的暂态稳定性,第一节 电力系统的暂态稳定性概述,第二节 简单电力系统暂态稳定性分析,第三节 发电机转子运

15、动方程的数值解法,第四节 自动调节系统对暂态稳定性的影响,第七节 提高电力系统暂态稳定性的措施,第二节 简单电力系统暂态 稳定性分析,一、机电暂态分析时的简化条件及原因 二、加速面积、减速面积、等面积定则三、掌握极限切除角的计算四、简单系统的暂态稳定判据五、会画加速面积减速面积,重点：,加速面积,减速面积,第二节 简单电力系统暂态 稳定性分析,三、极限切除角和极限切除时间,如果对应于某一故障切除角，最大可能的减速面积与加速面积大小相等，则系统处于稳定的极限情况，大于这个角度切除故障，系统最大可能的减速面积将小于加速面积，系统失去稳定。这个角度称为极限切除角,应用等面积定则可以方便地确定极限切除

16、角,第二节 简单电力系统暂态 稳定性分析,摇摆曲线,为了判断系统的暂态稳定性，还需知道转子抵达极限切除角所用的时间，即所谓故障的极限切除时间,可以通过求解故障时发电机转子运动方程来确定功角随时间变化的特性,第三节 发电机转子运动方程 的数值解法,一、显示积分、隐式积分的概念二、改进欧拉法计算摇摆曲线的过程与公式,了解：,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,一、快速切除故障与自动重合闸二、发电机强行励磁三、电气制动四、联锁切除部分发电机五、快关汽门,重点：,一、改变制动功率(发电机输出的电磁功率),(一)故障的快速切除和自动重合闸装置的应用,切除故障时间是继电保护装置动作时间和断路器动作时间

17、的总和。目前已能做到短路后0.06s切除故障线路，其中为保护装置动作时间0.02s，为断路器动作时间0.04s。,单相自动重合闸,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,(二)对发电机施行强行励磁,发电机都具有强行励磁装置，以保证当系统发生故障而使发电机端电压低于额定电压 时迅速而大幅度地增加励磁，从而提高发电机电动势，增加发电机输出的电磁功率。强行励磁对提高发电机并列运行和负荷的暂态稳定性都是有利的。,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,(三)电气制动,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,(五)输电线路设置开关站,第七节 提高电力系统暂态 稳定

18、性的措施,(六)输电线路采用强行串联电容补偿,近年来，一些国家已在应用可控串联补偿装置()，它由电容器与晶闸管控制的电抗器并联组成。调节晶闸管的导通角可以改变通过电抗器的电流，使补偿装置的基频等效电抗在一定的范围内连续变化，不仅可进行参数补偿，还可向系统提供阻尼，抑制振荡，提高系统的静态稳定性和暂态稳定性。,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,二、改变原动功率(原动机输出的机械功率),(一)快速的自动调速系统或者快速关闭进汽门,现有的原动机调节器都具有一定的机械惯性(特别是水轮机调节器)和存在失灵区，因而其调节作用有一定的迟滞(要在发电机转速变化到一定值后才动作)。加之原动机本身从调节器改变输入工质的数量(如蒸汽量)到它的输出转矩发生相应的变化需要一定的时间(汽轮机用汽容时间常数表征)。所以，即使是动作较快的汽轮机调节器，它对暂态稳定的第一个摇摆周期影响也很小。,第七节 提高电力系统暂态 稳定性的措施,(三)合理选择远距离输电系统的运行接线,远方发电厂向系统中心输电常常采用多回路输电方式。但在运行中，从提高系统暂态稳定性的角度宜选用机组单元接线或扩大单元接线方式向远方的负荷中心输电。,三、系统失去稳定后的措施（了解）,