电力系统分析 十一章 电力系统的暂态稳定性

第十一章电力系统的暂态稳定性第十一章电力系统暂态稳定性概述定性分析定量分析提高暂态稳定性的措施1234第一节电力系统暂态稳定性概述暂态稳定性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定方式的能力，通常指第一或第二振荡周期不失步。通常扰动后的系统状态与扰动前不同。一般考察扰动后3－5秒。最多10s。如果电力系统在某一运行方式下，受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后，能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。电力系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间有关。因此，为了分析系统的暂态稳定性，必须对系统在特定扰动下的机电动态过程进行详细的分析，所以一般采用的是对全系统非线性状态方程的数值积分法进行对系统动态过程的时域仿真，通过对计算得到的系统运行参数(如转子角)的动态过程的分析，判别系统的暂态稳定性。（1）负荷的突然变化（2）切除或投入系统的主要元件（3）电力系统的短路故障一、引起电力系统大扰动的主要原因由于暂态分析计算的目的在于确定电力系统在给定的大扰动下各发电机组能否继续保持同步运行，因此主要研究发电机组转子运动特性，考虑其主要影响因素，对影响不大的因素加以忽略或近似考虑。二、暂态稳定计算中的基本假设1、忽略发电机定子电流的非周期分量；2、在简化计算中，忽略暂态过程中发电机的附加损耗。3、当发生不对称短路时，忽略负序和零序分量电流对发电机转子运动的影响；4、忽略频率变化对系统参数的影响；三、有关计算的简化规定1、发电机的参数用E′和Xd´表示；采用简化的数学模型2、不考虑原动机自动调速系统的作用；假定原动机输入的机械功率为恒定不变3、电力系统负荷简化的数学模型。第二节简单电力系统暂态稳定性的定性分析71.各种运行情况下的功角特性右图为单机—无限大系统故障时等值电路。正常运行时（图b）：2121TlTdXXXXXsinXUEP)(2121)21)(()21()(nTlTdTlTdXXXXXXXXXX发生短路故障时（图c）：相当于在短路点接入一个附加电抗，因此之间的转移电抗为：XUE、)(21)21)((nTlTdXXXXXXsinXUEPXX由于，所以功角特性要比正常时低。故障切除后（图d）：等值电抗为21TlTdXXXXXsinXUEP一般情况下，有：XXX所以PPP第三节简单电力系统暂态稳定性的定量分析在功角由变化到的过程中，，多余的能量使发电机转速上升，过剩的能量转变成转子的动能而贮存在转子中。加速过程中所做的功为：0ceTPPabceaTaSdPPMdScc00)(加速面积在功角由变化到的过程中，，缺少的能量使发电机转速下降，并释放转子贮存的动能。减速过程中所做的功为：maxceTPPedfgeTbSdPPMdSccmaxmax)(减速面积只有在转子减速过程中将它在加速过程中增加的动能全部消耗完，即加速面积和减速面积大小相等，转子才能重新达到同步转速。等面积定则根据等面积定则，可确定极限切除角。crhcrcrdPPdPPTT)()(max.max.0max.max.0max.max.01coscos)(cosPPPPPhhTcr当实际切除角时，系统能保持暂态稳定。crc应用前述公式即可求极限切除角。显然，为了保持系统的暂态稳定性，必须在功角δ前切除短路故障。如果切除角δ时，意味着加速面积大于减速面积，运行点会越过k′点而使系统失去同步。等面积定则只限于分析简单系统的暂态稳定性，当功角特性可在平面坐标上表示时，才可用等面积定则确定极限切除角。crcrcr第四节发电机转子运动方程的数值解法为了保持电力系统的暂态稳定性，需要知道必须在多长时间内切除短路故障，即极限切除角对应的极限切除时间，这就需要找出发电机受到大干扰后，转子相对角δ随时间t变化的规律，即δ=ƒ(t)曲线，此曲线称作摇摆曲线。发电机转子运动方程是非线性的常微分方程，一般用数值计算方法求其近似解。数值计算方法:分段计算法和改进欧拉法。第五节提高电力系统暂态稳定性的措施1快速切除短路故障由于快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，从而提高了发电机之间并列运行的稳定性。另一方面，快速切除故障，还可使负荷中电动机的端电压迅速回升，减小了电动机失速和停顿的危险，因而也提高了负荷运行的稳定性。2釆用自动重合闸装置釆用自动重合闸装置，就是当线路发生故障后，断路器将故障线路断开，经过一定时间后自动重合闸装置将线路恢复正常运行。若短路故障是瞬时性的，则当断路器重合后系统将恢复正常运行，即重合闸成功。这不仅提高了供电可靠性，而且对暂态稳定也是有利的。比较图9-4a、b可见，不装设自动重合闸时，系统不能保持暂态稳定；装设自动重合闸后，在运行点转移到k点时自动重合成功，重合成功时运行点将从功角特性曲线上的k点跃升到功角特性曲线上的g点，使减速面积增大，系统可以保持暂态稳定。3强行励磁外部短路而使发电机端电压UG低于额定电压的85%时，低电压继电器动作，并通过一中间继电器将励磁装置的调节电阻强行短接，使励磁机的励磁电流大大增加，提高了发电机电势，增加了发电机输出的电磁功率，减少了转子的不平衡功率，提高了暂态稳定性。4快速减小原动机功率1、对于汽轮机釆用快速的自动调速系统或者快速关闭进汽门；2、联锁切机，即在切除故障的同时，连锁切除送端发电厂中的一台或两台发电机。3、釆用机械制动，即釆取转子直接制动的方法。5采用电气制动电气制动就是当系统中发生故障后，在送端发电机上迅速投入电阻，以消耗发电机发出的有功功率，减小发电机转子上的过剩功率。运用电气制动时，制动电阻的选择要适当。欠制动时，制动电阻太大，会使制动作用不足，系统照样失步；过制动时，制动电阻太小，发电机虽在第一次振荡中没有失步，但在故障切除的同时切除制动电阻后的第二次振荡中失步了。欠制动和过制动都不能保持系统的暂态稳定。6串联电容器的强行补偿为提高系统的暂态稳定性和故障后的静态稳定性也可采用强行串联补偿。即在切除线路的同时切除部分并联的电容器组，以增大串联补偿电容的容抗，部分地甚至全部地抵偿由于切除故障线路而增加的线路感抗。7变压器中性点以小电阻接地在变压器中性点接地的电力系统中发生不对称接地短路时，将产生零序电流分量。若此时在系统中Y0接线的变压器中性点以一小电阻接地，则零序电流将在这一电阻中产生功率损耗，这种功率损耗与发电机的电气制动一样可以减少转子的不平衡功率，有利于系统的暂态稳定。中性点接入小电阻8设置中间开关站当输电线路较长（如500KM以上），且经过的地区也没有变电所时，可以考虑设置中间开关站，如图9-11所示。图输电线上设置开关站在暂态稳定中，若能尽快减小发电机过剩力矩，减小转子相对加速度及减小转子动能等可提高暂态稳定性，常用方法是：快速切除短路故障；采用自动重合闸装置；快速减小原动机功率；采用电气制动；串联电容器的强行补偿；变压器中性点以小电阻接地；设置中间开关站等。