电力系统分析第13章---电力系统的静态稳定性

电力系统分析本章提示李雅普诺夫稳定性理论判断系统的稳定性；自动励磁调节器对静态稳定的影响；第13章电力系统的静态稳定性•提高电力系统静态稳定的措施。电力系统分析13.1电力系统静态稳定2121TLTddXXXXX等效电抗电力系统分析系统的功角特性关系：sindqEqXUEP'a''b''a'b900电力系统分析受扰动后功率角随时间变化情况电力系统分析EqEqdPSd0发电机在一定的运行条件下可发出最大的功率dqMXUEP电力系统静态稳定的实用判据稳定功率极限电力系统分析1.静态电压特性静态电压特性是指电压缓慢变化进入稳态时系统中无功功率随电压变化的规律。cos2dqdEqXUEXUQ同步发电机的静态特性(1)电源的静态电压特性1）同步发电机隐极式同步发电机的无功功率功角特性为13.2负荷的静态稳定电力系统分析2）调相机输出的无功功率为：ddqEqXUXUEQ2dqddqEqXUEXUXEUQ22电力系统分析•过励运行时，若Eq2U，0，若Eq2U，0，•欠励运行时，若EqU，0，UQEqUQEq结论：UQEq)(调相机的静态电压特性曲线dqddqEqXUEXUXEUQ22电力系统分析工业城市综合负荷的静态电压特性曲线(2)负荷的静态电压特性3)电容器静态电压特性曲线是一过原点的抛物线。电容器中有功功率损耗近似为零。电力系统分析(3)电力系统的电压稳定性电力系统接线电力系统分析电压的稳定性0QU0QU0dUQda点0dUQd0QU0QU静态稳定b点静态不稳定电力系统分析)0()0(%UUUKcrU×100%c点是稳定的临界点静态电压稳定的储备系数电压稳定的判据：0dUQd电力系统分析(1)电源的静态频率特性电源有功功率的静态频率特性曲线静态频率特性是指频率缓慢变化或变化后进入稳态时，系统中有功功率随频率而变化的规律。2.静态频率特性电力系统分析(2)负荷的静态频率特性电力系统综合负荷的静态频率特性电力系统分析(3)电力系统频率的稳定性b点是不稳定运行点频率稳定的判据0)(dfPPddfPdLG频率的稳定性a点是稳定运行点c点是临界点电力系统分析13.3小干扰法分析电力系统静态稳定小扰动法是根据李雅普诺夫稳定性理论，以线性化分析为基础的分析方法。特征方程式根的实部皆为负值时，该系统是稳定的；特征方程式的根实部有正值时，该系统是不稳定的。小扰动法分析简单电力系统静态稳定的步骤:列出系统中描述各元件运动状态的微分方程组；将以上非线性方程线性化处理，得到近似的线性微分方程组；根据近似方程式根的性质（根实部的正、负性或者零值）判断系统的稳定性。电力系统分析1.列运动状态的线性化微分方程简单电力系统电磁功率sindqEqXUEP)sin(0dqEqXUEPEqTEqEqdqPPPPddPXUE000sin当系统受到小扰动时，θ＝θ0＋Δθ将PEq在θ0附近按泰勒级数展开2220000!21sin)sin(dPdddPXUEXUEPEqEqdqdqEq电力系统分析发电机转子运动方程ω=1+Δω00)(dtddtd)]sin([100ddPXUEPTEqdqTJ)]sin([1)1(0dqTJXUEPTdtddtd矩阵形式00sin00100dJqJTEqJXTUETPddPT)sin(1dqTJXUEPTdtd0)1(dtd0电力系统分析2.根据状态方程系数矩阵的特征值判断系统的稳定性李雅普诺夫稳定性理论：(1)若状态方程系数矩阵的所有特征值都为负实数或是具有负实部的复数，则系统是稳定的；(2)若特征值中出现一个零根或实部为零的一对虚根，则系统处于稳定的边界；(3)若特征值有一个正实数或一对具有正实部的虚根，则系统是不稳定的;(4)特征值仅是一个正实数时，系统将非周期性失去稳定；(5)特征值为一对具有实部的复数时,系统将周期性增幅振荡而失去稳定。电力系统分析二阶微分方程组特征方程的根为:当时，为一个正实根和一个负实根，故系统是不稳定的。当时，为一对虚根，系统不稳定。实际上，系统中由于阻尼作用，Δθ和Δω将作衰减的振荡，最后都稳定在初始值，系统恢复同步。002,1ddPTEqJ00ddPEq2,100ddPEq2,1静态稳定判据0ddPEq电力系统分析3.阻尼作用对静态稳定的影响总的阻尼功率近似表示为DPD计及阻尼功率后，发电机转子运动方程为矩阵形式0dtd)(10ddPDTdtdEqJJEqJTDddPT0100电力系统分析特征方程的特征值为特征值λ具有负实部的条件0022,14212ddPTDTTDEqJJJ000ddPSDEqEq当D0，且时，λ为两个负实根，发电机的状态变量衰减到初始值；当D0，但时，λ为一对具有负实部的共轭复根，发电机状态变量最后稳定在初始值；当D0时，特征方程式的根至少有一个是正实数或两个都为具有正实部的共轭复根，系统都是不稳定的。0024ddPTDEqJ0024ddPTDEqJ2,1电力系统分析13.4自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统中的发电机都装有自动励磁调节器，其主要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特定值，防止电压随负荷的变化而波动。电力系统分析1.无自动励磁调节器时发电机端电压的变化无励磁调节器的隐极机端电压相量图电力系统分析2.自动励磁调节器对功角特性的影响图13.5自动调节励磁系统对功角特性的影响qmE'电力系统分析实际运行中，自动励磁系统并不能完全保持发电机端电压U不变，而是U将随功率P及功角θ的增大有所下降。介于保持E与U之间的某一电势为常数，例如发电机暂态电势为常数。由于，，所以，维持＝常数的自动励磁调节器的性能不如维持＝常数的调节器。qEGGqGUGmEqmPPUGmqmEqEGU电力系统分析图15.1不同励磁调节方式的稳定极限1无自动励磁调节装置时，系统静态稳定极限由＝0的条件确定，即图中的a点。EqS结构:自动励磁调节器、强行励磁和灭磁装置。类型按使用的元件分有机械型、电磁型、晶体管型；按作用原理分有比例式调节器、强力式调节器等。电力系统分析2发电机装有按照某运行参数偏移量调节的比例式励磁调节器当发电机功率变化时，如果放大倍数选择得当，可大致保持＝常数，由＝0确定静态稳定极限与的功率极限一致，如图中的b点。qEqESqEP3当发电机装有按两个参数偏移量调节的比例式励磁调节器其稳定极限同样与＝0对应，其稳定极限则更大，为图中的c点。qES电力系统分析13.5提高电力系统静态稳定性的措施1.发电机装设自动调节励磁装置dqMXUEP2.减小元件电抗减小发电机和变压器的电抗减小线路电抗减小线路电抗可釆用以下方法:用电缆代替架空线；釆用扩径导线；釆用分裂导线。电力系统分析3.提高线路的额定电压4.釆用串联电容器补偿补偿度LccXXK/5.改善系统的结构增加输电线路的回路数，减小线路电抗。加强线路两端各自系统的内部联系，减小系统等效电抗。在系统中间接入中间调相机或接入中间电力系统。