电力系统暂态稳定

第八章电力系统暂态稳定8.1电力系统暂态稳定概述8.2简单系统的暂态稳定性8.3发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响8.4复杂电力系统的暂态稳定计算8.5提高暂态稳定性的措施18.1电力系统暂态稳定概述——暂态稳定的概念电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。暂态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。大干扰：短路故障，突然断开线路、变压器或发电机，大量负荷的切除或投入等。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。28.1电力系统暂态稳定概述——暂态过程的几个阶段1)起始阶段：故障后约1s内考虑保护动作：切除故障线路、重合闸、切机2)中间阶段：起始阶段后5s内3)后期：中间阶段以后的时间大干扰后，不同的时间里电力系统各部分的反应不同，分3个不同阶段来分析大扰动后的暂态稳定性：锅炉、电容器、电抗器、变压器、自动切负荷装置动作调速器来不及动作发电机组的调节系统已经发挥作用38.1电力系统暂态稳定概述——暂态稳定分析的简化模型2)不计调速器的作用：TPc1)发电机模型3)负荷为恒定阻抗qEE进一步假定恒定。E发电机的等值模型：dxEGIGU安装AER：qEc48.2简单系统的暂态稳定性8.2.1物理过程分析8.2.2等面积定则8.2.3发电机转子运动方程的求解58.2.1物理过程分析——正常运行状态的系统结构与功率特性正常运行I122LddTTXXXXXXIIsinEUPX图8-1(a)正常运行方式及其等值电路UU(8-1)(8-2)ImaxP68.2.1物理过程分析——故障时的系统结构与功率特性图8-1(b)故障情况及其等值电路星三角变换EU10X20XIIIIsinEUPX12XII1212121122dTTLdTTLXXXXXXXXXXXU短路附加电抗Page129UIIII00XXP三相短路时：(8-3)(8-4)IImaxP78.2.1物理过程分析——故障切除后的系统结构与功率特性III12dTLTXXXXXIIIIIIsinEUPX图8-1(c)故障切除后及其等值电路UU(8-5)(8-6)IIImaxP8各时段电磁功率曲线IIIIIIXXXIImaxIIImaxImaxPPPPTP0δPIPIIPIII一般0180IIIIIIsinEUPX(8-6)IIImaxPIIIIsinEUPX(8-4)IImaxPIIsinEUPX(8-2)ImaxP扰动前稳态短路阶段故障切除后09098.2.1物理过程分析——暂态过程中系统的功率特性与运动轨迹（及时切除故障）a-b-c-d-e-f-e-k-振荡IIIPPab010,ab,:a正常运行中突然故障：:bIIIIImaxmax:1,0,,ccceccPPce保护动作，切除故障，为切除角II,1,TEPPPbc沿III:,10:TEePPPef沿max:1,0,,ffminminmin,1,0,10TEkkPP点：III10:TEPPPfek沿IIIPkkk此后，运行点沿绕点振荡，如存在正阻尼，则振荡逐渐衰减，最终停留在点上持续运行。可见，系统在突然发生一回输电线始端不对称短路后，最终回到了稳态运行点点，所以系统在该大扰动下是暂态稳定的。图8-2图8-3振荡过程108.2.1物理过程分析——暂态过程中系统的功率特性与运动轨迹（切除故障过晚）图8-4图8-5失步过程IIIPPab010,ab,:a正常运行中突然故障：:bIIIIImaxmax:1,0,,ccceccPPce保护动作，切除故障过晚为切除角IIIhh1hh,1,TEPPP如切除故障较晚，在切除故障时，转子加速已比较严重，运行点沿，如果使得到达点时，依然成立，则将越过点对应的。越过点后，，发电机与无限大系统失去同步，即失步。III:,10:hTEePPPe沿II,1,TEPPPbc沿可见，系统在突然发生一回输电线始端不对称短路后，最终发电机失步，所以系统在该大扰动下是暂态不稳定。IPIIIPIIP11结论由上分析可知：系统是否具有暂态稳定性，不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。t0tc正常状态故障期间故障线路切除后tPIPIIPIII0c0c128.2.2等面积定则等面积定则极限切除角极限切除时间13加速过程：bc2II20JTTdPPdt22ddddtdtdtddddtdtdddII0JTTdPPd0000220012cccJTJcTTdPPdTPPdIIII动能增加量＝加速面积（8-7）两边积分：加速过程中的动能增加量与加速面积图8-2（6-10）14同理，减速过程：ef（8-8）减速过程中的动能减少量与减速面积22012fcJcfTTPPdIII动能减少量＝减速面积2III20JTTdPPdtIII0JTTdPPd图8-2两边积分，可得：15因为，0(1)ddt000f0cfcTTPPdPPdⅡⅢ所以，等面积定则：加速面积Sabcd=减速面积Sdefg时，转子恢复同步转速，达到并开始减小。222220000111222JJJccfcTTTm（8-10）图8-2等面积定则16极限切除角：cm极限切除角PTabcdehδ0δhδcmP0δPIPIIPIIImaxhTPsinPⅢ极限运行角：0cmhcmTTPPdPPdⅡⅢ1sinThmaxPPⅢh0chcTTPPdPPdⅡⅢ暂态稳定判据1：加速面积Sabcd允许的减速面积Sdeh1700sinsincmhcmcmhcmTTTmaxmaxTPPdPPdPPdPPdⅡⅢⅡⅢ极限切除角的确定cm00cosThmaxhmaxcmmaxmaxPPcosPcosPPⅢⅡⅢⅡ00()(coscos)(coscos)()TcmmaxcmmaxhcmThcmPPPPⅡⅢ00()cos()cos()cosmaxmaxcmTcmmaxThcmmaxhPPPPPPⅢⅡⅡⅢ（8-11）ccm，则系统具有暂态稳定性。否则，系统暂态不稳定，系统失去同步。暂态稳定判据2：18例8-1，一简单电力系统如下图(同例6-2)，设某一回线路始端发生两相短路接地，试计算能保持系统暂态稳定的极限切除角。Page209例8-12300MW18kVcos=0.852.360.320.236dqdJxxxxTs隐极机～GT1T2L115kVU360MVA18/242kVUs(%)=14101200km0.41/km4xxx360MVA220/121kVUs(%)=1400250MWcos0.98P图8-700cosThmaxhmaxcmmaxmaxPPcosPcosPPⅢⅡⅢⅡ1sinThmaxPPⅢ19解：(1)选取基准值，取SB=250MVA，UB(220)=209kV352.9/cos300/0.85352.9,68.47250GNGNGNJJBSSPTTS标幺制参数的归算1000011(cos0.98)0.2PQPtgtg2(220)2201151211209TBUKUU2222221222220182422500.230.218300/0.8518209GNBTGNBUSxxkSU2022220I0I0I11000I10.20.7770.7771.3920.77733.9210.20.777QxPxEUUUPxUtgtgQxUU0000IIIIPjQQPE=U+jIxUjxUxjxEUUUE0.304j0.130j1.0U0010.2PQ0.235j0.108j故障前正常运行的等值电路dx1TxLx2TxI03040.1300.2350.1080.777x=.+++=210f（）0.130j（b）零序（a）负序2f（）0.218j故障时的负序和零序等值电路故障时0.130j0.235j0.108j0.94j0.108j212221220.2180.1300.2350.1080.1730.2180.1300.2350.1082xxx==xx010201020.1300.940.1080.1160.1300.940.1080xxx==x+x20200.1730.1160.0690.1730.116xxx=xx2x1TxLx2Tx1Tx2Tx0Lx隐极机～GT1T2L115kVU图8-7E0.304j0.130j1.0U0010.2PQ0.235j0.108jdx1TxLx2Tx1f（）x22故障时的正序等值电路0.069j（c）正序增广网络1.0UE1.3921112II1112IIII0.4340.3430.4340.3432.930.0691.39210.482.93maxxxxxxxEUPX0.304j0.130j0.235j0.108j1f（）23IIIIIIIII0101III00.3040.13020.2350.1081.0121.39211.381.0121180sin1801.38133.6maxThmaxx=EUP===xP=-sinP=极限运行角的计算（d）故障切除1.0U0.304j0.130j20.235j0.108jE1.39224极限切除角的计算0IIIII0IIIII000000()coscoscos1(133.633.92)1.38cos133.60.48cos33.92180=1.380.5048=0.43364.3ThmaxhmaxcmmaxmaxcmPPPPP25作业1234.结合系统的正常、故障及故障线路切除的三个状态，绘制振荡与失步过程的功率特性曲线，说明运行点的运动轨迹与变化趋势。35.习题8-2-326，则加速面积大于减速面积，失去同步。ccm若ccm，则加速面积小于允许的减速面积，系统暂态稳定；若求出t曲线可得极限切除时间后通过cmcmt极限切除时间PTabcdehδ0δhδcmP0PIPIIPIII发电机转子运动方程为：0II(1)1()TJddtdPPdtT（8-12）摇摆曲线278.2.3发电机转子运动方程的求解——已知，求解故障中，发电机转子运动方程为：0II(1)1(sin)TJddtdEUPdtTx