第九章--现代电力系统的运行
电力系统运行知识课件
1.电压监视点
系统的运行电压，应考虑电气设备安全运行的要求，要符合现场运行规程的规定。变压器 运行电压一般不得超过其相应分接头电压的±5%。
2.保证电压正常的管理措施
合理调整与选择变压器的分接头，是保证电压合格率和降低线损的重要措施之一，变电所 主变压器分接头位置的改变，应按调度规程的规定执行。 做好无功功率供需平衡工程，是从根本上保证系统运行电压正常的措施。无功功率应以就 地平衡为原则，应避免不同地区间无功功率的长距离输送。
1.无功电力调度
(1)无功电力调度实行按调度权限划分下的分级管理，上、下两级调度部门都应对调度衔接处 结点（以下称“界面”）的无功电力送出（或受人）量进行监督和控制。“界面”无功电力交换 限量（或功率因数）值的确定，由相关双方调度部门商定，高峰和低谷时的功率因数值宜基本一 致。
(2)当“界面”处的无功电力送出（或受人）量超出规定值时，高峰时受入方调度应首先 予以调整至允许范围值以内；低谷时送出方调度应首先予以调整，当受入量超出值影 响主网（送出方）无功平衡并危及电网安全运行时，可采取限负荷措施。 (3)变电所运行人员应根据负荷变化规律和电压状况，及时调整、投切无功补偿设备。
图2-1
单母线分段带旁路母线接线图
（1）优点是将单母线分为两段并用断路器连接，线路侧增设旁路母线和旁母隔离开关。 （2）优点是具有单母线接线的优点，由于增设了分段断路器，就减少了母线故障停电范围，提高了 供电可靠性，且由于增设了旁路母线，所以当出线断路器检修时，该线路仍能继续供电。 （3）缺点是当任一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上所有回路仍能停电。 2.双母线 (1)特点是每一回路都是通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上。电源线和出线适当地分 配在两组母线上，并可通过母联断路器并列运行，如图2-2所示。
第九章_同步发电机的运行教育课件
只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机 或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续
供电，才能容许发电机短时过负荷。
技术研究
发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全 相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不 超过10~15A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生 单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护 不带时限立即跳闸。
技术研究
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8、发电机的冷却方式
定子/转子绕组/定子铁芯 全氢冷 水氢氢 水水空 水水氢 全水冷
补偿后的单相电流小于1A，可不跳闸停机，仅作用 于信号，提高供电的可靠性。
技术研究
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经高电阻接地方式
适用于200MW及以上的大机组。
具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电 压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变 压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V 或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜 。 部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻 。
定子电压降低5% 定子电压增加5% 定子电压低于95% 定子电压高于105%
定子电流增加5% 定子电流降低5% 定子电流不超过额定值的5% 发电机降低出力
端电压最高和最低限值为额定值的110%-90%
技术研究
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频率和功率因数不同于额定值时发电机运行
运行频率在±0.5HZ变化 频率高于额定值 频率低于额定值
运行状态 将高压断路器合上，即机组与主系统并列。
技术研究
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锦州发电机的冷启动规程
备用变向厂用电系统供电；
锅炉点火，汽轮机冲转，电液调速打到低转速档，在达到 500转/分前，每分钟增加100转，之后，在达到1000转/分时 检查机组的振动等情况，暖机半小时，在达到2800转前，每 分钟增加800转，迅速超过临界转速，在达到2800转/分后， 电液调速打到高速档，每分钟增加50转，在转速稳定后准备 同期并网。
书本说明电力系统工程基础--华中科技大学出版社-....doc
书本说明：《电力系统工程基础》－－华中科技大学出版社－－主编：熊信银张步涵第一章绪论电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律连接而组成的统一整体。
电能的质量指标主要包括：电压，频率，波形电力系统中性点接地接地：为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。
电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。
电力系统的中性点接地方式：小电流接地：★中性点不接地（中性点绝缘）适用范围3kV~60kV的电力系统★中性点经消弧线圈接地消弧线圈：安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器作用：它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，补偿方式：大多采用过补偿方式。
大接地电流：★中性点直接接地380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。
★中性点经电阻接地适用范围：配网系统第二章发电系统火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。
第三章输变电系统第一节概述输变电系统: 包括变电所和输电线路★电气主接线发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，称为电气主接线，也称为电气一次接线或一次系统。
★一次设备发电厂或变电所中直接通过大电流或接于高电压上的电气设备称为电气主设备或一次设备。
★二次设备发电厂或变电所中用于对一次设备或系统进行监视、测量、保护和控制的电气设备称为二次设备，由二次设备构成的系统称为二次系统。
第二节输变电设备★电流互感器运行特点：二次绕组不能开路，二次侧必须接地二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线★电压互感器运行特点：二次绕组不能短路，二次侧必须接地分为电磁式和电容式两种第三节电气一次接线(重点)第一大类有汇流母线接线1. 单母线接线简单、清晰、设备少2. 单母线分段接线减少母线故障或检修时的停电范围3. 单母线分段加装旁路母线接线旁路母线的作用是不停电检修进出线断路器4. 双母线接线具有两组母线W1，W25. 双母线分段接线工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段6. 双母线带旁路母线接线任一进出线的断路器检修时可不停电7. 一台半断路器接线在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。
第9章现代电力系统的运行
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有 功功率和无功功率的关系：
❖在额定电压附近，电压与无功 功率的关系比较密切，表现为无 功功率对电压具有较大的变化率。
❖分析系统运行的电压水平应从 系统的无功功率入手。
一、电力系统的无功功率平衡
1、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、 静止补偿器等。
❖频率增加，负荷取用功
率增加；频率减小，负荷
取用功率减小。（负荷的
调节效应）
❖电力系统频率变化范围
很小，在较小的频率范围
内，该曲线接近直线。
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第9章现代电力系统的运行
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3.电力系统的频率调整
（1）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调速器系统。
❖系统中一台发电机和一 综合负荷，静态频率特性 曲线如图：
❖负荷的变化将引起频率的变化;
❖原因是负荷的经常性变化,随时 都将打破电源有功出力与负荷消 耗的有功功率之间的平衡;
❖在电力系统运行中,必须调节电 源的功率保持系统的功率平衡,使 系统的频率运行在允许的范围内。
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第9章现代电力系统的运行
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量：
PUcIosEU sin
X
Eco sU IX sin IsinEcosU
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X 第9章现代电力系统的运行
X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压 的关系：
PUcIosEU sin
X
IsinEcosU
XX
QUsIinEU cosU2
XX
现代电力系统的运行与优化
现代电力系统的运行与优化一、前言电力系统是现代社会不可缺少的基础设施之一，它的运行与优化直接影响着国家经济和社会的发展。
从最早的直流输电到现代的交流输电，电力系统已经经历了翻天覆地的变化。
如今，随着科技的不断进步和社会需求的不断增加，现代电力系统也正处于快速发展和演变的阶段。
本文将从电力系统的运行机理和优化技术两个方面进行阐述，希望能够为读者提供关于现代电力系统的全面介绍和掌握电力系统的基本知识。
二、电力系统的运行机理1.电力系统的组成电力系统主要由电源、变电站、输电线路、变配电站、配电线路等多个环节组成。
电源包括了水电、火电、核电、风电、太阳能等多种电力形式。
变电站主要用于将高压输电线路的电压升高或降低到适合分配的低压电力，同时也可以将低压电力升高或降低到适合输电的高压电力。
输电线路则负责将电力从发电站输送到变电站或者终端用户。
变配电站主要用于将电力进一步分配到各个终端用户，配电线路则负责将进一步分配好的电力输送到各个用户。
2.电力系统的运行方式对于电力系统来说，最大的运行方式包括了电力的传输和分配。
一方面，电力需要从发电站传输到变电站、变配电站、用户端，另一方面，从变配电站开始，电力需要分配到各个用户端，然后才能被使用。
电力的传输和分配需要依靠数学模型、物理模型和控制算法等技术手段进行实现。
3.电力系统的实时监测与控制电力系统需要进行实时监测和控制，以保证电力的稳定性和可靠性。
一般来说，电力系统的监测和控制有以下几个方面：（1）电力的负荷预测和平衡，（2）电力的故障诊断和故障隔离，（3）电力的保护和安全控制，（4）电力的优化调度和管理等。
特别是在大规模复杂电力系统中，如何实时监测和控制电力系统是一个复杂且难点问题，需要依靠数据处理算法、控制策略和可视化界面等技术手段来进行实现。
三、电力系统的优化技术1.电力系统的负荷预测和平衡为了使电力系统能够高效地运行，需要预测和平衡电力的负荷。
负荷预测和平衡的核心是对未来的电力需求进行预测和调度。
电力系统运行与控制
电力系统运行与控制电力系统作为现代社会的重要基础设施，其运行和控制对于能源供应和经济发展具有重要意义。
本文将从电力系统的组成、运行原理和控制方法等方面进行论述，以便更好地理解电力系统的运行与控制。
一、电力系统的组成电力系统主要由发电厂、输电网和配电网组成。
发电厂是电力系统的核心，它将能源转化为电能并进行调度和控制。
根据能源类型的不同，发电厂可以分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂和新能源发电厂等。
输电网将发电厂产生的电能从发电厂送往用户。
高压输电线路和变电站是输电网的重要组成部分，它们起到将电能从高压输电线路转换为低压供电给用户的作用。
配电网是将输电网供应的电能分配给各个用户的网路系统。
它包括变压器、配电线路和配电设备等。
二、电力系统的运行原理电力系统的运行原理主要涉及负荷匹配原理、传输损耗原理和电力平衡原理。
负荷匹配原理是指根据用户的需求和供电能力之间的匹配关系来调度电力系统的运行。
运行人员需要根据用户负荷的变化情况对发电机组进行调度，保证发电能力和负荷需求之间的平衡。
传输损耗原理是指在电力输送的过程中，由于线路电阻、电感和电容等因素引起的能量损耗。
电力系统的运行人员需要合理安排电力输送的路径和方式，尽量减小传输损耗。
电力平衡原理是指电力系统中消耗与供给之间的平衡关系。
电力系统运行人员需要根据负荷的变化情况，调整发电厂的出力以及负荷开关的状态，保持电力供需平衡。
三、电力系统的控制方法电力系统的控制方法主要包括负荷控制、频率控制和电压控制等。
负荷控制是根据用户需求和供电能力之间的匹配关系，对电力系统的负荷进行调度。
通过控制发电机组的发电出力和负荷开关的状态，来实现负荷的平衡和稳定供电。
频率控制是指控制电力系统的频率在正常范围内变化。
频率是衡量电力系统运行状态的重要指标，过高或过低的频率都会影响电力设备的正常运行。
运行人员需要通过调整发电机组的出力和负荷的开关状态，来保持频率的稳定。
电压控制是指控制电力系统的电压在合理范围内。
电力系统-第9章
根据研究的时间范畴，将电压稳定分为：暂态电压稳 定、中期电压稳定和长期电压稳定。 暂态电压稳定的时间范围为0～10s，主要研究感应电 动机和HVDC的快速负荷恢复特性所引起的电压失稳， 特别是短路后电动机由于加速引起的失稳或由于网络 弱联系引起的异步电机失步的电压稳定问题。 中期电压稳定（又称扰动后或暂态后电压稳定）的时 间范畴为1～5min，包括OLTC、电压调节器及发电 机最大电流限制的作用。 长期电压稳定的时间范畴为20～30min，其主要相关 的因素为输电线过负荷时间极限、负荷恢复特性的作 用、各种控制措施（如甩负荷等）等。
TJ 为归算到功率基准值S B的发电机组的惯性时间常数（s); T 为时间（s);
当 N 时
1，则M P 当 N 时M P PT Pe
d 2 P 2 N dt TJ
不同的形式，如 当 (rad )、t ( s)、TJ ( s)时
d , dt d d 2 dt dt 2
得转子运动机械转矩方程：
d d 2 J J J M M T Me 2 dt dt 1 2
2、 同步发电机组的基本方程式（用电气量表示的 发电机组运动方程） p 发电机转 i 机械角度→电角度 p 子轴线 电角度θ 电角速度ω 极对数p
V1 G
V1
T1
L
T2
V2
jX d
jX T 1
jX L jX L
P+jQ jX T 2
I
V1
V2
功角特性： P V1V2 sin 12 X
其中：V1、V2为送端和受端发电机电动势 1 X X d XT1 X L XT 2 2 12为V1与V2间的相角差
武汉大学 电气工程基础课件(上)
有功功率与频率的关系；电力系统无功功率平衡及其与电压的关系；电力系统调压的基 本思路，中枢点电压管理；电力系统各种调压措施的原理、计算和应用；电网运行经济 性简介（网损概念及计算、最大负荷损耗时间、降损措施）；电力系统稳定性基本概念。
第十章 电力系统继电保护
（4）
继电保护的基本概念、作用、基本原理；继电保护装置的构成，动作电流、返回电流、 返回系数的基本概念；继电保护的“四性”要求；三段式相间短路电流保护的实现原理
短路故障、标幺制、无限大功率电源供电网络的三相短路、网络简化与转移电抗的计算、 有限容量系统供电网络三相短路电流的实用计算、各元件的负序与零序参数、各序网络 的建立、不对称短路的计算
第八章 电气主接线的设计与设备选择
第九章 现代电力系统的运行
（4）
（6）
载流导体的发热和电动力；电气设备选择的一般步骤及计算公式；短路计算点的基本概 念和选择方法；断路器、电抗器的选择
2. 电力工业现代化
高电压、大系统 大电厂、大机组 智能电网
HUST_CEEE
3. 联合电力系统
效益
各系统间电负荷的错峰 效益
支出
增加联络线和电网内部 加强所需投资以及联络 线的运行费用
当系统间联系较弱时， 有可能引起调频的复杂 性和出现低频振荡 增加了系统短路容量， 并可能导致增加或调换 已有设备 增加联合电网的通讯和 高度自动化的复杂性
地方电力网
变电所D：终端 10 kV
110 kV
变电所B： 中间
35kV
变电所：按其在电力系统
35kV ~ 水力发电厂 ~ 火力发电厂
中的地位分类 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端电站所
电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类
第9章 电力系统内部过电压
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
电气工程基础
电力系统分析第一章绪论1.发电厂、变电站、电力网、电力系统、动力系统发电厂：生产电能的工厂，它把不同种类的一次能源转换成电能。
变电站：联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。
电力网：由变电站和不同电压等级输电线路组成的网络，称为电力网。
电力系统：由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体称为电力系统。
动力系统：在电力系统的基础上，还把发电厂的动力部分，如火力发电厂的锅炉、汽轮机，水力发电厂的水库、水轮机，核动力发电厂的核反应堆等也包含在内的系统，称之为动力系统。
注：从广义上来说动力系统+电力网称为电力系统，狭义上来说电力网就是电力系统。
2.电力系统的特点和要求特点:(1)电能不能大量存储；(2)过渡过程十分短暂(3)与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系(4)地区性特点较强要求：(1)保证供电可靠(2)保证良好的电能质量(3)为用户提供充足的电力(4)提高电力系统运行经济性3.电能的质量指标、我国电压允许偏差、频率变化允许偏差衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
我国电压允许偏差为±5%频率变化允许偏差为±0.2%~±0.7%4.电力系统额定电压制定原则、我国电压等级原则：根据技术经济上的合理性、电气制造工业的水平和发展趋势等各种因素而规定的。
电压等级：低于3kV系统的额定电压和3kV及以上系统的额定电压两类。
5.接地及接地的种类为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接，称为接地。
5种接地方式：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地。
6.中性点的接地方式及特点（1）中性点不接地------保护接地（2）中性点直接接地------保护接零（3）中性点经消弧线圈接地（4）中性点经电阻接地第二章发电系统1.能源的分类、电能（1）按获得的方法分：一次能源：能源的直接提供者，例如煤炭、石油、天然气、水能、风能等二次能源：由一次能源转成而成的能源，例如电能、蒸汽、煤气等（2）按被利用的程度分常规能源：已被人们广泛利用的能源，例如煤炭、石油、天然气、水能等新能源：用新发展的科学技术开发利用的能源，例如太阳能、风能、海洋能、地热能等（3）按能否再生分可再生能源：自然界中可以不断再生并且有规律地得到补充的能源，例如水能、风能、太阳能、海洋能等。
电力系统分析第九章
第九章 电力系统小扰动稳定性 9.1 小扰动稳定性基础概念
稳定平衡点(SEP)：若x0是系统的一个平衡点，对于>0，均能找到(x0, t)>0， 当||x(t)-x0||<(x0, t)时，过x(t)轨迹上的任意点x‘(t)(t; x(t))，均满足 ||x’(t)-x0||<，则称x0是系统的一个稳定平衡点。
一致(Uniform)稳定平衡点：若x0是系统的一个稳定平衡点，且上述条件中的取 值不依赖于时间t，则称x0是系统的一个一致稳定平衡点。
渐近(Asymptotic)稳定平衡点：若x0是系统的一个稳定平衡点，且满足t 时， x'(t)x0，则称x0是系统的一个渐近稳定平衡点。 不稳定平衡点(UEP)：不满足上述稳定性条件的系统平衡点。
系统控制参数p变动对小扰动稳定性的影响 分析中，我们假设系统的控制参数p是给定的，而在实际运行中，控制参数往往 会发生变化，线性化模型中的矩阵和降阶雅克比矩阵A都会随p变化，它们都可 表示为控制参数p的函数，由此系统的线性化模型将变为： D ( p) x A( p) x B ( p) y x A( p) x ( p) x D( p) y 0C 可逆 由前稳定性分析可知，只有降阶雅克比矩阵A的所有特征值位于复平面虚轴左 侧，系统才是小扰动稳定性。 当控制参数连续变动时，系统一些特征值会穿越虚轴，从而引发系统由稳定 (或不稳定)向不稳定(或稳定)变化的过程， 这一现象在动力系统稳定性理论中被称为分岔(Bifurcation)，分岔的出现往往 预示着系统小扰动稳定性状况的变化。 对于电力系统的DAE模型，常见有如下三种分岔：
系统控制参数变动对小扰动稳定性的影响
简介电力系统运行原理
简介电力系统运行原理电力系统是指由发电厂、输电线路和配电线路组成的，用于向用户提供电能的一套设备和设施的总称。
它是现代社会不可或缺的基础设施之一，负责将发电厂产生的电能传输到各个终端用户，保障各行各业的正常运行。
电力系统的运行原理主要包括发电、输电和配电三个环节。
下面我将逐一阐述这三个环节的原理。
1. 发电环节：发电是电力系统的起点，指的是将各种能源转化为电能的过程。
目前，常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等。
火力发电是利用燃烧化石燃料或生物质等产生高温高压蒸汽，驱动发电机通过转动磁场产生交流电。
水力发电是利用水流能量驱动涡轮机转动，进而通过发电机产生电能。
核能发电则是利用核裂变产生的热能转化为电能。
这些发电方式都通过不同的原理将其他能源转化为电能，并通过输电线路输入到电网系统中。
2. 输电环节：输电是将发电厂生成的电能从发电厂输送到用户的过程。
由于电能的传输距离较远，需要采用高压输电方式，以减少传输损耗。
主要有两种输电方式：交流输电和直流输电。
交流输电采用变电站将电能升压，然后通过输电线路传输到用户。
直流输电则经过一系列的处理，将交流电转化为直流电，再传输到目标地点。
无论是交流输电还是直流输电，都要经过输电线路、装置设备等多个环节，确保电能的稳定传输。
3. 配电环节：配电是将输电线路传输的电能分配到各个终端用户的过程。
一般而言，配电系统可以分为高压配电和低压配电。
高压配电主要负责将输电线路输送到城市或工业用电区域的变电站，再通过变压器将电能降压后分配给低压用户。
低压配电则是将电能从变电站传输到各个家庭、商业和工业用户。
配电系统通常通过开关设备、配电变压器和配电线路来实现电能的分配。
总的来说，电力系统的运行原理就是将各种能源转化为电能，通过输电和配电环节将电能稳定地传输和分配给用户。
在整个运行过程中，需要注意电网的稳定性和可靠性，确保电能的连续供应。
此外，电力系统还需要具有一定的调度和控制能力，以应对各种突发情况和用户需求的变化。
现代电力系统分析理论与方法 第9章 电力系统小干扰稳定分析
13
第一节
概述
代数方程组主要包括：
01 电力网络方程，即描述在公共参考坐括系x-y下节点电 压与节点注入电流之间的关系。
02 各同步发电机定子电压方程(建立在各自的 d-q 坐标系 下）及 d-q 坐标系与 x-y坐标系间联系的坐标变换方程。
03 各直流线路的电压方程。
04 负荷的电压静态特性方程等。
现代电力系统分析 理论与方法
第九章 电力系统小干扰稳定分析
1
第九章 电力系统小干扰稳定分析
01
概述
02
电力系统各元件的线性化方程
03
小干扰稳定分析
04
状态矩阵的特征行为
2
第一节
概述
3
第一节
概述
电磁暂态过程
重点在于分析短路故障 后电网中电流、电压的 变化，由于发电机转子 的转动惯量较大，可以 不计发电机组角位移的 变化，即各发电机组转 速不变（机械运动过程 比电磁过程要慢得多）。
由于非线性系统运行状态在小范围内发生改 变时与它的线性化近似具有相似的特性，故可以 在运行点附近将系统方程线性化，再做进一步分 析。
10
第一节
概述
复杂电力系统静态稳定性小扰动法
机电暂态过程对一些电磁运行参量的变化规律作某些近似的假设（忽
略发电机定子和电力网络的暂态过程），下图给出了用于电力系统稳定 分析的全系统数学模型的构架 ：
电力系统暂态过程
机电暂态过程
稳定问题重点在于 分析发电机组转子 运动规律，可以对 一些电磁运行参量 的变化规律作某些 近似的假设。
4
第一节
概述
电力系统稳定性概述
功 角 稳 定 性 分 析
电力系统稳 定性分析
电力系统运行与控制
电力系统运行与控制电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，对于各领域的生产和发展具有至关重要的作用。
而电力系统的运行与控制则是确保电力供应的正常和可靠性的关键环节。
本文将介绍电力系统的运行与控制的基本原理、技术手段以及目前的发展趋势。
一、电力系统运行原理电力系统的运行原理主要涉及电力的生成、输送和使用三个方面。
首先，电力通过发电厂的发电设备产生，并经过变压器升高电压后进入输电网。
然后，输电网将电力输送到各地的变电站，并通过变压器降低电压后进入配电网。
最后，配电网将电力送达用户，满足各种用电需求。
电力系统的运行还受到供需平衡的调节影响。
电力供需平衡是指电力的供应与用户用电需求之间的匹配程度。
由于电力的特点是无法存储，因此必须通过供需平衡来确保电力的正常供应。
运行人员通过监测电力系统的负荷情况，根据需求情况对发电设备进行控制，以保持供需平衡。
二、电力系统的控制手段为了确保电力系统的安全运行和供应可靠性，人们研发并应用了各种控制手段。
1. 节能控制电力系统的节能控制是指通过采用高效设备、优化运行方式等手段来降低电能的损耗，提高系统的能源利用效率。
例如，通过调整变压器的工作状态，使其在负载范围内运行在高效率区域，减少能量损失。
2. 负荷调节负荷调节是指根据电力需求的变化对电力系统进行负荷的增减，以保持供需平衡。
在电力需求较高时，可以增加发电设备的输出，而在需求较低时则可以减少输出。
3. 电力调度电力调度是指根据电力市场需求和电力系统的运行状态，合理安排各发电设备的出力和负载的分配，以最大程度地利用各种发电资源，同时确保电力系统的稳定运行。
4. 故障检测与恢复电力系统中可能发生各种故障，如线路故障、设备故障等，这些故障可能会导致电力中断或安全隐患。
因此，电力系统的控制应包括故障的检测与恢复机制，确保故障能够及时发现并迅速定位和修复，以减少影响范围和时间。
三、电力系统运行与控制的挑战随着社会经济的发展和用电需求的增加，电力系统运行与控制也面临着一些挑战。
电力系统分析第九章 电力系统暂态分析1111
扰动的原因Байду номын сангаас
引起电力系统较大扰动的原因主要有下列几种： （1）负荷的突然变化，如投入后切除大容量的用户等； （2）切除和投入系统的主要元件，如发电机、变压器及线路等； （3）发生短路故障。 其中短路故障的扰动最为严重，常以此作为检验系统是否具有暂态稳定的条件。 有大扰动引起的电力系统暂态过程，是一个电磁暂态过程和发电机转子间机械运动 暂态过程交织在一起的复杂过程。通常，暂态稳定分析计算的目的在于确定系统在 给定的打扰动下发电机能否保持同步运行。因此，只需研究表征发电机是否同步的 转子运动特性，即功角 随时间变化特性便可以了。
一般情况性下，
X X 3 X
因此 P 3 也介于
P 和 P 之间。
Northeastern University
第九章 电力的暂态稳定性
9.1.2大扰动之后发电机转子的相对运动 正常运行情况下，原动机输入功率 P T P o ，发电机的工作点为 a ，与此对应的功 角为 o 。 短路瞬间，由于转子惯性，功角不能突 变，此时出现的过剩功率为
第九章 电力的暂态稳定性
电压崩溃
电力系统中,人们把扰动、负荷增大或系统参数变更后造成大面积、大幅度电压 持续下降,运行人员和自动控制系统也无法阻止这种电压衰减的情况称之为电压崩溃。 这种电压下降的持续时间可能只需几秒钟,也可能需要数十分钟,甚至更长。电压崩溃 是电压失稳的最明显的特征,它会导致系统瓦解。
功角及功角特性
当发电机的电势 Eq 和受端电压 V 均为恒定时，由 Pe q sin 得传输功率是 X 角度的正弦函数。因为传输功率的大小与相位角 密切相关，因此又称 为“功 P 角”或“功率角”。传输功率与功角的关系 ，称为“功角特性”或“功率 e f ( ) 特性”。
电力系统的运行与管理
电力系统的运行与管理在现代社会中，电力系统已成为人们日常生活中不可缺少的基础设施。
它为我们提供了高效、稳定的电力供应，并推动了各行业的发展。
然而，电力系统的运行与管理却是一项非常复杂的任务，需要多个环节精密协同，以确保电力系统的顺畅、安全、可靠。
一、电力系统的基本结构电力系统主要分为发电、输电和配电三个部分。
首先是发电环节，通过发电设备将化石能源、风能、水能等转换为电能，向输电网供电。
然后是输电环节，将发电所得的电能通过输电线路输送至各地。
最后是配电环节，将输电网所得的高压电，通过变电站降压后，向住宅、商业和工业客户提供低压电力。
这三个环节构成了电力系统的基本结构。
二、电力系统的运行特点电力系统作为一个复杂的系统，具有以下几个运行特点：1. 运行连续性：电力系统需要24小时不断地运行，保证用户的电力需求。
2. 恢复能力：电力系统需要有恢复电力系统功能，可以快速恢复电力系统的运行。
3. 运行稳定性：电力系统需要保持稳定运行，保障电力系统的正常供电。
4. 安全性：电力系统需要遵循安全运行标准，保障电力系统的安全性。
三、电力系统的运行管理电力系统的运行过程需要管理，其管理的目标是确保电力系统能够顺畅运行，并为用电者提供可靠和安全的服务。
1. 发电管理在发电环节中，发电厂需要通过计划和协调来管理发电设备的运行，以不断满足电力需求的变化。
发电管理需要包括发电机组的调度、燃料管理、维护、故障处理等。
2. 输电管理输电环节中，需要对输电线路进行管理，以保证电力的传输质量。
输电管理需要包括线路的配电、运行、故障处理等。
3. 配电管理在配电环节中，需要对低压电力进行管理，保证电力系统向用户提供稳定电力供应。
配电管理需要包括变电站的维护、配电设备的运行、监控运行指标等。
4. 负荷管理在各个环节中，需要对电力负荷进行管理，以调整运行策略，以便最大限度地提高能源利用率。
负荷管理需要进行负荷预测、负荷平衡和调峰等管理。
5. 安全管理安全管理是保障电力系统安全的基础。
《电力系统分析》第9章习题答案
第九章 思考题及习题答案9-1 什么叫电力系统的稳定性？如何分类？研究的主要内容是什么？答：电力系统的稳定性是指当电力系统受到某种干扰后，凭借系统本身固有的能力和控制设备的作用，经过一定时间后又恢复到原来的稳定运行状态或过渡到一个新的稳定运行状态的能力。
电力系统的稳定性按其遭受到干扰的大小，可分为静态稳定性和暂态稳定性。
静态稳定性是指电力系统在运行中受到小干扰后，能够自动恢复到原来运行状态的能力；暂态稳定性是指电力系统在运行中受到大干扰后，能够恢复到原来运行状态或达到一个新的稳定运行状态的能力。
9-2 什么是简单电力系统？简单电力系统的功角δ有怎样的含义？答：简单电力系统是指发电机通过升压变压器、高压输电线路与无穷大容量系统母线连接，而且不计各元件电阻和导纳的输电系统，通常称为单机——无穷大系统。
简单电力系统的功角δ具有双重的物理意义：（1）它是送电端发电机空载电动势与受电端系统母线电压U 之间的相位角；（2）若将受电端无穷大系统看成一个内阻抗为零的等效发电机，则qE δ可看成是送电端和受电端两个发电机转子之间的相对位置角。
9-3 写出为常数时隐极机的功角特性方程。
其功角特性曲线为何形状？什么叫功率极限？怎样求取功率极限？q E 答：隐极机的功角特性方程为δsin Σ=d q e X UE P 。
和U 为常数时，其功角特性曲线为一正弦曲线。
功角特性曲线上的最大值，称为功率极限，可由q E 0=δd dP 的条件求出。
隐极式发电机功率极限为Σ=d q m X UE P ，出现在功率角处。
090=δ9-4 简单电力系统静态稳定性的实用判据是什么？ 答：简单电力系统静态稳定性的实用判据是0>δd dPe 。
9-5 简单电力系统的静态储备系数和整步功率系数指的是什么？答：在实际运行中，电力系统不允许运行在静态稳定极限附近，因为运行情况受到干扰或稍有变动就有可能失去稳定，所以要求运行点离稳定极限有一定距离，即要保持一定的稳定储备。
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▪ 应指出: 枯水季节往往由系统中的大型水电厂
承担调频任务;洪水季节这任务就转移给中 温中压火电厂。抽水蓄能电厂在其发电期 间也可参加调频。但低温低压火电厂则因 容量不足,设备陈旧，不能担负调频任务。
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三、电力系统的频率调整 1、频率调整的必要性
• 所有用电设备都是按系统额定频率设计的,电力系 统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都 会产生不利影响;
二、电力系统有功功率的分配
（一）各类发电厂的特点
(1)火电厂特点: 需燃料及运输费用,但不受自然条件影响 效率与蒸汽参数有关 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围
较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%， 中温中压75%) 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量， 易损坏设备 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负 荷，为强迫功率
P L a 0 P L N a 1 P L( N f f N ) a 2 P L( N f f N ) 2 a n P L( N f f N ) n
式中f N—额定频率 P—L 系统频率为f时,整个系统的有功负荷 PL—N 系统频率为额定值 时f，N 整个系统的有功
负荷 a0,a1,.—..a为n 上述各类负荷占 的P比LN 例系数
中温中压火电厂
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蓄能 发电
高温高压火电厂 热电厂可调功率 燃烧劣质当地燃料火电厂
原子能电厂
水电厂和热电厂的强迫功率
0
4 8 12 16 20 24
洪水季节:
负荷
12
水电厂可调功率 中温中压火电厂
高温高压火电厂ຫໍສະໝຸດ 热电厂可调功率 燃烧劣质当地燃料火电厂
原子能电厂
无调节水电厂和其迫率
04
8 12 16 20 24
第三种变动幅度最大，周期也最长. 该种
P3
负荷基本可以预计。
这一种是由于生产、生活、气象等
0
变化引起的负荷变动 t
▪ 据此, 频率调整
一次调整:由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频 率偏移的调整
二次调整:由发电机的调频器进行的、 对第二种负荷变动引起的 频率偏移的调整
三次调整:按最优化准则分配第三种有 规律变动的负荷,即调度部门责成各
概述
▪ 电力系统是现代社会中最重 要、最庞杂的工程系统之一。 如何保证正常、稳态运行时 的电能质量和经济性问题,是 我们考虑的重点问题之一。
▪ 衡量电能质量的指标包括:频 率质量、电压质量和波形质 量，分别以频率偏移、电压 偏移和波形畸变率表示。
有功功率的最优分布包括: 有功功率负荷预计、有功功 率电源的最优组合、有功功 率负荷在运行机组间的最优 分配等。
• 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面 积停电;
• 因此必须保持频率在额定值上下，且偏移不超过 一定范围。
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2、调频方法
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1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系
为:
f pn
60
式中 P——发电机组转子极对数
n ——发电机组的转数（r/min）
f——电力系统频率（Hz）
发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。
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2、有功功率电源和备用容量
有功功率的平衡 ：
n
n
PGi PLi P
i1
i1
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总装机容量: 所有发电机的额定容量之和 有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容量之和 备用容量： 系统的电源容量大于发电负荷的部分
为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配,发电厂必 须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的15%~30%
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衡量运行经济性的主要指标 为:比耗量和线损率
一、电力系统的有功功率平衡 4
1.有功功率负荷变动及其调整
据此图,负荷可以分为三种 : P
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变动有很大的偶然性
PΣ
第一种变动幅度很小,周期又很短。
P1
属于这一种的主要有电炉、压延机械、
电气机车等带有冲击性的负荷
P2
第二种变动幅度较大,周期也较长.
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(2)水电厂特点:
不要燃料费,水力可梯级开发，连续使用，但受自然条 件影响。
出力调节范围大，50%以上, 增减负荷速度快，操作容 易，可承担急剧变化的负荷
决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力 抽水蓄能机组（天荒坪6×30万千瓦） 必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率
显然,电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的 转速。
▪ 电力系统负荷的调节效应 1）当系统频率变化时,整个系统的有功负荷也要
随着改变，即
PL F(f)
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的 功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也 称作负荷的调节效应。
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负荷的功率—频率特性一般可表示为
第九章 现代电力系统的运行
第一节 电力系统有功功率与频率的调整 第二节 电力系统无功功率与电压的调整* 第三节 电力网运行的经济性 第四节 电力系统运行的稳定性
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第一节 电力系统有功功率与频率的调整
一、电力系统的有功功率平衡 二、电力系统有功功率的分配 三、电力系统 的频率调整
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3、电力系统的频率特性
❖电源有功功率的静态频率特性
电源有功功率静态频率特性:发电机组的原 动机机械功率与角速度或频率的关系：
无调速系统时：Pm=C1ω－C2ω2=C1f－C2f 2
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(3) 核电厂特点:
负荷调整主要取决于汽轮机,技术最小负荷 约为额定负荷的10%~15%
可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能 量、时间，易损坏设备
一次投资大，运行费低，尽量利用承担基 本负荷
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（二）有功功率电源的最优组合
11
各类发电厂组合顺序示意图
负荷
枯水季节:
备用容量:
1.按作用形式分
负荷备用(2-5%PLmax) 事故备用(5-10% PLmax或系统中
最一台单机容量）
检修备用(可能不安排) 国民经济发展备用(3-5%PLmax ）
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热备用:运转中发电设备可能发的 最大功率与发电负荷之差(旋转
2、按存在形式分为 备)
冷备用:未运转的、但能随时启动 的发电设备可以发的最大功率 (不含检修中的设备)