电力工程12-第12章-电力系统的稳定课件.ppt
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- 电力工程 12 电力系统 稳定 课件
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1、 第三篇 电力系统暂态分析 Part 3 Transient Analysis of Power Systems 电力系统对称故障 电力系统不对称故障 电力系统稳定性 第12章 电力系统的稳定问题稳定性的基本含义是什么?分析稳定性的两个要素稳定性的基本含义是什么?分析稳定性的两个要素是什么?是什么?什么是电力系统稳定性?什么是电力系统稳定性?电力系统稳定如何分类?电力系统稳定如何分类?电力系统稳定分析的基本假设有哪些?电力系统稳定分析的基本假设有哪些?为什么要研究电力系统稳定?为什么要研究电力系统稳定?1 1后果:后果:若失稳,则系统解列,造成大面积停电。若失稳,则系统解列,造成大面积停电。若
2、振荡太大,则影响用户供电。若振荡太大,则影响用户供电。2 2任务:任务:分析判断,保证稳定。分析判断,保证稳定。采取措施,改善稳定。采取措施,改善稳定。稳定性的基本含义稳定性的基本含义 稳定:稳固安定稳定:稳固安定Stability:The property of a body that causes it when disturbed from a condition of equilibrium or steady motion to develop forces or moments that restore the original condition.稳定性:物体(系统)稳定性:物体
3、(系统)维持某一平衡状态维持某一平衡状态的一的一种能力和性质种能力和性质稳定的机械比拟稳定的机械比拟 (a a)小干扰稳)小干扰稳 (b b)小干扰不稳)小干扰不稳 (c c)(d d)小干扰稳,小干扰稳,大干扰稳大干扰稳 回复到,回复到,大干扰失稳大干扰失稳称为平衡称为平衡点,斜坡上点,斜坡上不平衡不平衡一有风吹草一有风吹草动,就土崩动,就土崩瓦解瓦解均小干扰稳均小干扰稳大干扰稳大干扰稳回回到,到,大干扰稳大干扰稳新新的平衡点的平衡点 稳定性与稳定性与平衡点平衡点相联系(平衡点的稳定性)相联系(平衡点的稳定性)稳定与否与稳定与否与干扰干扰大小有关大小有关 电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰
4、动后保持稳定运行的能力。电力系统稳定的定义:电力系统稳定的定义:电力系统中并联运行的发电机电力系统中并联运行的发电机保持同步保持同步是系统维持正是系统维持正常运行的常运行的基本条件基本条件。如果电力系统处于。如果电力系统处于正常运行正常运行条件条件下,这一种运行状态就是电力系统的下,这一种运行状态就是电力系统的一个平衡点一个平衡点(状状态态)。)。电力系统的平衡点电力系统的平衡点小扰动小扰动:小负荷投入,发电机出力小幅度改变等;:小负荷投入,发电机出力小幅度改变等;大扰动大扰动:各种故障,切除线路等:各种故障,切除线路等电力系统的扰动电力系统的扰动电力系统稳定分类电力系统稳定分类l 按物理本质
5、分:按物理本质分:功角稳定:同步运行稳定性(分为静态稳定与暂态稳功角稳定:同步运行稳定性(分为静态稳定与暂态稳定)定)电压稳定:系统遇到干扰后保持母线电压的能力电压稳定:系统遇到干扰后保持母线电压的能力频率稳定:频率崩溃频率稳定:频率崩溃次同步振荡(次同步振荡(SSO)和轴系扭振,等等。)和轴系扭振,等等。l 按扰动大小分:按扰动大小分:大扰动(暂态)稳定:非线性模型,时域仿真;大扰动(暂态)稳定:非线性模型,时域仿真;小扰动(动态)稳定:线性化模型,特征根分析。小扰动(动态)稳定:线性化模型,特征根分析。l按按失稳方式可分为失稳方式可分为:非周期失稳或称单调失稳非周期失稳或称单调失稳:即系统
6、的主要物理特征主要以即系统的主要物理特征主要以单调地上升或者下滑形式失稳,主要由于同步力矩不足而单调地上升或者下滑形式失稳,主要由于同步力矩不足而引起引起;振荡失稳振荡失稳:即系统的主要物理特征发生增幅振荡导致失稳,即系统的主要物理特征发生增幅振荡导致失稳,主要由于阻尼力矩不足而引起。需要指出的是,如果先是主要由于阻尼力矩不足而引起。需要指出的是,如果先是增幅振荡,到一定程度后也会出现单调失稳。增幅振荡,到一定程度后也会出现单调失稳。l按时间分:按时间分:短期稳定(短期稳定(1几十秒):系统受扰后发电机转子之几十秒):系统受扰后发电机转子之间发生摇摆。间发生摇摆。第一摆稳定及多摇摆稳定;以同步
7、运行稳定性为主。第一摆稳定及多摇摆稳定;以同步运行稳定性为主。长期稳定(几分几十分或长期稳定(几分几十分或1小时):系统慢动态,小时):系统慢动态,只计很大的时间常数。只计很大的时间常数。(系统模型、分析方法、研究目标和控制对象不同系统模型、分析方法、研究目标和控制对象不同)我国目前的稳定性分类我国拟采用的稳定性分类电力系统基本组成部分及相互联系电力系统基本组成部分及相互联系原动机及原动机及调速器调速器发电机转子发电机转子运动方程运动方程励磁系统励磁系统发电机发电机电磁方程电磁方程坐标变换坐标变换网网络络方方程程负荷负荷方程方程refUmPreffEeP22tdqUUUdUqUqdII,GUG
8、ILULI0)(),()(),()(tYtXGtYtXFdttdX有动态特性的元件的微分方有动态特性的元件的微分方程(如发电机)程(如发电机)网络方程代数方程网络方程代数方程电力系统数学模型的一般形式电力系统数学模型的一般形式电气工程基础用于稳定分析的各元件数学模型n变压器变压器 (简化模型)(简化模型)n输电线路输电线路 (简化模型)(简化模型)n负荷负荷 (恒定阻抗、电流,功率模型)(恒定阻抗、电流,功率模型)n同步发电机同步发电机转子运动方程,电压方程,磁链方程,功角方程转子运动方程,电压方程,磁链方程,功角方程同步电机的转子运动方程、功率方程同步电机的转子运动方程、功率方程 0(1)J
9、TeDddtdTPPPdtqddqeiiP同步电机的转子运动方程同步电机的转子运动方程 MdtdJJ 力学:力学:式中:式中:;2mKgJ发电机的转动惯量,;mNMMMET之差,与;/,2sraddtd转子机械角加速度。转子机械角速度,2/srad电力系统中均以电角速度表示:电力系统中均以电角速度表示:ppdtddtdMdtdpJ p机械角速度机械角速度电角速度电角速度 标幺化标幺化000)/(/pSpSSMBBBB*0MdtdpSpJB*20MdtdpSJB *0MdtdTJ则则ttdt000)(0dtddtddtddtddtd0220*)1(dtd*MdtdTJ 标幺化标幺化*20Mdtd
10、TJ令令 BBJSJpSJT20220(发电机组的惯性时间常数)(发电机组的惯性时间常数)注:注:T TJ J的量纲是秒,由的量纲是秒,由 T TJ J的物理意义,令的物理意义,令 ,则,则 *0MdtdTJ1*MdtdTJ0000000TTdtdTJTJTTJ J是是 时时 由由0 0升到升到 0 0的时间。的时间。1*M T TJ J的计算的计算 制造厂家提供飞轮转矩制造厂家提供飞轮转矩GDGD2 2(秒)(秒)在英美书籍中往往用在英美书籍中往往用H H,H=TH=TJ J/2/2,T TJ J=2H=2H,则,则 42GDJ 2222100074.26024nSGDSnGDTBBJ*02
11、MdtdH,又,又 若若t t也用标幺值,也用标幺值,一般标幺值省去下标一般标幺值省去下标*,故要注意方程形式,以便确定,故要注意方程形式,以便确定,t t是否标幺化。是否标幺化。01Bt0*/ttttB*0*)1(MdtdTdtdJ0*0*11tddTJ)1(0*tdd*1MdtdTdtdJ电磁功率与电磁转矩电磁功率与电磁转矩 outa ab bc cPu iu iu i0 0332outd dq qPu iu iu i000dddqqqqduriuriuri 2220322dqr iii 002ddqqqddqiiiiiabc坐标:坐标:dq0坐标:坐标:定子铜耗定子铜耗 定子磁能变化率定
12、子磁能变化率产生电磁转矩产生电磁转矩 (电压方程带入)(电压方程带入)电磁功率为:电磁功率为:qddqeiiP23注:注:扣除扣除铜耗及磁能变化后得输出功率铜耗及磁能变化后得输出功率 (只有在忽略(只有在忽略 且令且令 时相等)时相等)outPr0dqoeP 中不包含零序分量。中不包含零序分量。(零序电流合成空间磁场为零。)(零序电流合成空间磁场为零。)eP(稳态或暂态都适用)(稳态或暂态都适用)023BBBIS qddqeiiPpPPMee/*eqddqPMii(标幺化)(标幺化)qddqeiiP23转矩与功率关系为:转矩与功率关系为:同步电机的电压方程和磁链方程同步电机的电压方程和磁链方程
13、 QDfqdQaqDadadadfadaqqadaddQDfqdiiiiiixxxxxxxxxxxxxx000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000ddqdqqdqffffDDDQQQriuriuriuriuriri(1 1)。(2 2)(即不计定子及网络中的电磁暂态过程(即不计定子及网络中的电磁暂态过程。)。)(3 3)电压及功率方程中电压及功率方程中 ,(微(微积分方程即转子运动方程中计及积分方程即转子运动方程中计及 变化。)变化。)(4 4)不计阻尼绕组。不计阻尼绕组。(5 5)只考虑正序基波分量。只考虑正序基波
14、分量。基本假定基本假定 0dqo0r1电力系统中大致有三类元件:电力系统中大致有三类元件:电磁类电磁类 机电类机电类 机械类机械类电磁暂态过程电磁暂态过程(Electromagnetic Transient Process):):主要研究发电机绕组及线路中电流电压等电气主要研究发电机绕组及线路中电流电压等电气量的变化。量的变化。重要假定:重要假定:发电机转速不变,即不计机械动态过程。发电机转速不变,即不计机械动态过程。机电暂态过程机电暂态过程(Electromechanical Transient Process)对机械动态过程与电磁动态过程进行综合对机械动态过程与电磁动态过程进行综合分析研究
15、。分析研究。实质上是将一个大问题分开来求解。实质上是将一个大问题分开来求解。为了简化分析,忽略一些元件的动态过程。为了简化分析,忽略一些元件的动态过程。电磁动态过程变化快:电磁动态过程变化快:).0(&)0(/)0.0(&秒秒秒几秒nTiinTTiiafddf 线路、变压器其中的电磁暂态很快,当其上电压、电流、线路、变压器其中的电磁暂态很快,当其上电压、电流、频率缓慢变化时,相当于稳态元件。频率缓慢变化时,相当于稳态元件。(在很短时间内几乎不变)(在很短时间内几乎不变))(数十秒秒nTJ机械动态过程变化慢:机械动态过程变化慢:机械过程包括发电机转子及调速机械过程包括发电机转子及调速慢慢 电气过
16、程包括发电机励磁电气过程包括发电机励磁较慢较慢 网络(含定子绕组)电磁暂态过程网络(含定子绕组)电磁暂态过程 很快很快 负荷动态过程一般不计负荷动态过程一般不计 结论:结论:定子电压、磁链方程dqqdUUqqqfaddddixixixdddqqqqdUriwUriw 0dqo0r1ddfadqqqdixixUixUqdQddqddqxiExiExiE UIqQEqEqEqdxI jddxI jddxI jqU转子电压方程转子电压方程ffffirU(忽略阻尼绕组)(忽略阻尼绕组)两边同乘两边同乘fadrxfxxfffadffadfadrxixruxqeE强制空载电势强制空载电势qE空载电势空载电
17、势暂态电势暂态电势0dT励磁绕组励磁绕组时间常数时间常数qE0dqqeqT EEE简单系统中同步发电机功角方程简单系统中同步发电机功角方程 GU.constU GUeqEeqxexUGUIqQEqEqEqdxI jddxI jddxI jqUEGU)(fPe?UCosUUSinUqd,xUCosEiSinxUidqqxiEUixUdqqqdUSinxUCosEUCosSinxUqddqqeuiuiPxxCosSinUSinxUEq112 =0=Exqxx?ePqEdxqEdx 隐极时无隐极时无(磁阻功率)(磁阻功率)隐极时隐极时=凸极时凸极时 暂态暂态磁阻磁阻功率功率 QEqxGUEdxqxx
18、ex22/2SinxxxxUSinxUEqdqddq22sin/2SinxxxxUxUEqdqddqSinxUEqQ/GeGSinxUU/SinxUEd/xxSinUSinxUEPqe11222注意点:注意点:磁阻功率只在凸极时才有,而暂态磁阻功率磁阻功率只在凸极时才有,而暂态磁阻功率不不论论隐极、凸极均存在。隐极、凸极均存在。往左偏往左偏,而而 往右偏往右偏 qdxxqdxxEqPqEP 例例13-113-1(1)计算元件参数及综合电抗)计算元件参数及综合电抗441.1dx067.1qx743.0dx532.0ex(2)计算正常稳态时各电势(电压)计算正常稳态时各电势(电压)614.10QE
19、92.10qE353.10qE368.10E229.10GU(3)计算功能特性方程)计算功能特性方程 2122.0332.12067.1441.1067.1441.121441.1192.12SinSinSinSinPEq2205.0825.1SinSinPqESinPQE513.1SinSinPE841.1841.1SinPGU31.2习题习题如图所示电力系统,各元件参数如下。如图所示电力系统,各元件参数如下。发电机:发电机:变压器:变压器:线路:线路:运行条件:运行条件:4.0,1.1,7.1,5.10,300,5.352dqdGNGNGNxxxkVUMWPMVAS110/220,105.
20、0,360;242/5.10,14.0,3601211TdTNTdTNkUMVASkUMVASkmxkVUkmllN/41.0,220,25095.0cos,250,115000MWPkVU计算计算 分别为常数时发电机的功率特性。分别为常数时发电机的功率特性。GqqUEE,GGU1TL0U2T0cos0P电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定 电力系统静态稳定是指系统在正常运行条件下电力系统静态稳定是指系统在正常运行条件下受到小干扰后受到小干扰后,不发生非周期性失步,能够恢复到原不发生非周期性失步,能够恢复到原来的运行状态或很接近原来运行状态的能力。这种来的运行状态或很接近原来运行状态的能力。这
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