-电力系统稳定性问题概述8f629课件

电力系统的稳定性一、基本概念电力系统的运行状态稳态：运行参数变化很小电磁暂态过程故障分析（只考虑电磁变化，几十ms）受到突然的扰动，运行参数变化很大暂态：机电暂态过程稳定问题（同时考虑电磁与机械参量）稳态性概念：受到扰动后，能否回到原来的状态或过渡到新的状态静态稳定：受小干扰，偏离原状态，干扰消失后又恢复平衡（特点：变化量小，可线性化分析）暂态稳定：受大干扰，偏离有限，干扰消失后又恢复平衡（特点：变化量大，不允许线性化处理）动态稳定：受大干扰较长一段时间的过程，考虑调节与控 制装置作用，时间较长 第六章第六章 电力系统稳定概述电力系统稳定概述 一、稳态运行状态一、稳态运行状态 稳态运行状态稳态运行状态:系统中并列运行的发电机都保持相同系统中并列运行的发电机都保持相同的角速度运转，系统中的状态变量保持不变。的角速度运转，系统中的状态变量保持不变。电力系统的稳定电力系统的稳定，电力系统受到大的或微小的扰动之，电力系统受到大的或微小的扰动之后，系统能否后，系统能否恢复到原来的运行状态恢复到原来的运行状态或或过渡到新的运行过渡到新的运行状态状态。电力系统稳定性问题是电力系统机电暂态过程的。电力系统稳定性问题是电力系统机电暂态过程的主要技术问题。主要技术问题。二、稳定问题的原因二、稳定问题的原因转矩平衡转矩平衡正常运行时：正常运行时：受到干扰时，受到干扰时，机械转矩由机械转矩由发电厂动力部分的运行状态发电厂动力部分的运行状态决定。决定。电磁转矩由电磁转矩由发电机及其相连的电力系统中的运行状态发电机及其相连的电力系统中的运行状态决决定。定。三、研究稳定问题的意义三、研究稳定问题的意义 、确保电力系统安全运行、确保电力系统安全运行 、研究新的稳定措施、研究新的稳定措施 四、分类：一般将电力系统稳定性分为静态稳定性和四、分类：一般将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性。暂态稳定性。暂态稳定暂态稳定系统受到大的扰动，能否恢复到原来的系统受到大的扰动，能否恢复到原来的运行状态或过渡到新的运行状态。短路或大的发电机组运行状态或过渡到新的运行状态。短路或大的发电机组突然退出运行，状态量发生比较大的偏移，属非线性问突然退出运行，状态量发生比较大的偏移，属非线性问题，不能用线性化方法解决。题，不能用线性化方法解决。静态稳定静态稳定电力系统受到一个微小的扰动后，能否电力系统受到一个微小的扰动后，能否恢复到原来的运行状态，或者过渡到一个新的运行状态，恢复到原来的运行状态，或者过渡到一个新的运行状态，如负荷波动，状态偏移比较小，可以用线性化方法解决。如负荷波动，状态偏移比较小，可以用线性化方法解决。机机电电暂暂态态过过程程主主要要是是电电力力系系统统的的稳稳定定性性问问题题。电电力力系系统统稳稳定定性性问问题题就就是是当当系系统统在在某某一一正正常常运运行行状状态态下下受受到到某某种种干干扰扰后后，能能否否经经过过一一定定的的时时间间后后回回到到原原来来的的运运行行状状态态或或者者过过渡渡到一个新的稳态运行状态的问题。到一个新的稳态运行状态的问题。tt0 反反之之，若若系系统统不不能能回回到到原原来来的的运运行行状状态态或或者者不不能能建建立立一一个个新新的的稳稳态态运运行行状状态态，则则说说明明系系统统的的状状态态变变量量没没有有一一个个稳稳态态值值，而而是是随随时时间间不不断断增增大大或或振振荡荡，系系统统是是不不稳稳定的。定的。如如果果能能够够，则则认认为为系系统统在在该该正正常常运运行行状状态态下下是是稳稳定定的。的。稳定的概念稳定的概念 简单系统（单机无穷大系统）简单系统（单机无穷大系统）U=U=常数常数 等值电路等值电路 相量图相量图IU q qI Iq q q当当角角变变化化，则则电电流流、各各点点电电压和功率变化。压和功率变化。当当Eq、U、不同步，、不同步，角不断变角不断变化，则电流、化，则电流、电压、功率振荡。电压、功率振荡。电力系统失去稳定后，继电保护动作，将会造成电力系统失去稳定后，继电保护动作，将会造成大面积停电。大面积停电。在干扰（短路、切机等）影响下，在干扰（短路、切机等）影响下，Mt=Pt-Pe0,Mt=Pt-Pe0,使使得发电机运行状态变化。得发电机运行状态变化。研究方法：研究方法：1.1.1 1静态稳定分析：自动控制理论的方法静态稳定分析：自动控制理论的方法 微分方程线性化（小干扰法）微分方程线性化（小干扰法）研究线性微分方程特征根（频域法）研究线性微分方程特征根（频域法）2.2.2 2暂态稳定分析：暂态稳定分析：非线性微分方程数值解法（时域法）非线性微分方程数值解法（时域法）大干扰下不适合线性化大干扰下不适合线性化第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 一转子运动方程一转子运动方程J J：转动惯量；：转动惯量；：角加速度；：角加速度；：机械角速度；：机械角速度；M M：不平衡转矩：不平衡转矩额定转速下的转子动能额定转速下的转子动能取转矩基准值取转矩基准值机械角速度机械角速度与电气角速度与电气角速度间的关系为：间的关系为：P=W/t=Fv=Fr=(Fr)=M、转子运动方程、转子运动方程式中：式中：在发电机大轴上有两个转矩作用（忽略摩擦转矩）在发电机大轴上有两个转矩作用（忽略摩擦转矩），一个是，一个是原动机作用的机械转矩原动机作用的机械转矩，与之对应的功，与之对应的功率为率为机械功率机械功率，另一个是，另一个是发电机作用的电磁转矩发电机作用的电磁转矩，与之对应的功率为与之对应的功率为电磁功率电磁功率。取取 -惯性时间常数惯性时间常数则则计及计及和和转子运动方程为转子运动方程为或状态方程形式：或状态方程形式：惯性时间常数的意义惯性时间常数的意义反映发电机转子机械惯性的重要参数反映发电机转子机械惯性的重要参数TJ是转子在额定转速下的动能的两倍除以基准功率是转子在额定转速下的动能的两倍除以基准功率令令取取MT*=1，Me*=0，则，则当发电机空载时，如原动机将一个数值等于当发电机空载时，如原动机将一个数值等于MN的恒定转矩的恒定转矩（MT*1）加到转子上，则转子从静止状态启动到额定值）加到转子上，则转子从静止状态启动到额定值时所需的时间。时所需的时间。在稳定计算中，当已选好全系统统一的基准功率在稳定计算中，当已选好全系统统一的基准功率SB几台发电机合并成一台等值发电机几台发电机合并成一台等值发电机、功率角、功率角：正常运行时发电机和无限大容量系统（相当于正常运行时发电机和无限大容量系统（相当于一个电压和频率为常数的无限大容量等值机）一个电压和频率为常数的无限大容量等值机）是是同步同步的，的，即在相量图中发电机的轴以即在相量图中发电机的轴以电角速度电角速度旋转旋转（即发电机的电动势（即发电机的电动势相量以相量以旋转），旋转），某一参考相量电压以某一参考相量电压以同步电角速度同步电角速度旋转，旋转，它们之间的夹角为它们之间的夹角为电动势和电压以同一角速电动势和电压以同一角速度旋转（度旋转（）。）。q轴因此，电动势和电压之间的因此，电动势和电压之间的相角差相角差在一定负荷在一定负荷下是常数，即下是常数，即各相量之间的关系维持不变各相量之间的关系维持不变。如果由于某种干扰使如果由于某种干扰使发电机的转速发电机的转速不再保持同步不再保持同步转速，例如转速，例如比同步转速快比同步转速快了，则相量电动势的速了，则相量电动势的速度比电压相量旋转的速度度比电压相量旋转的速度快快,则电动势和电压间的相角差则电动势和电压间的相角差不再是常数不再是常数。q轴又称功率角又称功率角（因电磁功率与（因电磁功率与 密切相关），密切相关），它除了表示它除了表示电势和电压之间的相位差电势和电压之间的相位差，即表征系，即表征系统的电磁关系外，统的电磁关系外，还表明了各还表明了各发电机转子之间的相对空间位置发电机转子之间的相对空间位置，故，故又称为又称为“位置角位置角”，角随时间的变化角随时间的变化描述了各发电机描述了各发电机转子间的相对转子间的相对运动运动，q轴而发电机转子间的而发电机转子间的相对运动性质相对运动性质，恰好是判断恰好是判断各发电机之间是否同步运行的各发电机之间是否同步运行的依据，依据，故故角在电力系统稳定问题中占有特别重要的地角在电力系统稳定问题中占有特别重要的地位位,角把机和电联系在一起了。角把机和电联系在一起了。q轴、用标幺值表示的转子运动方程：、用标幺值表示的转子运动方程：第一步：用惯性时间常数表示转子惯性，转矩用第一步：用惯性时间常数表示转子惯性，转矩用标幺值表示标幺值表示第二步：用电气量代替机械量第二步：用电气量代替机械量第三步：转矩用功率标幺值表示第三步：转矩用功率标幺值表示 式中除了式中除了、和和为有名值为有名值外，其余均为外，其余均为标幺值标幺值、惯性时间常数、惯性时间常数的物理意义：的物理意义：是反映发电机转子机械惯性的重要参数，是反映发电机转子机械惯性的重要参数，当转子受到额定转矩作用（即机组输出电磁转矩当转子受到额定转矩作用（即机组输出电磁转矩等于等于0，输入的机械转矩为额定转矩时），输入的机械转矩为额定转矩时），转子的转速由转子的转速由0加到额定转速所用的时间加到额定转速所用的时间。二电磁转矩二电磁转矩M ME E和电磁功率和电磁功率P PE E 机端功率：机端功率：1 1电阻消耗的功率电阻消耗的功率 2 2 磁场能量变化释放的功率磁场能量变化释放的功率 3 3 经气隙经气隙传递的功率传递的功率电磁功率：电磁功率：电磁转矩：电磁转矩：稳定分析中的近似简化：稳定分析中的近似简化：1 1因因直直流流分分量量和和负负序序电电流流对对转转子子绕绕组组的的平平均均转转矩矩为为零零，所所以以不计（不计定子绕组的暂态过程）以及其谐波不计（不计定子绕组的暂态过程）以及其谐波不计负序电流及其谐波不计负序电流及其谐波 只考虑产生同步转矩的正序电流的影响只考虑产生同步转矩的正序电流的影响2 2r r=0 =0 （不计定子绕组的暂态过程，更无必要计及其衰减）（不计定子绕组的暂态过程，更无必要计及其衰减）3 3 1 1以上简化的结果是：以上简化的结果是：只考虑定子的正序频电流时，电磁功率、电磁转矩为：只考虑定子的正序频电流时，电磁功率、电磁转矩为：（一）简单系统中发电机的功率（一）简单系统中发电机的功率 简单系统：简单系统：一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统 =constTJ=xdxT1xLxT2xl1.1.隐极机的功角特性隐极机的功角特性 发电机用发电机用E Eq q、xd d表示表示(即假设励磁回路电压、电流无变化，即假设励磁回路电压、电流无变化，Eq为常数）为常数）是正弦曲线，极限功率是正弦曲线，极限功率 ，极限功率角，极限功率角 发电机用发电机用Eq、xd表示表示（不计阻尼时，暂态电动势在干（不计阻尼时，暂态电动势在干扰的瞬间不变，并近似认为自动调节励磁装置的作用能扰的瞬间不变，并近似认为自动调节励磁装置的作用能保持保持Eq常数常数 是是的函数，极限功率角的函数，极限功率角发电机用发电机用表示表示其中，其中，近似计算中，往往以近似计算中，往往以 代替代替 ，由，由 变化的趋势反映的变变化的趋势反映的变化趋势。化趋势。机端电压机端电压U UG G恒定恒定(若自动调节励磁装置作用极强能保持若自动调节励磁装置作用极强能保持U UG GC C）2 2凸极机的功角特性凸极机的功角特性 发电机用发电机用E Eq q、xd d表示表示(即假设励磁回路电压、电流无变化，即假设励磁回路电压、电流无变化，Eq为常数）为常数）极限功率角极限功率角9090 发电机用发电机用Eq、xd表示表示（不计阻尼时，暂态电动势在干（不计阻尼时，暂态电动势在干扰的瞬间不变，并近似认为自动调节励磁装置的作用能扰的瞬间不变，并近似认为自动调节励磁装置的作用能保持保持Eq常数常数 是是的函数，极限功率角的函数，极限功率角(二二)、多机系统中发电机的功率、多机系统中发电机的功率当发电机用当发电机用表示表示导纳角导纳角任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。两机系统两机系统12PE2PE1三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩异步电动机组的转子运动方程为异步电动机组的转子运动方程为 为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为2s,为异步电动机拖动的机械负载的转矩为异步电动机拖动的机械负载的转矩 为异步电动机的电磁转矩为异步电动机的电磁转矩 异步电动机的转差率为异步电动机的转差率为此时异步电动机组的转子运动方程为此时异步电动机组的转子运动方程为临界转差率为临界转差率为最大电磁转矩为最大电磁转矩为转矩与转差率的关系为转矩与转差率的关系为四、自动调节励磁系统包括：四、自动调节励磁系统包括：1、自动调节励磁系统包括：、自动调节励磁系统包括：主励磁系统和自动调节励磁装置主励磁系统和自动调节励磁装置主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励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：磁主回路：自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端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参数。电压、电流等，自动地调节主励磁系统的参数。第三节 自动调节励磁系统的原理和数学模型一主励磁系统一主励磁系统（一）直流励磁机励磁（一）直流励磁机励磁AVR(二二)交流励磁机励磁交流励磁机励磁 自并励励磁自并励励磁（三）主励磁机的方程和框图（三）主励磁机的方程和框图G副励绕组中电流副励绕组中电流 的电磁惯性，的电磁惯性，将按的时间常数将按的时间常数 滞滞后变化，即一阶惯性环节：后变化，即一阶惯性环节：磁饱和现象用磁饱和现象用负反馈表示负反馈表示-+二自动调节励磁装置二自动调节励磁装置G量测滤波TATV励磁机综合放大移相触发晶闸管输出转子电压软负反馈其他信号量量测测滤滤波波：电电压压互互感感器器是是具具有有电电抗抗的的变变压压器器，惯惯性性环环节节电电流流互互感感器器，有放大倍数有放大倍数综合放大、移相触发、晶闸管输出：综合放大、移相触发、晶闸管输出：取为一阶惯性环节取为一阶惯性环节软软负负反反馈馈（PIDPID调调节节）：当当变变化化快快时时调调节节使使之之变变化化慢慢些些，与与变变化化率率成成正正比比的的调调节节，惯惯性性微微分环节分环节综合得：综合得：-k+-+-+-其他信号副励磁机输出是不包括控制方法的功能原理性框图（传递函数）励磁系统传递函数表示了时间常数相差甚大的微分方程组三自动调节励磁系统的简化模型三自动调节励磁系统的简化模型从功能上看，自动调节励磁系统可简化为：当机端电压UG变化，按Te的时间常数以-ke UG数值调节输出电压Uf，即 为便于计算，励磁电压用定子量（强制电势）来表示：则（一）直流励磁机励磁：（一）直流励磁机励磁：自励和他励自励和他励（二）交流励磁机励磁（二）交流励磁机励磁励磁机也是一台交流发电机，其输出电流经大功励磁机也是一台交流发电机，其输出电流经大功率整流器整流后供给发电机励磁回路。率整流器整流后供给发电机励磁回路。提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal