第八章电力系统运行稳定性概论
电力系统运行与稳定性分析
电力系统运行与稳定性分析一、电力系统概述电力系统是由发电厂、变电站、送电线路、配电线路和用户组成的能源传输系统，它的功能是将电能从发电厂通过高压送电线路输送到变电站，再经过变电站的变压变电作用，在低压配电线路送到用户。
电力系统的稳定运行对于国家经济和人民生产生活的正常运转具有极其重要的作用。
二、电力系统稳定性分析电力系统运行的稳定性是指电力系统对各种干扰和扰动的抵抗能力，即在外界条件变化或内部故障发生后，系统恢复正常稳态的能力。
因此，评价电力系统的稳定性要考虑以下几个方面：1.电压稳定性电压稳定性是指电网供电点的电压波动不超过给定范围的能力。
电压稳定性主要取决于电网的负荷特性、电源特性以及系统中各元件的参数。
2.频率稳定性频率稳定性是指电力系统在受到扰动或干扰时，系统内各重要机电设备表现出来的电加速度波动幅度以及系统频率的稳定性。
频率稳定性取决于系统动力学特性和功率平衡特性。
3.动态稳定性动态稳定性是指电力系统在受到大幅度干扰后能够保持稳态的能力。
动态稳定性取决于系统中各元件之间的相互作用和动态特性。
三、电力系统运行分析电力系统的运行分析主要包括状况分析和断面分析。
1.状况分析状况分析是指分析电力系统各元件的运行情况，如电源的电压、频率、功率输出等，对于实时监测和控制电力系统的运行非常重要。
2.断面分析断面分析是指在电力系统中选取一个横截面，分析该横截面在不同工作模式下的功率流与电压稳定性，确定该横截面的安全能力。
断面分析主要包括潮流计算和电压稳定性计算。
四、电力系统稳定性保障技术为保证电力系统的稳定运行，除了加强电力系统的运行分析外，还要采取一系列稳定性保障技术措施：1.自动化控制技术自动化控制技术可以提高电力系统的可靠性、安全性和利用率，减少运行故障，提高电力系统稳定性。
2.先进的继电保护技术继电保护技术可以对电力系统的各种设备提供保护，如定时断路器、跳开空载、对地故障的保护等。
3.应急预案技术建立应急预案可以在突发故障或降容处理时迅速采取措施保证电力系统的稳定运行。
电力系统运行的稳定性分析PPT课件
如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电 压及相应线路的潮流将发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能 迅速恢复同步，即电力系统失去了稳定运行的状态。这种由于机组失去同步造成 的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题。
。
第1页/共57页
第一节 概述
一、基本概念：
3.功角：表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发电机电势间的夹
角。
传输功率的大小与相位角δ密切相关，称δ为“功角”或“功率角”。
~
E q
jxd
jxT 1
U=常数
ω
jx L
U U0 jxT 2
Èq
q
第2页/共57页
δ
IU
第一节 概述
二、电力系统的稳定性分析
Xd
PE=P0与功率特性曲线有两个交点a和b， 即电机的两个运行点。 下面就对a点 和b点进行分析
第23页/共57页
a点扰动过程分析：
稳态时： d d 0 0
扰动使a→a´→δ↑(δ+Δδ) ,PEa´>P0 →ΔPa ´=PT-PEa´<0→ΔM<0→减速→δ↓→a´→a a→a"→δ↓（δ-Δδ）, PEa">P0 →ΔPa"=PT-PEa">0→ΔM>0→加速→δ↑→a"→a
第16页/共57页
二．隐极发电机的功-角特性
-----即发电机的电磁功率与功角之间的关系 一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统
电力系统稳定性与运行控制
电力系统稳定性与运行控制一、电力系统稳定性电力系统稳定性是指电力系统在发生扰动时，保持稳定运行的能力。
扰动是指系统中的任何突然变化，如发电机故障、线路故障、负荷变化、交流系统故障等。
稳定性问题是电力系统运行过程中必须要处理的问题之一。
1. 能量平衡电力系统是基于能量平衡原理运行的。
能量平衡要求电力系统中的能量产生必须等于能量消耗。
当能量平衡被干扰时，电力系统将不稳定。
能量平衡是稳定性的基础。
2. 小扰动稳定性小扰动稳定性是指电力系统在扰动之后能够恢复到原有稳定状态的能力。
小扰动可以是负荷变化、产生机故障等。
电力系统要能够保持小扰动稳定性，必须要具备合理的电气特性。
3. 大扰动稳定性大扰动稳定性是指电力系统在发生大幅扰动后能够回复稳定状态的能力。
大扰动可以是输变电设备故障、电网连接设备故障等。
大扰动发生时，电力系统的稳定性问题将变得特别重要。
4. 稳定裕度稳定裕度是指电力系统应对扰动干扰时的能力。
稳定裕度可以用一个数字来表示。
数字越大，电力系统抵抗扰动的能力就越强。
稳定裕度是确保电力系统稳定运行的重要指标。
二、电力系统运行控制电力系统运行控制是指通过合理的电力配电，控制电力系统的供给和需求，维持电力系统的良好运行状态。
电力系统运行控制可以分为以下步骤：1. 系统状态估计通过对电力系统的监测和数据分析，确定当前系统状态，如系统负荷、发电输出及系统参数等。
系统状态估计是确保电力系统稳定运行的基础。
2. 输电网受限输电网受限是指通过电网之间的相互联系，使各个电力系统在供应和需求方面达到平衡。
输电网受限需要在较短的时间内进行，以确保电力系统的正常运行。
3. 调度控制调度控制是指根据电力系统的实际工作需要，对电力生产和消费进行调度控制。
调度控制可以有效地维护电力系统的运行稳定性。
4. 频率控制频率控制是指控制电力系统的输出频率，保持输出频率稳定。
频率控制需要通过设定发电机输出速度和负荷水平等方式来实现。
5. 电压控制电压控制是指控制电力系统的电压水平。
8、电力系统的稳定性
第八章 电力系统的稳定性
电力系统的稳定性---功角特性
极限功率
当E和U一定时， 发电机输送的最 大功率即功率极 限，对应于δ＝ 90°。
功角特性曲线
第八章 电力系统的稳定性
电力系统的稳定性---功角特性
功角特性与发电机转子的运动
系统稳定运行时：
所有发电机同步转速运行即： 或者ω=1(标么 值) ； 传输功率 P 一定时，由功角特性,δ保持为 0 不变； e 此时，若不计摩擦等阻尼，
第八章 电力系统的稳定性
等面积定则
S最大减速
S加速
第八章 电力系统的稳定性
等面积定则
极限切除角＆极限切除时间
最大的可能保持发电机稳定的故障切除角 极限（临界）切除角； 对应的时间 为极限（临界）切除时间。 称为
第八章 电力系统的稳定性
Sabcd Sdeh
显然，上式提供了求解临界切除角的的方法。
第八章 电力系统的稳定性
8.2 简单电力系统的静态稳定性
(Static Stability) 静态稳定的定义 小干扰的类型 静态稳定的分析方法
提高静稳的措施
第八章 电力系统的稳定性
简单电力系统的静态稳定性
1、定义
电力系统静态稳定----是指电力系统受到小 干扰（扰动）后，不发生非周期性的失步， 自动恢复到起始运行状态的能力。
第八章 电力系统的稳定性
等面积定则
当加速面积小于（等于）最大可能减速面积时， 能保证发电机的暂态稳定，否则发电机将失去 稳定，即：
为保证简单系统暂态稳定的充要条件。
第八章 电力系统的稳定性
4、 提高暂态稳定性的措施
电力系统运行的稳定性是系统安全可靠运行的重要 因素，也是限制交流远距离输电的输送距离＆输送 能力（容量）的决定性因素。
电力系统运行稳定性的基本概念.
小扰动后功角的变 t 化 b点运行
静态稳定的概念
小扰动后功角的变化 a点运行
（在曲线上升的区间是稳定的）
15-4 暂态稳定的初步概念
研究系统受到大的扰动能否保持稳定运行。 讨论简单电力系统突然切除一回输电线路的情况。 正常运行时，系统的总电抗 1 X dI X d X T1 X L X T2 2 EqV 功率特性为 PI sin X dI 切除一回输电线路 切除一回线路后，系统总电抗
简单电力系统及其等值电路
X d X d X T1
1 X L X T2 2
发电机输出功率为
Pe EqV X d sin
简单电力系统的相量图
和V 之间的相位角，称为功角。 为E q
传输功率与功角的关系 Pe= f () 称为 “功角特性”或“功率特性” ， 见图。
2. 达到c点处，转矩平衡，由于转子的惯性，功角将继 续增大而越过点c。之后，当功角继续增大时，PT< Pe ， 发电机开始减速，开始减小并在d点达到零值。 3. 在d点，= ，送、受端恢复同步，功角不再增大 并抵达它的最大值max 。此刻电磁功率仍大于原动机功 率，发电机继续减速，且发电机转速开始小于受端发电 机转速。 由于 < ，功角开始减小，工作点向c点移动。 以后功角在b点而在d点之间等幅振荡 。考虑各种损 耗，则功角变化是一种减幅振荡。 4. 最终稳定运行点为c点，稳定运行功角为c 。 暂态不稳定情况： 从点c开始，转子减速。因为，功角仍增大。若 未降到零时，功角已达到临界角cr(c点)，功角将继 续增大而越过点c，转子上的不平衡转矩又变成加速性质。 于是又开始增加，功角将继续增大，使发电机与受端 系统失去同步，破坏了电力系统的稳定运行。 电力系统的暂态稳定性：指电力系统在正常运行时，受到一 个大的扰动后，能从原来的运行状态(平衡点)，不失去同步 地过渡到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地运行。 暂稳判据：用功角随时间变化的特性作为暂态稳定的判据。
电力系统运行稳定性的基本概念
E 2 cos zs V2 P cos z LD z z LD s 2 cos zs z LD
V2 1
E2 zs z 2 s cos zLD zLD
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
用机械参数表示的转子运动方程式
功角既表征了发电机转子之间的相对位移角，也表征了发电机电势之间相
位差，是联系发电机转子机械运动和电气物理过程的重要变量； 电压稳定性主要取决于系统负荷动态特性； 发电机转子运动方程式是分析电力系统稳定性的基础，必须准确理解其中 参数的物理意义及表达形式；
Huazhong University of Science N 相对同步旋转轴的角速度
δij —发电机转 子间的相对位 移角 发电机是否同 步的判断依据
i
Ei
j
Ej
M a 作用在转子上的不平衡力矩 kg m
i j N
i
ij
j
N
同步参考轴
p 发电机转子相对空间静止参考轴的电气角位移 p 发电机转子相对空间静止参考轴的电气角速度
参考轴与发电机电气角位移的定义
i i N
相对同步旋转轴的位移角
i i N 相对同步旋转轴的角速度
d d d N N dt dt dt J d J d N J d dt dt dt
M B SN N
M a* 1.0 TJN
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
转子惯性时间常数
TJN n SN 2.74GD 2 n 2 10-3 ( s ) SN ——转速（rpm） ——额定功率（kVA）
电力系统分析简答题
电力系统分析自测题第1章绪论二、简答题1、电力系统的额定电压是如何定义的？电力系统中各元件的额定电压是如何规定的?答:电力系统的额定电压:能保证电气设备的正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压。
电力系统各元件的额定电压:a。
用电设备的额定电压应与电网的额定电压相同。
ｂ。
发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％,用于补偿线路上的电压损失。
c.变压器的一次绕组额定电压等于电网额定电压,二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高1０%.2、什么是最大负荷利用小时数？答:是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年消耗的电能。
三、计算题Ｐ18 例题 1—1Ｐ2５习题 1—4第2章电力系统元件模型及参数计算二、简答题1、多电压等级网络参数归算时,基准值选取的一般原则?答：电力系统基准值的原则是:a.全系统只能有一套基准值b．一般取额定值为基准值c．电压、电流、阻抗和功率的基准值必须满足电磁基本关系。
2、分裂导线的作用是什么？分裂数为多少合适?答：在输电线路中,分裂导线输电线路的等值电感和等值电抗都比单导线线路小，分裂的根数越多，电抗下降也越多,但是分裂数超过4时，电抗的下降逐渐趋缓.所以最好为4分裂。
３、什么叫电力线路的平均额定电压?我国电力线路的平均额定电压有哪些？答：线路额定平均电压是指输电线路首末段电压的平均值。
我国的电力线路平均额定电压有3.１5ｋｖ、6.3kv、1０.５kv、15。
75kv、37kv、11５ｋv、２3０kv、3４５ｋv、52５kv。
三、计算题1、例题 2－1 ２-2 2-５２—72、习题 2－６2—８3、以下章节的计算公式掌握会用。
2。
2输电线路的等值电路和参数计算 2.４变压器的等值电路和参数的计算 2．5 发电机和负荷模型（第45页的公式）2。
6 电力系统的稳态等值电路第３章简单电力网的潮流计算二、简答题１、降低网络损耗的技术措施?答：减少无功功率的传输,在闭式网络中实行功率的经济分布，合理确定电力网的运行电压，组织变压器的经济运行等。
电力系统运行的稳定性分析
电力系统运行的稳定性分析随着社会经济的不断发展，电力的需求也越来越大。
但是，电力系统的能源匮乏、环境污染等问题对电力系统的发展产生了影响。
因此，电力系统的稳定性成为了电力系统的一个重要指标。
本文将从电力系统稳定性的概念、电力系统的稳定性分析方法以及电力系统的稳定性控制等方面进行阐述。
电力系统稳定性的概念电力系统是由发电机、变电站、输电线路、配电线路和负荷组成的一个巨大的复杂系统。
电力系统稳定性是指在外部扰动或内部变化的影响下，电力系统仍能保持稳定的运行状态。
其中，扰动可以包括天气的变化、负荷的变化、线路的故障等。
电力系统的稳定性分析方法电力系统稳定性分析是对电力系统运行状态、发电机的动态响应、机组化学输出、线路电压及功率变化等方面进行分析的过程。
电力系统的稳定性分析可以分类为静态稳定性和动态稳定性。
静态稳定性是指电力系统在不同负荷和故障状态下的稳定性状况。
静态稳定性分析是按稳态条件和平衡的基础上，计算电网在发生任何扰动后系统是否能保持平衡，即可以找到阻抗敏感系数。
动态稳定性是指电力系统在发生故障或外部扰动后传递过程中的稳定性状况。
动态稳定性的分析是通过模拟电力系统的运行状态，预测系统在扰动后的响应情况，即计算系统的求解特征值。
电力系统稳定性控制电力系统稳定性控制是指通过对发电机、负荷、电容器、线路调整等措施，实现电力系统在外部或内部扰动的情况下，保持稳定的运行状态的过程。
常用的电力系统稳定性控制方法包括功率水平控制、电压跟踪和变流器控制。
功率水平控制是指在负荷变化时，调整发电机的出力，保证电网的稳定性。
电压跟踪控制是保证系统电压在合理范围内变化的系统，当电网电压变化时，系统可以根据电压变化，自动控制输出电流的电动势，保持电网电压的稳定性。
变流器控制是通过改变变流器工作状态实现电气能量传输的控制。
结语电力系统稳定性是电力系统运行的重要指标，其稳定性会直接影响电力系统的安全运行和经济效益。
本文简要介绍了电力系统稳定性的概念、稳定性分析方法以及稳定性控制方案。
电力系统分析8章
E
sin Eqm
qm
PEqm
sin 90
PEqm
E qV X d
E qV X d
2、凸极式发电机的功率特性
X d X d X TL
X q X q X TL
PEq PV VI cos VI cos( ) VI cos cos VI sin sin VI q cos VI d sin
上式中
( X d X d XTL )
采用暂态电抗 X d后的电势 E ＝常数来代替 E q＝常数。
E sin E V 代入 P VI cos P I cos 由相量图得 sin E X d X d
E V PE sin X d
（8-9）
2. 惯性时间常数
J 2 N TJ SB
的物理意义
其物理意义为：如果在发电机组的转子上施加额 定转矩后，转子从静止状态启动加速到额定转速所需 的时间，就是发电机组的额定惯性时间常数。 注意：各发电机的额定惯性时间常数的归算问题。 在电力系统稳定计算中，各发电机的额定惯性时 间常数必须归算到系统统一的基准功率下，即
Id
EQ V cos X q
X d X d E q EQ (1 )V cos X q X q
3、自动励磁调节器对功率特性的影响 当不调节励磁保持 E q不变时，输送功率增 大， 相应增加。由于 E q E q 0 常数，随着功 角的增大，端压在随之 减小。 发电机装设自动励 磁调节器后?
8.2
简单电力系统的机电特性
1、转子运动方程
第9章 电力系统运行稳定性概论
E 2 cos Pm 2 zs 1 cos
当 zs zLD 由零变化到无穷大时，受端电压 将由E单调下降到零； 当 zs zLD 1 时，受端功率达到极限，相对 应的电压为临界电压，其值为
Vcr E 2 1 cos
TJN d * M a* dt
0 0 0 1
TJN=原动机以额定且恒定的转矩将转子从静止拖 动至额定转速所需的时间。
查手册计算公式：
TJN 2.74GD2 n 2 SN
多机系统分析:
将第i台机在SNi 下的值TJNi归算到系统统一的基准 值SB有
15-2 功角的概念
图15-1所示，一个单机-无穷大容量母线的简单 系统，受端电压V的幅值和频率均不变。
系统总电抗
Xd∑=Xd+XT1+XL/2+XT2
由 图 15-2 的 相量 图
容易推得发电机输出 功率为
Pe Eq V Xd sin
当Eq 和V恒定时，传输功率 Pe是角度δ 的正 弦函数，因传输功率的大小与 δ 密切相关，所 以δ 称为“功角”，功和角的关系 Pe=f（δ ） 称为“功角特性”。图 15-3 就是简单系统的功 角特性。
2 J 2 1 d N 2 M a* SB N dt
J 2 N ˆ T J 定义 SB
，则
TJ d 2 1 1 2 M a* M T* M e* (PT* Pe* ) Pa* N dt * *
这就是转子运动方程的电气标幺值形式。 量纲：TJ（s）；δ （弧度）；ω N（2π fN） ；等号右边各量为标幺值，无量纲。
转子运动方程的状态方程形式
d N dt d N M a* dt TJ
电力系统稳定概述PPT课件
0.8 PR/PRMAX
0.5 VR/ES
正常运行 临界值 非正常运行
0
1
ZLN/ZLD
2
3
电力系统稳定概述
• 中期和长期稳定
• 短期或暂态：0～10s • 中期：10s至几分钟 • 长期：几分钟至十几分钟
电力系统稳定概述
• 中期和长期稳定：系统受扰动后在较长时 间内，出现的持续功率不平衡问题。其中 包括：热力机组的锅炉动态、水利机组的 引水管动态、自动发电控制、电厂和输电 线保护/控制、变压器饱和、负荷和网络的 非正常频率效应等。
大停电事故的经验教训
• 电网结构要合理 • 具备合适的可靠的继电保护和安全自动装
置 • 无功电源和电压控制 • 防止负荷大量转移引起的恶性连锁反应 • 建立好最后一道防线，防止长时间大面积
停电和对最重要用户的破坏性停电
“8.14”美加大停电
• “8.14”美加大停电分析 • 大型互联电力系统和电力市场之间存在的
“8.14”美加大停电
• 负责美加大面积停电事故调查的北美电力 可靠性委员会披露了大停电的一些情况： 这次事故的原因可能是电压变化、输电线 故障和发电厂停电等问题共同造成的。
全美国卫星图片
大停电前卫星图片
大停电后卫星图片
大停电事故
• 2003年8月29日18时26分，英国国家电网中的一条 27.5万伏特的高压输电线路发生“非正常”故障， 几秒钟后又发生另一个故障，造成了此次停电。 从而导致温布尔登、郝斯特等地的电力供应首先 中断。随后伦敦和其毗邻的肯特郡的电力供应也 被中断，停电对超过50万英国人的工作和生活造 成了影响。停电约34分钟后，国家电网开始向伦 敦配电网络恢复供电，但直到两个多小时之后伦 敦电力供应才全面恢复。
《电力系统分析》主要内容
第二章、电力系统元件参数和等值电 路
输电线路的参数计算 输电线路的等值电路：短输电线路、中等
长度的输电线路、长距离输电线路
变压器等值电路和参数： 。。。。。。、
变压器 ∏ 型等值电路
电力系统的稳态等值电路：
多电压等级网络的参数归算 标幺制 标幺值等值电路：精确等值电路（含理 想变压器和不含理想变压器）、近似等值电路
第五章、电力系统有功功率的平衡和 频率调整
电力系统中有功功率的平衡 电力系统的频率调整
第七章、电力系统三相短路的分析计 算
短路的一般概念 恒定电势源电路的三相短路 同步发电机的基本方程 同步电机的三相短路 电力系统三相短路的实用计算
第八章、电力系统各元件的序阻抗和 等值电路
对称分量法 对称分量法在不对称故障分析中的应用 同步发电机的负序和零序电抗 异步电动机的负序电抗和零序电抗 变压器的零序电抗 架空输电线的零序阻抗 电缆线路的零序阻抗 电力系统的序网络
《电力系统分析》主要内容
第一章、电力系统基本概念
电力工业发展情况 电力系统的组成、特点、基本要求 电力系统的电压等级 电力系统的接线方式 电力线路的结构 电力系统中性点的接地方式
第六章、电力系统无功功率的平衡和 电压调整
电力系统中无功功率的平衡 电力系统的电压管理 调压措施 电力线路导线截面的选择 电力系统无功功率的最优分配
第九章、电力系统简单不对称故障的 分析和计算
单相接地短路 两相短路 两相短路接地 正序等效定则的应用 非故障处电流和电压的计算 非全相运行的分析计算
第十章、电力系统运行稳定性概论
稳定性的基本概念 电力系统的机电特性 电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态耗与两端 功率的关系公式
开式网络的电压和功率分布计算 简单闭式网的电压和功率分布计算 电能损耗
电力系统运行与稳定性分析
电力系统运行与稳定性分析电力系统是经济发展和社会进步的重要基础设施，也是能源和环境领域的核心。
电力系统的稳定运行对社会的发展和人民的生活至关重要。
然而，电力系统中的不稳定因素很多，如风力发电和太阳能发电等清洁能源的波动、用户用电的高峰期等，这些因素都会影响系统稳定性。
因此，电力系统的运行和稳定性分析越来越受到关注。
一、电力系统的运行原理电力系统是由发电厂、输电线路、变电站和配电网组成的，其运行原理可以简单概括为：将发电厂产生的电能通过输电线路输送到变电站，再将电压通过变电站调整并分配到不同的配电网中，最终供应给用户。
在这个过程中，需要通过控制输电线路和变电站的电压、功率等参数来保证电力系统的稳定运行。
二、电力系统的稳定性分析电力系统的稳定性受到很多因素的影响，如环境因素、清洁能源的波动、用户用电的高峰期等。
因此，对电力系统的稳定性进行分析具有重要的意义。
1.电力系统的稳定性指标电力系统的稳定性指标包括：系统频率偏差、电压偏差和功率余量等。
系统频率偏差指系统频率与标准频率之间的差值，电压偏差指电压与标准电压之间的差值，功率余量指系统中还可以承受的最大功率负荷与当前负荷之间的差值。
这些指标都是判断电力系统稳定性的重要参数。
2.电力系统的稳定性分析方法为了保证电力系统的稳定运行，需要对其进行稳定性分析。
常用的稳定性分析方法包括：短路分析法、暂态稳定分析法和小扰动稳定分析法。
短路分析法主要用于评估电力系统的短路容量，对电力系统的短路能力和电流等进行分析，以保证系统的安全运行。
暂态稳定分析法主要用于分析电力系统在发生故障或外部干扰时，系统的恢复能力和稳定性，并提出恢复措施。
小扰动稳定分析法主要用于分析电力系统在小扰动下的稳定性，并给出系统的稳定界限和稳定裕度等。
三、电力系统的运行优化策略为了保证电力系统的稳定运行，并实现能源的高效利用，需要采取一些运行优化策略。
1.清洁能源的调度控制清洁能源的波动是影响电力系统稳定性的一个重要因素。
电力系统运行稳定性的基本概念.ppt
Pe PT
wN
电磁转矩和机械 转矩用对应的电磁功 率和机械功率描述
发电机转子上作用着两种转矩： 1 电磁转矩Me，它向系统输出，是制动性转距； 2 机械转矩MT，它由原动机输入，是加速性转距。
正常运行时，转矩平衡，转速恒定
3/28/2019 电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念 27
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
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
1
电磁暂态分析 假设
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
9
二、电力系统稳定问题的提出
电网互联技术可以合理利用能源资源，具有显著的经济 效益，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了 一些新的问题。 随着电力网络互联程度的不但提高，系统越来越庞大， 运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也 越来越大，使电网的安全稳定问题越来越突出。 在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切相关、 在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺少必 要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能引 起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解。
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
7
我国电力系统发展历史
电力系统运行稳定性的基本概念
是判断各发电机之间是否同步运行的依据。
3 静态稳定的基本概念
P
a
P P0
a
a
b b b
a a
b b
正常运行时：发电机的输入机械功率和输出电磁功率达到平衡。
a点：a 电磁功率增大（扰动） a 机组减速 a a a
机组加速 a 以a为中心，来回振荡 稳定在a点
结论：a为稳定运行点。 b点： b 电磁功率增大（扰动） b
7 发电机转子运动方程
d d2 JA J dt J d2t Ma MT Me
其中： J 为转动惯量， A 为角加速度，M T 为原动机转矩，Me 为发电机的
电磁转矩。
写成标么制的转子状态方程为：
d dt
N
d dt
N TJ
Ma*
其中： 为功角，N为基准转速，TJ 为惯性时间常数，
TJi N
d2i dt 2
MTi Mei
1 i
(PTi Pei )
Pei 最为复杂，它不仅与本机有关，还与网络结构和其他发电机有关。
8 简单电力系统的功率特性
8－1 隐极式发电机的功率特性
对以下单机－无穷大系统：
Eq
G
jXL Eq
jXd jXT1 jXL
I
V jXT2
jIX d
jIXd cos
V2 Xd
当电势 Eq 和电压V恒定时，单击无穷大系统的功率特性曲线见下图。
P、Q PEqm
QEq PEq PV
900
QV
当发电机无励磁调节时，电势 Eq 为常数。此时极限功率为
PEqm
EqV Xd
对应的功角为90。
一般情况下，可按 dP 0 的条件来确定功率极限值以及对应的功角。 d
电力系统稳定性分析PPT课件
根据等面积定则就可 以确定系统暂态稳定 的临界条件（或称极 限条件）。
加速面积=最大减速面积
极限切除角
第28页/共47页
最大可能的减速面积 大于加速面积是保持 暂态稳定的必要条件。
例9-3
• 一简单电力系统如图，并知其线路的零序 等值电抗是正序电抗的4倍，设在输电线 路的某一回路的始端发生两相接地短路， 为 保 持C电lim 力 系 统 暂 态 稳 定 ， 试 计 算 其 极 限 切除角
第38页/共47页
9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数
• 4.输电线路 • 1）提高输电线路的电压 • 2）采用分裂导线 • 3）采用串联电容补偿
第39页/共47页
9.4.2 改善电力系统元件的特性和参数
• 5.开关等附加设备 • 1）输电线路设置开关站 • 2）发电机采用电气制动
第40页/共47页
KP
Pmax - P0 P0
100%
1 .2 4 6-1 1 0 0 % 1
24.6%
第16页/共47页
9.2.3 励磁调节对静态稳定性的影响
1.无调节励磁时发电机机端电压的变化
UE GG
-
U U
jIXjIX-XG
X - XG
X
发电机端电压的端点位于电 压降 jIX上，位置按阻抗的 比值确定。因为EG是常数，
器，如果故障消失则重合闸成功。如果故障没有消失，就再次断开。
第42页/共47页
9.4.3 改善电力系统运行条件和参数
所的以方随 向着 转动E G，向U G功也角随着增转大动，
且其模（数值）UG变小。
第17页/共47页
9.2.3 励磁调节对静态稳定性的影响
2.自动励磁调节对功率特性的影响
15.电力系统运行稳定性的基本概念
8
15.1 概述
——功角稳定的概念
电力系统正常运行时，系统中所有同步发电机 均同步运行，即功角δ 是稳定值。系统在受到 干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动 变化后仍能恢复同步运行，即功角δ 能达到一 个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是 功角不稳定。 通常，所说的电力系统稳定性就指的是系统的 功角稳定性。
PT 机械功率
PE 电磁功率
20
15.2.1.2转子机电运动方程的推导
——转子运动方程的状态方程形式
功率是标幺值，电气角速度是 有名值 功率和电气角速度都是 标幺值
d d ( 1)0 0 dt dt 反映暂态过程中，发电机转 d 1 d 0 ( P PE ) 子转速、功角和不平衡功率 T ( PT PE ) TJ dt之间的相互作用与变化规律， dt TJ 是功角稳定分析的基础。
电磁暂态 分析电网电气量 的变化，比机电 暂态快得多。
“电力系统暂态分析”
暂态 扰动使得系 统从一种运 行状态向另 一种运行状 态过渡。
机电暂态
分析发电机转子 转速的变化
“电力系统稳定性分析”
2
课程内容和目的
课程内容
第六章 稳定性问题概述和各元件机电特性 第七章 电力系统静态稳定 第八章 电力系统暂态稳定
c、不计零序和负序电流的影响，只考虑基波正序分量。零序 电流所产生的磁场对转子运动没有影响。负序电流在转子上产生的 功率平均值接近于零，因此对转子运动影响很小。
29
15.2.2 发电机的电磁转矩和功率
—— 假设条件二
4）假定发电机的某个电动势为恒定。 空载电动势恒定——忽略自动调节励磁器的作用 暂态电动势恒定——考虑自动调节励磁器的作用一般 发电机端电压恒定——考虑自动调节励磁器的作用很强 他励回路
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如果未受扰系统是稳定的，并且：
lim
t
X
i
(t
)
0
则称为受扰系统是渐近稳定的。
电力系统静态稳定属于渐近稳定。
28
二、运动稳定性的基本概念和小扰动法原理
非线性系统的线性近似稳定性判断法
设有一个不显含时间变量t的非线性系统,其运动方程为: dX F(X) dt
Xe是系统的一个平衡状态 ,如果系统受扰动偏离平衡状态,记X=Xe+ΔX 将其代入运动方程并展开成泰勒级数:
S Eq
dPEq
d
0
PEq ( ) PEq ( 0 ) Pe
Pe S Eq
35
d dt
N
f ( ,)
周期性振荡，其振荡幅值
按指数规律减小，系统是
稳定的。
33
三、小干扰法分析电力系统暂态稳定性
34
1.不计发电机组的阻尼作用
d
dt
N
d
dt
N
TJ
(PT 0
Pe )
Pe
PEq
Eq 0V0 X dΣ
sin
d
dt
N
f ( ,)
4
6.2 电力系统的机电特性
一、同步发电机的转子运动方程
1. 转子运动方程
J M
M M T M e
d dt
d
dt
J J d J d 2 M
dt
dt 2
以机械量表示的转 子运动方程
5
把用机械量表示的转子运动方 程用电气量来表示
发电机功角：
d (Xe ΔX) dt
F(Xe )
dF(X) dX
|XXe
ΔX R(ΔX)
R(ΔX )为ΔX 的二阶及以上阶各项之和.
令
dF(X) dX |XXe A [aij ]nn
29
二、运动稳定性的基本概念和小扰动法原理
矩阵A称为雅可比矩阵,其元素为:
aij
f i x j
d 2 d
dt2 dt
d 2 d
dt 2 dt
发电机i的q轴 发电机j的q轴
d 2 d 2
dt2 dt2
7
把用机械量表示的转子运动方程用电气量来表示
J J d J d 2 M
dt
dt 2
J d 2 J d 2 JN d 2 M dt 2 p dt 2 N dt 2
d
dt
N
d
dt
N
TJ
( PT
Pe
)
TJ
N
d 2
dt 2
M
M
M SB / N
M N
SB
M P
SB
SB
在机械角速度 变化不大时
PT Pe
TJ
N
d 2
dt 2
PT Pe
P
9
2.惯性时间常数TJ的物理意义
小扰动：正常的负荷波动、系统操作、少量负荷的投 切和系统接线的切换等。
22
一、电力系统静态稳定性的基本概念
1.简单电力系统静态稳定性分析
PEq
EqV X d
sin
有两个功率平衡点a和b:
•a为稳定平衡点
23
b为不稳定平衡点
24
2.简单电力系统静态稳定的实用判据
结论：工作在功率曲线的上升部分，系统是静态 稳定的；而工作在下降部分，则不稳定。
电力系统稳定性问题：系统在某一正常运行状态下受到扰 动后能否恢复到原来的运行状态或过渡到新的稳定运行状 态的问题。
2
同步稳定性问题：电力系统在运行中受到微小的或大的扰 动之后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题。 这种稳定性是根据功角的变化规律来判断的，因而又称功 角稳定性。
电压稳定性：电力系统在某些情况下会出现不可逆转的电 压持续下降或电压长期滞留在安全运行所不能容许的低水 平上而不能恢复。
d
dt
N
TJ
[PT 0
PEq (
)]
PEq ( )
f
(
,
)
PEq ( )
PEq ( 0
)
PEq ( 0 )
dPEq
d
0
1 2!
d 2 PEq
d 2
2
略去高阶项
0
PEq ( ) PEq ( 0 ) S Eq
PEq
EqV X d
sin
V2
2
X d X q X d X q
sin 2
18
Eq的求解
EQ
(V
QV
X q
)2
( PV
X q
)2
V
V
tg 1 PV X q /V
V QV X q /V
Eq
EQ
X d X q
(1
X d )V cos
100 %
27
二、运动稳定性的基本概念和小干扰法的基本原理
动力学系统运动的稳定性：由描述动力学系统的微分方程 组的解来表征，反映为微分方程组解的稳定性。
李雅普诺夫运动稳定性理论：某一运动系统受到一个非常
微小并随即消失的力（小扰动）的作用，使某些相应的量 X1、X2……产生偏移，经过一段时间，这些偏移量都小于 某一预先指定的任意小的正数，则未受扰系统是稳定的， 否则不稳定。
|X Xe
计及 dXe 0 和 F(Xe) 0 ,展开式变为: dΔX AX R(X)
dt
dt
忽略高阶项: dX AX dt
这就是原非线性方程的线性近似(一次近似)方程,或呈线性化的小 扰动方程.
李雅普诺夫稳定性判断原则为:若线性化方程中的雅可比矩阵 A没有零值或实部为零值的特征值,则非线性系统的稳定 性可以完全由线性化方程的稳定性来决定.
调节励磁时发电机功率 特性的变化
1－Ｅq0=100%； 2－Ｅq=120%； 3－Ｅq=140%； 4－Ｅq=160%； 5－Ｅq=180%； 6－Ｅq=200%=常数
结论:稳定区域扩大
21
6.3 电力系统静态稳定性
静态稳定性：电力系统在某一运行方式下受到一个小 扰动，系统恢复到原始运行状态的能力。
V
15
PEq
EqV X d
sin
功率极限:功率曲线上的最大值
PEqm
EqV X d
sin Eqm
EqV X d
sin 90
EqV X d
16
2.凸极式发电机的功率特性
PEq PV VI cos VI cos( )
VI cos cos VI sin sin
32
特征值 正实根
负实根
根在复平面上的 分 微分方程式的解 布
说明
解按指数规律不断增大， 系统将非周期性地失去稳 定
按指数规律不断减小，系 统是稳定的。
共轭虚根
实部为正的 共轭复根
实部为负的共 轭复根
周期性等幅振荡，稳定的 临界情况。
周期性振荡，其振荡幅值 按指数规律增大。系统发 生自发振荡，周期性地失 去稳定。
实用判据：
Pe 0
dPe 0
d
25
整步功率系数：表明发电机维持同步运行的能力， 即静态稳定的程度。
SEq
dPe
d
EqV X d
cos
26
3.静态稳定储备系数
以有功功率表示的静态稳定储备系数
KP
Psl PG0 PG 0
100 %
简单 系统
KP
Pm PG0 PG 0
X q
Id
EQ
V cos
X q
Id
Eq
V cos
X d
19
3.自动励磁调节器对功率特性的影响
不调节励磁时Eq不变,随着发电机输出功率的增大,功角增 大,发电机端电压要下降.
VG
20
3.自动励磁调节器对功率特性的影响
自动励磁调节器:根据发电机端电压的变化来调节励磁电 流的大小,从而调节Eq的大小，保持发电机端电压在正常 值范围内。
Xinjiang University
第六章 电力系统稳定性
电气工程学院 电气工程及其自动化专业 1
6.1 稳定性的基本概念
同步运行状态：所有并联运行的同步电机都有相同的电角 速度。是电力系统正常运行的一个重要标志。在这种运行 状态下，表征运行状态的参数具有接近于不变的数值，通 常称为稳定运行状态。
p p
d 2 d 2
dt 2 dt 2
J N
N
d 2
dt 2
M
选基准转矩
MB
SB
N
J
2 N
SB N
d 2
dt 2
M
8
把用机械量表示的转子运动方程用电气量来表示
J
2 N
SB N
d 2
dt 2Biblioteka M TJJ
2 N
SB
发电机组的惯 性时间常数
31
稳定性判断
(1)若线性化方程A矩阵的所有特征值的实部均为负值,线 性化方程的解是稳定的,则非线性系统也是稳定的. (2)若线性化方程A矩阵至少有一个实部为正值的特征值, 线性化方程的解是不稳定的,则非线性系统也是不稳定的. (3)若线性化方程A矩阵有零值或实部为零值的特征值,则 非线性系统稳定性需要计及非线性部分R(ΔX )才能判定.