电力系统运行稳定性的基本概念ppt课件

1,第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念,15-1 概述 15-2 功角的概念 15-3 静态稳定的初步概念 15-4 暂态稳定的初步概念 15-5 负荷稳定的概念 15-6 电压稳定性的概念 15-7 发电机转子运动方程,2,15-1 概述,1、正常稳定运行状态：任何G均具有相同的电角速度同步速度i =N同步运转；运行状态参数(V、I、P、Q、f 等)基本保持不变，且 VVN， ffN ； I IN负荷（用电设备）处于正常运行状态。 2、电力系统暂态过程正常稳态,3、稳定破坏的原因、危害：稳定破坏：G失去同步 / f or V 不可控地急剧下降 / 负荷失去正常运行原因：扰动大扰动：大容量元件投、切； 系统故障（短路 / 断线 ）小扰动：负荷随机变化(波动)；元件投、切；负荷快速大幅度增加危害：运行状态参数剧烈变化或振荡，供电质量下降；系统瓦解，大面积供电中断！,暂态过程,3,15-1 概述,4、稳定问题的分类一般分类原则：,(1) 按失稳特征分类：功角稳定（同步运行稳定性）频率稳定电压稳定 (2) 按扰动大小小扰动稳定静态稳定(不计调节装置和元件动态特性)动态稳定(计及调节装置和元件动态特性)大扰动稳定暂态稳定 (3) 按过渡过程时间框架暂态稳定单摆稳定、多摆稳定短期稳定性、中期稳定性、长过程动态稳定性 (4) 稳定问题的分析方法小扰动静态稳定基于潮流的分析方法小扰动动态稳定线性化基于空间线性状态方程的分析方法暂态稳定非线性微分-代数方程组的分析方法中长期动态稳定综合分析方法,4,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,1、发电机电势间的时间相位角,功角,5,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,2、发电机转子相对空间位置角,6,15-2 发电机转子相对位置和电势相位功角的概念,3、与(同步/功角)稳定性的关系,7,15-3 静态稳定的初步概念,1、静态稳定性的定义： 受到瞬时出现、立即消失的微小扰动后，系统具有抑制扰动、独立地恢复到原始运行状态(或近似的原始运行状态)的能力,2、转子净加速功率(转矩)与转子运动行为的关系： 决定G转子运行行为的关键Ma =MT Me,Ma0， (N) ( 0) Ma0， (N) ( 0),平衡点Ma=0，=N & = 0 =const,8,3、静态稳定性的机理分析：,15-3 静态稳定的初步概念,假设条件：G具有正阻尼(如摩擦转矩),9,15-3 静态稳定的初步概念,4、结论 静态稳定性的实用判据：,(1) 静态稳定条件：, 静态稳定实用判据,(2) 电力系统维持正常运行的必要、但非充分条件：,(3) 隐极机 单机无穷大 系统，不计AVREq =const：,10,15-4 暂态稳定的初步概念,1、暂态稳定性的定义： 正常运行的系统受到(给定的)一定大小的扰动后，恢复到原始运行状态、或不失去同步地过渡到新的稳定运行状态的能力,正常运行,切除线路,系统条件：正常双回输电线路运行条件下突然切除一回线路；隐极 Eq=const,功率特性：,11,15-4 暂态稳定的初步概念,2、暂态稳定过程分析,(1) 稳定情形：,设：原动机机械输出功率（转矩）不变 原始运行点：a(SEP)， G=N 、=0 突然切除一回线路 转子惯性功角不能突变,运行点转移： ab c， PT Pe ，G、, 0 & 过c后: cd， PT 0 d: max 、=0 d: PT Pe,在c点附近若干次震荡后 c c点：SEPNew PT = Pe 、G=N 、= c,12,15-4 暂态稳定的初步概念,2、暂态稳定过程分析,(2) 不稳定情形：,运行点 过c后: c c， PT 0 越过c PT Pe G 、 Pe G - 运行点“ 一去不复返” ！ G 与系统失去同步，稳定破坏！,13,15-4 暂态稳定的初步概念,3、暂态稳定的机理解释简单系统暂态稳定判据,PT Pe 转子加速，积蓄动能； PT Pe 转子减速，释放动能； 稳定条件：在最大可能的减速过程中，“积蓄” 完全 “释放” ，回到同步转速,稳定判据： S+S-max,注意： (1) 复杂系统 无此简单判据 根本判稳依据： (t) const 且新的平衡点为SEP (t) 摇摆曲线,(2) S- 、S+ 稳定程度愈强,14,15-5 负荷稳定的概念,1、负荷稳定的定义： 母线电压、电网频率变化时，负荷(用电设备)维持其正常运行的能力 一般而言，(理论上)只有动态负荷才存在稳定性问题！,典型负荷稳定问题感应电动机 (IM)运行稳定性 IM为主要的动态负荷，其运行稳定性表现为：能否以其额定(或接近额定)转速运行不发生过负荷、过热损坏,2、IM 的 M-s 曲线,15,15-5 负荷稳定的概念,3、静态稳定性分析： 机理：M=Me-MT 0 n s M=Me-MT0 实际： s=5 %左右,注意： IM失稳过程中 (n、s s=1、n=0 ) 吸收大量Q可能导致系统电压失稳！,16,15-6 电压稳定性的概念,1、单端供电系统的传输功率特性：,定义：系统维持各节点电压在允许范围内的能力,17,15-6 电压稳定性的概念,2、(静态)电压稳定性的基本概念,(1) 区域 I：ZLD (YLD ) V 、P 电压稳定 区域 II：ZLD (YLD ) V 、P 电压不稳定 判据： dP/dV0,(2) 电压崩溃： 电压失稳 电压不可控制地 大面积供电中断，乃至系统瓦解！,(3) 影响电压稳定性的关键因素： 本质原因：无功功率支撑 关键因素：负荷的动态特性 电压失稳时切除部分负荷有利于系统的电压稳定; 但大量负荷失去也可能导致功角失稳！,18,15-7 发电机转子运动方程,一、转子运动方程,1、基本形式,19,15-7 发电机转子运动方程,一、转子运动方程,2、转子电气角位移的表示,Gi 相对于固定轴 ： i 、i,Gi 相对于同步轴 ：i 、i,Gi 、 Gj 之间的角位移、相对角速度：ij 、ij,20,二、用标么值表示的转子运动方程,选转矩基准值：,15-7 发电机转子运动方程,机械惯性时间常数,1、基本标幺值形式：,21,二、用标么值表示的转子运动方程,15-7 发电机转子运动方程,2、全标幺值形式：, rad,22,15-7 发电机转子运动方程,二、用标么值表示的转子运动方程,3、状态方程形式：,4、转差率形式的状态方程：,23,三、TJ 的物理意义,15-7 发电机转子运动方程,1、TJ(N) = SN基准下、以N 旋转所具有的动能标幺值之2倍,2、时间意义：,24,15-7 发电机转子运动方程,四、多机系统 TJ 不同基准容量 TJ 的换算,25,15-7 发电机转子运动方程,四、多机系统 TJ 系统等值机组的 TJ,系统等值机组 Geq ：,26,15-7 发电机转子运动方程,五、稳定性分析面临的基本问题,求解摇摆方程，获得摇摆曲线(t) 判断系统稳定性,机械功率特性原动机及其Governor,电磁功率特性由G的电气特性、网络特性共同决定,确定其变化规律(解析描述)复杂非线性、高维,27,希腊字母,28,本 章 小 结 1、功角的概念和物理意义 2、静态稳定的概念和判据 3、静态稳定的概念和判据 4、发电机的转子运动方程 5、惯性时间常数的概念和物理意义,