电力系统分析基础(第八章)

5、提高静态稳定的措施 1) 采用自动励磁调节装置 采用分裂导线 采用串联电容器 2) 减少元件的电抗 提高线路的额定电压等级 增加回路数
3) 改善电网结构和采用中间补偿设备
四、简单电力系统的暂态稳定 1、分析 1) 假设 a) PT不变（因为1秒左右原动机调速器还不能有明显变化） b) 对不对称短路，不计零序及负序电流对转子的影响
2) 稳定判据
d P > 0 时稳定
E
dδ
K 稳定储备系数： p =
E U 极限功率： P X P − P × 100 % 正常运行：KP > 15% P 故障状态：KP > 10%
max
=
q
dΣ
max
0
0
3、利用小干扰法分析简单电力系统的静稳定
d δ =∆ T M = ∆ P = P − P sin δ dt d ( δ + ∆δ ) = ∆ = − ⇒T P P P sin ( δ + ∆ δ ) dt
⇒ TJ ( P + Seq )∆ δ = 0
2
1 2
两个根：
T
J
P2 = −
−S T
eq
J
∆ δ = C 1 ep t + C 2 ep t
分析: 1) 当Seq>0时，P1,2=±jβ
∆ δ = − C sin( β t − φ )
考虑到阻尼时,衰减振荡,稳定
2) 当Seq<0时，P1=µ, P1=-µ
dF ik dQ jk = γj = λk 水、火电厂不计网损时： dP ik dP jk
水、火电厂计及网损时： λ i L
i
= γ jλ jL j = λ
k
3、掌握负荷及电源的频率静态特性及频率调节方法
p*
负荷
p* f*
1 1 KG = ⇒ KG * = × 100 σ% σ 电源
p*
有二次调频
f*
一次侧：用电设备 二次侧：发电设备 升压变：=发电机额定电压 降压变：=电网额定电压UN 额定电压为空载电压 内部损耗约5% 二次电压高出10%
标称电压等级
7、了解电力网接线
无备用—从一条线获得电源 有备用—从两条及以上线获得电源
中性点直接接地 中性点不直接接地 不接地 经消弧线圈接地 经电阻接地
P (δ − δ ) + P cos δ = P
0 C 0 c lim
cos δh − PI Imax cos δ0 II Im ax − PI Im ax
II Im ax
3、用分段计算法求解转子运动方程 不能线性化，只能迭代，一步一步计算
4、提高暂态稳定的措施 1) 采用自动励磁调节装置
提高静稳有明显作用 增大阻尼，改善暂稳
5) 改善电网结构和采用中间补偿设备 6) 系统解列，异步运行，再同步
总复习
第一章 电力系统的基本概念
1、电力系统的概念和组成—电力网、电力系统、动力系统及之间关系 2、电力系统为什么要互联运行—经济、可靠、互补、备用 3、电能变换和电源构成—水20%、火70%、核10%，了解新能源 4、电力系统的负荷—了解负荷曲线、负荷率Kp、最大负荷利用小时Tmax 5、电力系统运行的特点及要求—电能质量、运行特点、运行要求 6、电力系统的电压等级 用电设备允许偏差±5%、首末端10% 发电机额定电压高于电网5% 变压器
受到突然的扰 暂态：动，运行参数 变化很大
电磁暂态过程——故障分析 （只考虑电磁变化，几十ms） 机电暂态过程——稳定问题 （同时考虑电磁与机械参量）
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
稳态性
（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
端部完全等值的变压器模型的作用及推导
5、了解电力设备运行的基本知识
正常运行 发电机 非正常运行 迟相—发P、Q 进相—发P、收Q 运行极限图 调相—发、收Q 短时过负荷 异步运行—失磁，吸收无功、发异步有功 不对称运行 自然方式—30% 强迫方式—20%
正常过负荷 变压器
事故过负荷—牺牲寿命，不超过2倍 升压：铁-中-低-高 结构 降压：铁-低-中-高 变压器接线形式 变压器并列运行的条件 变比相同 组别一致 短路电压百分比值相等
0
T
J
=
2 Wk
S
L 转子的惯性时间常数
GN
电角速度 δ0 = ω0 t 功角差
J
ω = PΩ δ = ωt − δ0 = (ω − ω0 ) t
2
Eq U δ
E* T*
ω ω0
T d δ =∆ =∆ = − M P P P ω dt
2 * * 0
δ0
ω =0
三、简单电力系统的静态稳定 1、功角特性曲线
第五章 电力系统有功功率的最优分配与频率调整
1、掌握各类负荷的特点及调整方法 频率与有功功率密切相关
一次调频—调速器调节 二次调频—调频器调节 三次调频—经济分配
2、了解有功功率的最优分配原理——等微增率准则
dF 1 dF 2 < 耗量特性及等微增率准则—如果 dP G 1 dP G 2 应如何调整机组出力
X
sin δ
E X
'
.
' d
XT1
XL XL
XT2
U
.
III
L
3) 解释 加速面积abcdk 大与 减速面积dgfe时 是暂态稳定的
最大故障切除角 δc<δmax<δh 是暂态稳定的
2、等面积定则 δC ( P0 − PI Imax sin δ )dδ + ∫ δh ( P0 − PII Imax sin δ )dδ = 0 ∫δ0 δC
∆ δ = C 1 eµ t + C 2 e− µ t
不稳定
4、调节励磁对电力系统静态稳定的影响
励磁维持端电 压UG不变时，对应 的功率特性曲线—— 外功率特性曲线在 δ>900时仍然是稳 定的，但由于的滞 后调节，在δ<900 范围内，对于装有 调节器的系统，不 能用dP/dδ判断， 而应用小干扰法分 析。
(Ω )
T
2 N
(S )
u% U ≈ X 100 S I % S B = 100 U
k N T N
0 T
2
N 2 N
归算问题——三绕组容量不同时
计算RT时归算 计算XT时不归算
4、熟练制作电力系统的等值电路
多级电压网的归算问题——确定基准级，按变压器变比归算 标幺值电路的制定 归算有名值 归算基准值
（零序：Δ接法，无；负序：平均值为零的转矩，惯性大来不及反映）
c) 只考虑正序分量的影响（用复合序网及等效等则）
单相接地 两相短路 两相接地短路 三相短路
X0Σ X2Σ X2Σ X0Σ X2Σ
短路点并入一个等效附加阻抗ZΔ
2) 模型
U
G
T
1
T
U = 常数
2
a) 正常运行时
X b) 故障时
P
II
E X
( Pi + jQi )* Ui
*
= ∑ Yij U j
j=1
n
.
1 Ui = Yii
.
⎡ P − jQ j=n * ⎤ ⎢ i * i − ∑ Yij U j ⎥ j= 1 ⎢ Ui ⎥ j≠ i ⎣ ⎦
4、了解牛顿—拉夫逊法的原理与步骤——局部线性化
n−1⎫ ⎪ m−1⎬ ⎪ n−m ⎭
⎡ ∆P ⎤ ⎡H N ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎡∆f ⎤ ⎢ ∆Q ⎥ = ⎢ J L ⎥ ⎢∆e⎥ ⎢∆ u 2⎥ ⎢ R S ⎥ ⎣ ⎦ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣
'
.
' d
XT1
XL XL
XT2
U
.
P
Ι
=
EU
Ι
sin δ
X
sin δ
'
Ι
=
EU
E X
'
.
' d
XT1
XL XL
XT2
U
.
1 ( X d + X T 1 )( X L + X T 2 ) 2 X II = X I +
II
X
Xᅀ
X
∆
c) 故障切除后
P
III
=
EU
X
III
=
X +X +X +X
' d T1 T2
f*
为什么说只有一次调频是有差调节，二次调频可以做到无差调节
4、了解互联系统的频率调整方法
第六章 电力系统的无功功率与电压调整
1、掌握无功电源的种类 电压与无功功率密切相关
发电机 调相器 静止电容器 静止补偿器
2、了解无功功率的经济分布原理
无功电源的最优分布—等网损微增率
∂∆ P ∑ ∂ Q Gi ∂∆ P ∑ 1 1 = ∂∆ Q ∑ ∂∆ Q ∑ ∂ Q Gj 1 − 1 − ∂ Q Gi ∂ Q Gj
d d q 2 q dΣ q E dΣ dΣ q
E =U +I X 0=U −I X E U sin δ P = X
q q d d q dΣ q E dΣ
dΣ
2、静态稳定的概念
1) 分析
a点时：受干扰δa获得正Δδ→PE获ΔP，P0不变→ ΔM为负制动转矩， 发电机减速， δ↘回到δa， ΔM=0，但惯性作用δ继续↘到a’’点 停止减少，在a’’点ΔM>0故须加速， δ ↗ ，但由于阻尼达不到a’ 点，经过几次振荡后回到a点，是静态稳定的。 b点时：受干扰增加Δδ→PE ↘ ，ΔM >0，故δ继续↗ ，不能回到b点。 受干扰减少Δδ时，由b点回到a点，但在b点不能建立稳定的平衡， 故是不稳定的
U
G
T
1
T
U = 常数
2
E
P
.
q
jXd
jXT1
jXL1 jXL2
*
jXT2
U
.
E
d
.
q
jXdΣ
U
.
E
= R
q
E
(U I) = U
q d dΣ
.
q
I + U I
q d
凸 极 机 隐 极 机
E =U +I X 0=U −I X E U sin δ + U X − X sin 2 δ P = 2 X X X
减少加速面积，增大减速面积 重合闸进一步增大减速面积
2) 快速切除故障和自动重合闸 3) 减少元件的电抗
采用分裂导线 采用串联电容器 提高线路的额定电压等级
4) 快速汽门控制、电气制动、变压器经小电阻接地
汽轮机——快关汽门 水轮机——电气制动，发生故障时迅速投入一个附加电阻 变压器经小电阻接地——单相故障的电气制动 联锁切机
无功负荷的最优补偿—最有网损微增率（容量确定、设备分布、顺序选择
2 J 2 * * 0 max
2
0
J
2
*
0
max
0
⇒
T
J
d d t
2
∆δ
2
=
P −P
0 E
max
sin
d ( δ )− P ∆δ dδ
E 0
1 d PE 2 + ∆δ −K 2 2! d δ
2
≈−
d P ∆ δ dδ
d ∆δ + d P ∆ = 0 ⇒ T δ dδ d t
2 E J 2
P1 =
− S eq
电力工程系
Department of Electrical Engineering
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （八）
任 建 文
North China Electric Power University
第八章 电力系统的稳定性
一、基本概念 稳态：运行参数变化很小 电力系统的 运行状态
断路器——有灭弧能力，分合负荷及故障电流
第三章 简单电力系统的潮流计算
1、掌握基本概念与计算
P R +Q X P X −Q R + j = ∆ U + jδ U 如何求电压降落 U U & & & 电压降落 ∆ U = U 1 − U 2 L L 相量差
∆U =
. ' '
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电压损耗 ∆ U = U − U ≈ ∆ U ( ∆ U ) L L 标量差 U − U × 100 % = 电压偏移 U 如何求功率损耗
∑
a'
)
ˆ Z
∑
= ∑ Z ˆ i=1
n+1
i
4、了解环型网的潮流计算方法 多电压级——有强迫功率 5、了解电力网潮流的调整与控制手段
单电压级——按两端供电，强迫=0
第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法
1、掌握节点导纳矩阵的形成与修改 2、掌握潮流计算中节点的分类方法
PQ节点 PV节点 平衡节点
3、了解高斯—塞德尔迭代法的原理与步骤
8、掌握中性点的接地方式 有哪几种 适应范围 中性点不接地系统的优缺点
第二章 电力系统元件的电气参数及等值电路
1、了解电力线路的结构 2、熟悉电力线路的电气参数及等值电路 3、掌握变压器的电气参数及等值电路
短路试验
空载试验
U 1000S ∆ P0 G = 1000 U R = ∆P
T N k
2
2 N
二、同步电机的转子运动方程
机械角加速度
转动惯量
dΩ Ja = M T − M E = ∆ M = J dt
原动机转矩
电磁转矩
机械角速度
转子储存的动能： W k =
转矩基准值：
M N = S GN
1 2 J Ω0 2
2 W k dΩ = ∆ M* = dt S GN Ω 0
T dΩ Ω dt
J 0
Ω
' '' 1 2
N N
2、掌握开式网的潮流计算方法
已知：末端功率与电压，一步完成 已知：末端功率，首端电压，二步完成 不同电压等级时，归算问题 同一电压等级
3、了解双端供电网的潮流计算方法
力矩原理 & S 功率分点
1
& ˆ ∑ S Z & = + U ˆ Z
i=1 Li i ∑
n
(U ˆ
N
a
ˆ Z
ˆ − U