电力系统稳定器原理g精品PPT课件
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电力系统运行的稳定性分析PPT课件
电力系统中的各同步发电机只有在同步运行(即所有发电机以相同的速度旋 转)状态下，送出的电功率为定值，并维持系统中任何点的电压、频率和功率潮 流为定值。
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
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。
。
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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
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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
电力系统稳定器.pptx
三机系统PSS有无补偿表
计算有补偿 Ф(°)
-58.7288 -69.909 -77.7281 -76.2368 -82.9925 -89.0168 -88.6097 -92.9424 -91.6285 -89.8553 -89.0982 -85.3291 -84.5189 -81.74 -74.2667 -64.6754 -64.9445 -75.2542 -86.2867 -85.2255
有补偿Ф(°)
-52.4 -67.3 -74.4 -78.0 -79.0 -82.4 -84.3 -86.0 -87.7 -86.9 -86.7 -85.6 -81.8 -79.4 -73.5 -61.8 -64.9 -75.6 -82.4 -85.1
计算PSS补偿 Ф(°)
-49.5288 -53.609 -48.5281 -41.5368 -34.1925 -27.0168 -20.2097 -13.8424 -7.92854 -2.45527 2.601757 7.270938 11.58114 15.55999 19.23325 22.62456 25.7555 28.64576 31.31329 33.77449
-60.6 -77.8 -88.6 -84.9 -79.9 -83 -82.7 -76 -76.8 -73.5 -65.7 -62.3 -60.8 -69.8 -79.8 -81.7 -81.9 -83 -77.3 -85.3
计算PSS补偿 Ф(°)
-44.6535 -48.4348 -42.9527 -36.0707 -29.3532 -23.1889 -17.633 -12.6384 -8.13336 -4.04778 -0.32103 3.096905 6.24651 9.160416 11.865 14.38177 16.72839 18.91961 20.96788 22.88384
电力系统静态稳定性ppt课件
电动机静态运行的转矩-转差率判据是
dM e ds
0。
第十章 电力系统的静态稳定性
第五节 保证和提高电力系统静态稳定性的措施
根本措施—缩短“电气距离”，也就是减小各电气元件的阻抗， 主要是电抗。
一、采用自动调节励磁装置
如果按运行状态变量的导数调节，则可以维持发电机端电压为 常数。这相当于发电机的电抗减小为零。
0.6 0.7
0.8
P
0.9 1.0
1.1 U
图10-10 同步发电机的静态电压特性
曲线A: E、q(U0) GA；曲线B:Eq(0)、UGB ；
Q1、Q2、Q3 对应不同电抗；X d1 X d 2 X d3
曲线C: Eq(0)、U ； GC UGA UGB UGC
隐极式同步发电机端输出的无功功率
二、减小线路电抗
采用分裂导线，可以减小架空电力线路的电抗。
三、提高电力线路的额定电压
在电力线路始末端电压间相位角保持不变的前提下，沿电力线 路传输的有功功率将近似地与电力线路额定电压的平方成正比。换 言之，提高电力线路的额定电压相当于减小电力线路的电抗。
四、采用串联电容器补偿
第十章 电力系统的静态稳定性
正负实根，此时 随 t增大而增大，关系曲线如图10-3(a)所示。
(2) 周期性等幅振荡。在TJ 0, SEq 0时，特证方程式只有共轭 是一种静态稳定的临界状态，如图10-3(b)所示。
第十章 电力系统的静态稳定性
(3)负阻尼的增幅振荡。当发电机具有阻尼时，特征方程式的根 是实部为正值的共轭复根，周期性地失去静态稳定 性，如图10-3(c)
（5）励磁按变量导数调节。如图108中e点。
（6）励磁按变量导数调节，但不限 发电机端电压。如图10-8中f点。
第九章 电力系统稳定的基本概念课件
58
说明：
①面积原则仅适用于简单电力系统； ②对于多机系统，面积原则不适用，通常用相对
功角的变化趋势予以判定。
59
9.4 提高电力系统稳定性的措施
提高静态稳定性：增加发电机的电势； 减小系统各元件的电抗。
提高暂态稳定性：减小暂态过程中作用 在发电机转轴上的不平衡转矩以及不平 衡转矩作用的时间。
14
15
9.1 同步发电机的机电特性
转子的运动特性
电磁功率的变化特性
一、同步发电机的功角特性
16
隐极机
无限大容量母线
T- 1
L
G
E q jXd
jXL jXT1
jXL
T- 2 V
PQ
jXT2 V
I
• 不考虑电 阻及导纳
系统总阻抗： 发电机输出电磁功率：
X d
Xd
XT1
1 2
XL
XT2
Pe P VI cos
30
9.2 静态稳定的概念
在小干扰作用下，系统运行状态将偏离原来的 运行状态（即平衡点），若干扰不消失，系统具有 能自动在偏离原来平衡点很小处建立新的平衡点； 或当干扰消失后，系统具有能自动回复到原有的平 衡点的能力，则称电力系统是静态稳定的。
电力系统的静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运行稳态能否 保持的问题。
正常运行时，转矩平衡，转速恒定
23
Pe
Eq
PT
wN
wN
送端系统 PT=Pe=P0
受端系统
0
V
24
Pe
Eq
PT
wN1
wN
V
0：PT>Pe 1： PT1=Pe
Eq
Pe
电力系统稳定与控制ppt课件
2021/6/27
8
;
暂态稳定的普经过程
同步运 各发电机的输入机械功率和输出电磁功率平衡，一切 转形状 发电机的转子速度恒定且相等
发生大 扰动
由于系统的构造或参数发生了较大变化，系统潮流和 各发电机的输出电磁功率也发生变化，发电机的输入 输出功率失去平衡，引起转子的速度发生不同程度的 加速或减速，发电机的同步运转遭到破坏。
电力系统稳定与控制 电力系统暂态稳定
;
内容回想
静态稳定 电力系统静态稳定是指电力系统在遭到小干扰时维 持同步运转形状的才干 单机无穷大系统的静态稳定 调理安装对静态稳定的影响 复杂系统的静态稳定性 负荷的静态稳定性 提高静态稳定的措施
2021/6/27
1
;
暂态稳定性的定义和概念
暂态稳定：大扰动功角稳定〔Large-disturbance rotor angle stability〕 定义：暂态稳定是指电力系统遭到大扰动后, 各同 步电机坚持同步运转并过渡到新的或恢复到原来稳 态运转方式的才干。 运转形状“收敛〞到某一点——Lyapunov稳定性 两个方面的含义： 功角稳定 大扰动
➢ 送端发电机转子先垂直切 割某相定子绕组，δ/ω0 时间后受端发电机才垂直 切割该相绕组。
T e1
0
0 T e2
0
0
T m1
T m2
2021/6/27
电网
5
;
功角稳定—比喻
定子磁极
N 0v
0
➢
功角和功率的关系：Pe
EU X
sin
➢ 功角越大，输出功率越大；
F
➢ 机械功率添加，转子加速，功
角添加，输入、输出到达新的
cr III
电力系统的稳定性ppt课件
加速转矩
如后图曲 线3所示
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
同理：
如后图曲线4 所示
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 3 4
4、
而
即提高系统输电能力。
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
提高静态稳定的措施
具体措施：
A 、采用强有力的励磁控制－自动励磁调节器，即 提高发电机内电势；
B、减小元件电抗
超高压输电目前多用自耦变－电抗小，减小线路电抗，如 采用分裂导线、串联电容补偿等。
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
（正常，不小于15%）
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
简单电力系统的静态稳定性
2、小干扰的类型
小负荷的投入、切除 气温、气压等因素引起的系统参数的变
化 发电机出力的轻微变化
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
简单电力系统的静态稳定性
(Transient Stability) 暂态稳定的定义 大干扰的类型 单机无穷大系统暂态稳定的分析 提高暂态稳定的措施
电力系统稳定运行课件
第二节 同步发电机的功角特性
其相量图如图5-1所示，有相量图可得：
Eq cosIxdsinU
Eqsin Ixdcos
（5-3）
将式（5-3）代入式（5-1），经整理后可得
PEq
EqU xd
sin
（5-4）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第二节 同步发电机的功角特性
电磁功率特性曲线上的最大值，称为共极限，功率极限可由
d P 0 的条件求出。对于无调节励磁的隐极式发电
d
机，E
=常量。由
q
dPEq
d
EqU cos 0
xd
，求得功率极限对应的
角度，于是功率极限为
P EqmE xq dU sinEqmE xq dU sin90oE xq dU （5-5）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
EqUsinU2xdxqsin2
xd
2 xdxq
（5-7）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第二节 同步发电机的功角特性
对于无自动调节励磁装置的发电机与无限大容量电力系统母线连接时， 则有Eq=定值，U=定值。取不同的δ值代入式中，可以绘制出此种状态下发 电机有功功率的功—角特性曲线，如图5-4所示。有图可见，由于直交轴同 步电抗不相等Xd≠Xq，出现了一个按2倍功率角的正弦sin2δ变化的功率分 量，即为磁阻功率。由于磁阻功率的存在使功—角特性曲线畸变，从而使功 率极限有所增加，但这时P E q功率极限出现在功率角小于处。
电力系统稳定概述PPT课件
1.0 I/ISC
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。
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。
电力系统暂态稳定PPT课件
显式数值积分法：欧拉法、改进欧拉法、龙格—库塔法。 隐式积分法：隐式梯形法
第36页/共71页
三、复杂系统摇摆曲线
第37页/共71页
第38页/共71页
电力系统是否具有暂态稳定性，或者说，系统受到大扰动后各发电机之间能否
继续保持同步运行，是根据各发电机转子之间相对角的变化特性来判断的。
在相对角中，只要有一个相对角随时间的变化趋势是不断增大(或不断减小)时， 系统就是不稳定的；如果所有的相对角经过振荡之后都能稳定在某一值，则系统 是稳定的。
第16页/共71页
• 将上式两边积分得：
c TJ
0 0
d
c 0
( PT
PII
)d
1 2
TJ
0
(
2 c
2 0
)
1 2
TJ
0
2 c
c 0
( PT
PII
)d
式中：• c为角度 时c 转子的相对角速度
为• 0角度 时转0 子的相对角速度，总为零。
左侧＝转子在相对运动中动能的增量；
右侧＝过剩转矩对相对位移所做的功 ――图中abcd所包围
c
PII
b
δ0
δc δm δh
第23页/共71页
由图可知：
Pa PIM sin 0 P0 PT
0
sin1
P0 PIM
Ph PIIIM sin h P0 PT
h
sin1
P0 PIIIM
3）暂态稳定判据
暂态稳定判据1：
c cm ，系统能保持暂态稳定，否则不能
保持暂态稳定
第24页/共71页
第33页/共71页
第一类问题：已知极限切除角，计算极限切除时间。
第36页/共71页
三、复杂系统摇摆曲线
第37页/共71页
第38页/共71页
电力系统是否具有暂态稳定性，或者说，系统受到大扰动后各发电机之间能否
继续保持同步运行，是根据各发电机转子之间相对角的变化特性来判断的。
在相对角中，只要有一个相对角随时间的变化趋势是不断增大(或不断减小)时， 系统就是不稳定的；如果所有的相对角经过振荡之后都能稳定在某一值，则系统 是稳定的。
第16页/共71页
• 将上式两边积分得：
c TJ
0 0
d
c 0
( PT
PII
)d
1 2
TJ
0
(
2 c
2 0
)
1 2
TJ
0
2 c
c 0
( PT
PII
)d
式中：• c为角度 时c 转子的相对角速度
为• 0角度 时转0 子的相对角速度，总为零。
左侧＝转子在相对运动中动能的增量；
右侧＝过剩转矩对相对位移所做的功 ――图中abcd所包围
c
PII
b
δ0
δc δm δh
第23页/共71页
由图可知：
Pa PIM sin 0 P0 PT
0
sin1
P0 PIM
Ph PIIIM sin h P0 PT
h
sin1
P0 PIIIM
3）暂态稳定判据
暂态稳定判据1：
c cm ，系统能保持暂态稳定，否则不能
保持暂态稳定
第24页/共71页
第33页/共71页
第一类问题：已知极限切除角，计算极限切除时间。
《电力系统稳定》课件
ts
目录
• 电力系统稳定概述 • 电力系统稳定的判据与评估 • 电力系统稳定控制技术 • 电力系统稳定仿真分析 • 电力系统稳定运行管理 • 电力系统稳定发展趋势与挑战
01
电力系统稳定概述
电力系统稳定定义
电力系统稳定是指电力系统在正常运行状态下，受到小的或大的扰动后，能自动 恢复到原来的运行状态，或者依靠控制设备的作用，使系统在新的状态下继续正 常运行的能力。
高度互联的电网结构
各地区电网之间的联系越来越紧密，一旦发生故障，可能引发连锁 反应，导致大范围停电。
多样化的电源结构
多种类型电源的接入，使得电力系统的稳定性变得更加复杂，需要深 入研究不同类型电源之间的相互作用机制。
未来展望
加强基础研究
深入研究电力系统稳定性机理，探索更加有效的预测和控制方法 。
提升智能化水平
结合先进的人工智能和大数据技术，提高电力系统稳定性的智能 化分析和管理水平。
强化国际合作
加强国际间的学术交流和技术合作，共同应对全球电力系统的稳 定性挑战。
THANKS
感谢观看
风险评估
对电力系统的稳定性进行风险评估，制定相应 的控制措施。
控制策略
根据风险评估结果，制定相应的控制策略，提高电力系统的稳定性。
06
电力系统稳定发展趋势与挑战
发展趋势
分布式电源的接入
01
随着可再生能源的发展，分布式电源在电力系统中的比例逐渐
增加，对电力系统的稳定性带来新的挑战和机遇。
智能化技术的应用
暂态稳定仿真分析
通过建立暂态稳定的数学模型，对大扰动下的电力 系统暂态稳定性进行仿真分析。
频率稳定仿真分析
通过建立频率稳定的数学模型，对不同运行 工况下的电力系统频率稳定性进行仿真分析 。
目录
• 电力系统稳定概述 • 电力系统稳定的判据与评估 • 电力系统稳定控制技术 • 电力系统稳定仿真分析 • 电力系统稳定运行管理 • 电力系统稳定发展趋势与挑战
01
电力系统稳定概述
电力系统稳定定义
电力系统稳定是指电力系统在正常运行状态下，受到小的或大的扰动后，能自动 恢复到原来的运行状态，或者依靠控制设备的作用，使系统在新的状态下继续正 常运行的能力。
高度互联的电网结构
各地区电网之间的联系越来越紧密，一旦发生故障，可能引发连锁 反应，导致大范围停电。
多样化的电源结构
多种类型电源的接入，使得电力系统的稳定性变得更加复杂，需要深 入研究不同类型电源之间的相互作用机制。
未来展望
加强基础研究
深入研究电力系统稳定性机理，探索更加有效的预测和控制方法 。
提升智能化水平
结合先进的人工智能和大数据技术，提高电力系统稳定性的智能 化分析和管理水平。
强化国际合作
加强国际间的学术交流和技术合作，共同应对全球电力系统的稳 定性挑战。
THANKS
感谢观看
风险评估
对电力系统的稳定性进行风险评估，制定相应 的控制措施。
控制策略
根据风险评估结果，制定相应的控制策略，提高电力系统的稳定性。
06
电力系统稳定发展趋势与挑战
发展趋势
分布式电源的接入
01
随着可再生能源的发展，分布式电源在电力系统中的比例逐渐
增加，对电力系统的稳定性带来新的挑战和机遇。
智能化技术的应用
暂态稳定仿真分析
通过建立暂态稳定的数学模型，对大扰动下的电力 系统暂态稳定性进行仿真分析。
频率稳定仿真分析
通过建立频率稳定的数学模型，对不同运行 工况下的电力系统频率稳定性进行仿真分析 。
电力系统电压稳定的概念、原理及其控制措施 PPT课件
2021/5/28
14
➢ 动态无功补偿设备特性
➢ 静止无功补偿器（SVC） 静止无功补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。电容
器可以发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起 来，再配以适当调节，能够平滑地改变输出（或吸收）无功 功率的静止补偿器。
➢ 同步调相机 同步调相机相当于空载运行时的同步电动机。在过励磁运
（4）电动机定子电流的增加导致发电机输出电流的增加，在 发电机励磁电流已达到极限不能在增加时，由于电枢反应引 起气隙磁通的减少，导致发电机内电动势的减少，从而降低 发电机端电压，同时也减少了发电机的无功输出，使系统各 节点电压进一步降低。
如此形成恶性循环，引起电压的持续下降，直至电压崩溃。
2021/5/28
当； ➢ 我们认为，在佛山、东莞这类制造业发达、空调负荷庞大的地区电网，采
用“75％恒功率＋25％恒阻抗”或更恰当。
2021/5/28
13
➢ 静态无功补偿设备特性
➢ 串联电容器
串联电容器减少了输电线路的纯感性电抗，有效地缩短了线路 长度。它发出无功补偿线路的无功消耗。串联电容器发出的无功随 电流的平方而增加，而与节点电压无关。这样在系统最需要无功的 时候可产生最多无功。
➢ 因此，必须考虑在AVC/VQC策略中充分考虑OLTC的控制策略与电压稳 定的协调策略。
➢ 综合性负荷
➢ 根据负荷特点和集结情况，可以对负荷进行等值建模处理。 ➢ 恒功率负荷和恒阻抗负荷二者的比例关系是决定电压稳定分析乐观或保守
的重要因数之一。 ➢ 有文献提出现代我国电力系统采用“60％恒功率＋40％恒阻抗”比较恰
P/Q与U关 系、稳定 裕度、无
功储备）
局部电厂 模式
互联区域 模式
第18章_电力系统静态稳定性PPT课件
第6页/共37页
电力系统静态稳定性—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
dX = F(X) dt
d(Xe + dt
ΔX)
=
F(Xe
+
ΔX)
d(Xe + dt
ΔX)
=
F(Xe
)
+
dF(X) dt
X=Xe
ΔX
+
R(ΔX)
dΔX = dF(X) ΔX R(ΔX) AΔX R(ΔX)
X0 a' N T
电力系统静态稳定性—运动稳定性的基本概念和小扰动法原理
Lyapunov运动稳定性定义
设有动力学系统及其平衡点
dX(t) = Ft, X(t)
dt
Ft, Xe 0
X(t0 ) = X0 X(t)，t t0
❖ 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
0 90
PEq ( ) PEq ( 0 ) Pe
Pe S Eq
第11页/共37页
180
电力系统静态稳定性—简单电力系统的静态稳定性
不计发电机阻尼的情况
PEq (0 ) P0
d( ) dt
N
f
,
代入
d
(
)
dt
N TJ
PT 0
PEq ( )
f
,
PEq ( ) PEq ( 0 ) Pe
如果平衡点稳定，且η(ε,t0)与初始时刻t0无关，称平衡点具有一致稳定性；
电力系统静态稳定性—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
dX = F(X) dt
d(Xe + dt
ΔX)
=
F(Xe
+
ΔX)
d(Xe + dt
ΔX)
=
F(Xe
)
+
dF(X) dt
X=Xe
ΔX
+
R(ΔX)
dΔX = dF(X) ΔX R(ΔX) AΔX R(ΔX)
X0 a' N T
电力系统静态稳定性—运动稳定性的基本概念和小扰动法原理
Lyapunov运动稳定性定义
设有动力学系统及其平衡点
dX(t) = Ft, X(t)
dt
Ft, Xe 0
X(t0 ) = X0 X(t)，t t0
❖ 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
0 90
PEq ( ) PEq ( 0 ) Pe
Pe S Eq
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电力系统静态稳定性—简单电力系统的静态稳定性
不计发电机阻尼的情况
PEq (0 ) P0
d( ) dt
N
f
,
代入
d
(
)
dt
N TJ
PT 0
PEq ( )
f
,
PEq ( ) PEq ( 0 ) Pe
如果平衡点稳定，且η(ε,t0)与初始时刻t0无关，称平衡点具有一致稳定性；
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
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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
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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
电力系统稳定器原理g
K(p.u.)
同步电机模型系数K2、K4和K5 2
Xd==Xq=2.0,Xd'=0.2
1.5
1
0.5
0 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-0.5
-1
-1.5
-2 Pe(p.u.)
K2和K4在空载 时均为零，
发电机状态时， K2、K4均为正， 有功增大，K2和 K4也增大；
系统振荡的定义
低频振荡的危害
电力系统的低频振荡属于小扰动情况下的功
角稳定性问题，这时系统仍然保持同步运行 。由于出现的不平衡功率在系统内的发电机 组间来回传播，导致发电机转子间的相互摇 摆。同时也导致系统电流、电压、功率的振 荡。但是在电力系统发生低频振荡时，如果 不及时采取有效的措施，可能导致系统的严 重事故，造成重大的损失。
Control）
非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）
非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
给定值 Ref 比例
+
－ ΔVG
微分
电压
偏差
积分
20 ΔVG
80 1 5s
AVR经典控制理论
励磁电压 Efd
ΔVG
同步电机不同工况下模型系数的变化
以单机无穷大系统为例，计算隐极同步电机，同步电机有功从吸收1.0p.u到发出有 1.0p.u变化过程中，系数K1～K6的变化情况。
发电机模型系数与发电机负荷的关系曲线
K3与电机的工况无关，在由 电动机状态到发电机状态的满负荷 范围内，K3为一常数，仅决定于电 机参数和系统电抗。
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AVR和PSS的阻尼力矩向量图
与△δ正方向同相的力矩是正的同步力矩，与△δ反相的力矩是负的同步力矩， 与△ω正方向同相的力矩是正阻尼力矩，与△ω正方向相反相的力矩是负的阻尼力 矩。
通过励磁回路产生的电磁力矩△Meu不会正好在△δ轴或△ω轴上，将它投影到 △δ轴和△ω轴上，△Meu在△δ轴上的分量叫同步力矩分量，在△ω轴的分量称为 阻尼力矩分量（如上图所示）。
励磁与PSS
什么是PSS(Power System Stabilizer)
现在励磁控制系统大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 我国成熟的励磁控制理论：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规 律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ）。
我国电力系统励磁控制发展过程：
PID 控制
PID + PSS 控制
通过PSS附加控制使调节器不产生负阻尼而产生
正阻尼。
同步发电机励磁系统的任务
通过飞利普斯－海佛容（Phillips-Heffrom） 模型来分析电力系统动态稳定
1 基本关系式 考虑在暂态电势变化的单机无穷大母线系统（图2-1）的数学模型如图2-2所
示。
图2-1
图2-2 单机—无穷大系统模型 Ex（s）代表同步发电机的电压控制系统，Ep(s)代表电力系统稳定器。
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control）
非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）
非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
给定值 Ref 比例
+－ ΔVG Nhomakorabea微分电压
偏差
积分
ΔVG
80 1 5s
系统振荡的定义
低频振荡的危害
电力系统的低频振荡属于小扰动情况下的功
角稳定性问题，这时系统仍然保持同步运行 。由于出现的不平衡功率在系统内的发电机 组间来回传播，导致发电机转子间的相互摇 摆。同时也导致系统电流、电压、功率的振 荡。但是在电力系统发生低频振荡时，如果 不及时采取有效的措施，可能导致系统的严 重事故，造成重大的损失。
同步电机不同工况下模型系数的变化
以单机无穷大系统为例，计算隐极同步电机，同步电机有功从吸收1.0p.u到发出有 1.0p.u变化过程中，系数K1～K6的变化情况。
发电机模型系数与发电机负荷的关系曲线
K3与电机的工况无关，在由 电动机状态到发电机状态的满负荷 范围内，K3为一常数，仅决定于电 机参数和系统电抗。
是提高功角稳定。频率稳定由调速器负责。
• 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。 • 静态稳定系统受到小扰动后系统的稳定性（稳定余度大、极
限功率大、阻尼大）； • 暂态稳定大扰动后系统在随后的1－2个周波内的稳定性（继
电保护） • 动态稳定微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），
因自动调节作用产生的稳定性（PSS）。
电压调节通道为什么会产生负阻尼？
• 电力系统的有功发生变化，运行中的功角也会变 化，进而引起△Ut的微小变化
• 自动电压调节器按照发电机端电压偏差△Ut进行 调节
• 现代自动电压调节器，放大倍数高且反应灵敏 • 励磁输出电流所产生的转矩相对于输入信号△δ必
然有一定的延时 • 把电力系统的有功或频率引入自动电压调节器，
模型对应下面方程式
M e K1 K2Eq,
Eq'
K3K4 1 sK 3Td' 0
K3 1 sK 3Td' 0
E fd
Ut K5 K6Eq'
0 •
s
1 (Mm Me)
sM D
＋
K1---假定d轴磁通为常数，由于转子角度的变化，而引起的电气转矩的变化 K2---假定转子角度为常数，由于d轴磁通的变化，而引起的电气转矩的变化 K3---阻抗因数 K4---由于转子角度变化的去磁效应 K5---假定d轴磁链的电压为常数，由于转子角度的变化，引起的发电机端子电压的变化 K6---假定转子角度为常数，由于d轴磁链的变化，而引起的发电机端子电压的变化
什么是电力系统低频振荡
电力系统振荡是电力系统在遭受扰动时，有关电气 量（电流、电压、功率）所表现出来的一种周期性变 化行为。在系统受到小扰动时，它表现为这些电气量 在其稳态运行值附近的周期性变化。 • 按照振荡频率的不同，一般可将低频振荡分为三种: • 区间振荡inter-area，频率范围约为0.1Hz至1.0Hz • 区内振荡local，频为范围约为 0.8Hz 至 1.5Hz • 站间振荡inter-plant，频率约为 1.2Hz 至 2.0Hz
• 通过励磁回路产生的电磁力矩△Meu
， 以低频振荡频率ωd代入式（6-16），即令s＝jωd 得：
• KDu＜0时，电压调节器产生的阻尼作用为负阻尼 作用，KD＞0时则为正阻尼作用。
• KEX和φEX都是励磁控制系统参数（增益和时间 常数）及系数K3、K6的函数，因此，阻尼力矩系 数KDu既是励磁控制系数的函数又是同步电机运 行工况（K2、K5、K6）的函数。
产生低频振荡的原因
• 系统在负阻尼时产生的自发功率振荡。 • 系统在受到扰动，由于阻尼弱其功率振荡长久不能平息。 • 系统振荡模与系统中某种功率波动的频率相同，且由于弱
阻尼，使联络线上该功率的波动得到放大，产生了强烈的 功率振荡。 • 由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产 生的机电振荡，其频率约为0.2～2.5Hz。 • 无论什么原因,这种振荡的特点是频率低（在0.2～2.5Hz 之间），阻尼转矩不够或为负值。 • 研究表明：励磁的电压调节通道会产生一个负阻尼作用， 从而会导致电力系统低频振荡。
K6与同步电机的负荷有关， 在负荷大范围变化时，其变化也不 大，同步电机有功绝对值增大时， K6变小，具有轴对称特性。
AVR经典控制理论
励磁电压
ΔVG
机端电压
Efd
Ut
发电机
纯比例控制
误差ε
控制
1
K
G(s) 20 80 1 5s
PI控制 K=100
100 1 s 1 5s
电力系统稳定
• 电力系统稳定分为三个电量的稳定： • 电压稳定（电压恒定、无功充裕、否则恶性循环电压崩溃，
强励） • 频率稳定（频率恒定、有功平衡、安稳装置切机、自动减载） • 功角稳定（P、Q变化）。 • 励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次