电力系统暂态稳定性分析(总)

电力系统稳定性分析上课教师:余娟电话：65112300email：[e-mail]主页：=247公共下载方式2013~2014学年第一学期前言—答疑及考试研究生助教：缪鹏彬（001班）、刘珏麟（002班）答疑时间：星期一晚上7:30-9:30地点：6教406成绩构成平时成绩（30%）：考勤（5%）、课后作业（15%）、课堂练习（10%）期末闭卷考试（70%）2前言—教材及参考资料李光琦.电力系统暂态分析(第三版).北京：中国电力出版社，2007何仰赞，温增银.电力系统分析(下册)（第三版）.武汉：华中科技大学出版社，2002韩祯祥.电力系统分析.浙江大学出版社JDGlover,etc..PowerSystemAnalysisandDesign.机械工业出版社PrabhaKundur.Powersystemstabilityandcontrol.NewYork:McGraw-Hilllnc,1993精品课程网站34发电机线路双绕变三绕变潮流计算功率控制频率控制电压控制短路断线对称分量法正负零序功角稳定、小干扰稳定、暂态稳定、低频振荡、异步、再同步、PSS稳定性分析电磁暂态分析稳态分析电力系统分析体系5电力系统分析基础课电力系统运行状态稳态正常的、相对静止的运行状态。“电力系统稳态分析”扰动使得系统从一种运行状态向另一种运行状态过渡。电磁暂态机电暂态分析电网电气量的变化，比机电暂态快得多。分析发电机转子转速的变化“电力系统电磁暂态分析”暂态“电力系统稳定性分析”Q1:发电机转子转速的变化对电力系统运行有什么影响？Q2:为什么这门课叫电力系统稳定性分析？抓住主要矛盾、忽略次要因素。——思维方式6课程内容和目的课程内容第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性第七章电力系统静态稳定第八章电力系统暂态稳定课程目的掌握电力系统静态、暂态稳定性的基本概念。掌握发电机的机电特性。掌握简单系统静态和暂态稳定性分析的基本方法。学会分析提高电力系统静态和暂态稳定性的主要措施。具体知识我们不懂，但我们依旧可以判断这个目录是不是一个完整的框架体系！——评价能力、全局观基本概念元件模型系统分析控制措施76.1概述6.2同步发电机组的机电特性6.3自动调节励磁系统的作用原理和数学模型6.4负荷特性6.5柔性输电装置特性第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性86.1概述——电力系统稳定性概念电力系统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，能否经过一定的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，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。不能，则系统是不稳定的。电力系统稳定的破坏，将造成大量用户供电中断，甚至导致整个系统的瓦解，后果极为严重。96.1概述——功角无限大系统隐极机IGxTxULx=常数～G图6-1(a)系统图LTGxxxxqEjIxU电势方程：总电抗：发电机电磁功率：cossinqEEUPUIx图6-1(b)相量图IjIxq轴d轴UqEcossinqIxEq轴d轴jIxqEI功角功角特性TL系统稳态时，不变；一直变化，系统不稳定。sinqEEUPxqEGULU106.1概述——发电机转子运动与功角的关系TEMM00TEMM稳态时：不变扰动后：qEUq轴电磁转矩机械转矩TMEMq轴d轴发电机转子运动示意图02Nf电气角速度同步电气角速度两转子的空间相对位置1、同步发电机要同步运行2、研究机电暂态过程的必要性3、发电机转速、功角的变化情况决定系统的稳定性0ddt116.1概述——功角δ的含义发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为“功角”或“功率角”。电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。功角δ还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。126.1概述——功角稳定的概念电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机均同步运行，即功角δ是稳定值。系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角δ能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。136.1概述——电力系统稳定性分类也可能出现系统中同步发电机是维持同步运行，但系统频率或电压不可控制的持续下降。此时系统从功角意义上仍然是稳定的，但系统已失去了稳定——即出现了频率稳定或电压稳定问题。电力系统稳定性包括：功角稳定＋频率稳定＋电压稳定本书中，所说的电力系统稳定性就指的是系统的功角稳定性。学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。146.1概述——功角稳定的分类根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类：静态稳定（小干扰）暂态稳定（大干扰）动态稳定（长过程）156.1概述——静态稳定(StaticStability)定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能，则系统是静态失稳的。特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的功角稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大小、类型和地点无关。166.1概述——暂态稳定(TransientStability)定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的功角稳定性问题。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。176.1概述——动态稳定(DynamicStability)定义：指电力系统在某一正常运行状态下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。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是动态稳定的。不能，则系统是动态失稳的。特点：动态稳定的过程较长，参与动作的元件和控制系统更多、更复杂。（不讲）18作业11.简述电力系统的发展历史和发展趋势。2.简述本世纪的大停电事故（发生的规模、原因、后果等）。3.功角的具体含义。4.功角稳定及其分类。5.电力系统静态稳定及其特点。6.电力系统暂态稳定及其特点。196.2同步发电机组的机电特性6.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.2发电机的电磁功率6.2.3电动势变化过程的方程式206.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.1.1转子机械运动方程6.2.1.2转子的机电运动方程推导6.2.1.3惯性时间常数6.2.1.4同步发电机组转子运动方程的进一步认识216.2.1.1转子的机械运动方程TEdΩJaJMMMdt（6-1）Ja()TEMMΩ转子的转动惯量角加速度机械角速度机械(电磁)转矩M不平衡转矩反映机械转速与转矩的动态关系，是纯机械运动，不能反映电气量的变化作用。226.2.1.2转子机电运动方程的推导——转子机械运动方程的标么值处理*BBJdΩMMMdtM转矩(功率)基准值同步机械（电气）角速度0ΩΩ*0JTdPdt00()Ω()BBMS20JBJΩTS0BBSMΩ0**BBBMΩMΩPMPSSS2000JBBBJJTSJdΩdΩMdtMΩdtTTdΩdΩdtdt20JBTSJΩ惯性时间常数,单位为sΩp极对数236.2.1转子机电运动方程的推导——转子运动方程的二阶形式0ddt（6-10）功角是两转子之间的空间相对位置角qEUq轴0TP机械功率EP电磁功率220JTETdPPPdt22dddtdt两边求导246.2.1.2转子机电运动方程的推导——转子运动方程的状态方程形式00()TEJddtdPPdtT（6-11）（6-12）0(1)1()TEJddtdPPdtT功率和电气角速度都是标幺值功率是标幺值，电气角速度是有名值注：习惯上标幺值不带（*）反映暂态过程中，发电机转子转速、功角和不平衡功率之间的相互作用与变化规律，是功角稳定分析的基础。干扰后：稳态：1TEPPTEPP1功角δ变化功角δ不变256.2.1.3惯性时间常数（1）发电机惯性时间常数的物理意义（2）发电机的惯性时间常数（3）系统的惯性时间常数266.2.1.3惯性时间常数——发电机惯性时间常数的物理意义表示在发电机转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。*****111***000*101[]JJJJJTdtdMMTtdTdTTM令，并对上式从到进行积分，则*0JTdMdt**JdTMdt*0/(6-6)276.2.1.3惯性时间常数——发电机的惯性时间常数22222220022.74()44601000JGGNGNGNGNJGDGDnGDTnSSSS发电机铭牌参数有：飞轮转矩(t·m2)、发电机额定容量(KVA)、额定转速(r/min)2GDGNSn定义24GDJ0260n以发电机的额定容量为基准的惯性时间常数(S)。GNSJGT(6-7)286.2.1.3惯性时间常数——系统的惯性时间常数2200GNGNJJGBGNBBJJSSTTSSSS注意：容量折算20JBJTS单台发电机：296.2.1.4同步发电机组转子运动方程的进一步认识0(1)1()TEJddtdPPdtT调速器一般在发电机转速变化之后才能起调节作用，加上本身惯性较大，在一般短过程的机电暂态分析中，假定机械功率不变。电磁功率的描述和计算，就成了电力系统功角稳定分析中最为复杂和困难的任务。TPEP（6-12）30作业7.发电机组惯性时间常数的物理意义及其与系统惯性时间常数的关系。8.例题6-1(P152)（补充知识：当发电机出口断路器断开后，转子做匀加速旋转。汽轮发电机极对数p=1。额定频率为50Hz。要求列写每个公式的物理意义。）9.读了如下网页内容的感想。10.习题6-2-1(P175)=933&leibie=431简单系统中PE的计算功角稳定分析求解状态方程PE本节内容：6.2.2发电机的电磁功率复杂系统中PE的计算δ(t)323）不计发电机定子绕组及电网中的电磁暂态过程。只计及发电机定子电流中的正序基频交流分量产生的电磁功率。理由：a、定子及电网的电磁暂态过程很快，百分之几秒。b、非周期分量在转子上产生的功率平均值接近于零，又由于转子转动惯量大，因此对转子运动影响很小。c、不计零序和负序电流的影响，只考虑正序分量。零序电流所产生的磁场对转子运动没有影响。负序电流在转子上产生的功率平均值接近于零，因此对转子运动影响很小。d、假设机组转速接近同步转速，只计及基频交流电流的影响。2）假设机械转矩和机械功率不变1）略去发电机定子绕组电阻6.2.2发电机的电磁功率——假设条件一334）假定发电机的某个电动势为恒定。空载电动势恒定——忽略自动调节励磁器的作用暂态电动势恒定——考虑自动调节励磁器的作用一般发电机端电压恒定——考虑自动调节励磁器的作用很强6.2.2发电机的电磁功率——假设条件二GGEGAVRf转子回路或励磁回路定子回路图6-14dq轴1dq轴2自动调节励磁装置GpfpEffff34无限