电力系统稳定与控制

1.电力系统稳定与控制

电力系统是一个由发电机组、变压器、输配电线路和用电设备等很多单元组成的。

过电压：波过程

电磁暂态：研究电磁过程，机械过程恒定

机电暂态：研究机械过程，电磁过程部分准稳态

静态稳定：电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡和非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

暂态稳定：电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力，通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。

动态稳定：电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性能力。

功角稳定：互联系统中的同步发电机受到扰动后保持同步运行的能力。

电压稳定：在给定的初始运行状态下，电力系统遭受扰动后系统中所有母线维持稳定电压的能力。

频率稳定：电力系统受到严重扰动后，发电和负荷需求出现大的不平衡，系统仍能保持稳定频率的能力。

2.同步发电机及其数学模型

3. 同步发电机的机电特性

静态稳定分析：自动控制理论的方法,微分方程线性化（小干扰法）,研究线性微分方程特征根（频域法）

暂态稳定分析： 非线性微分方程数值解法（时域法）

隐极机的功角特性

⑴ 发电机用Eq 、xd 表示 ( 即假设励磁回路电压、电流无变化，Eq 为常数

⑵ 发电机用E ’q 、Xd 表示

⑶ 电机用E',X'd 表示

⑷ 机端电压UG 恒定

凸极机的功角特性

⑴ 发电机用Eq 、xd 表示

⑵ 发电机用E ’q 、xd 表示

δsin ∑∑∑∑==+-=+=d q d d q q d d d d q q q q d d E x U E x U E U x U U x U E I U I U P q δδ2sin 2sin ∑

∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑'''--=''--''=+'-'=+=d d d d d q q d d d d d d d q q d d d d q q q q d d E x x x x U x U E U U x x x x x U E U x U U x U E I U I U P q ∑'+='d x I j U E δϕϕδ'''=='=''∑'∑sin cos cos sin d E d x U E UI P x I E G l G U x U U P G δsin =δδ2sin 2sin ∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑-+=-+=+-=+=q d q d d q q d q d q d d d q q q d d d q q q q d d E x x x x U x U E U U x x x x x U E U x U U x U E I U I U P q δδ2sin 2sin ∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑''-'+''='-'+''=+'-'=+=q d q d d q q d q d q d d d q q q d d d q q q q d d E x x x x U x U E U U x x x x x U E U x U U x U E I U I U P q

4. 电力系统静态稳定

电力系统受到小扰动之后可能出现的不稳定通常分为两种形式：

（1）由于缺少同步转矩，发电机转子角逐步增大，滑行失步；

（2）由于有效阻尼转矩不足，转子增幅振荡。

小扰动下运行点变化的物理过程分析

简单系统的稳定判据：运行点处功角特性的斜率（导数）大于0，即： 整步功率系数 静态稳定储备系数

0(1)1()T E J

d dt d P P dt T

δωωω=-=-0q E E dP S d δ=>00100%M p P P K P -=⨯

简单系统的转子运动方程和功角特性曲线

（1）比例式励磁调节器可以提高和改善系统静态稳定性。其扩大了稳定运行范围，发电机可以运行在SEq<0，即的一定范围内，也增大了稳定极限功率，提高了输送能力。

（2）具有比例式励磁调节器的发电机不能运行在情况下。

（3）放大倍数的整定值是应用比例式励磁调节器要特别注意的问题。

提高系统静态稳定性的一般原则: 系统的功率极限愈高则静态稳定性愈高。以单机无穷大系统为例，则可以通过减小发电机与无穷大系统之间的电气距离（电抗）、提高发电机的电动势和电网运行电压来提高系统的功率极限。

减小元件的电抗

（1）采用分裂导线

（2）提高线路额定电压

（3）采用串联电容补偿

5.电力系统暂态稳定极限切除角

()

00 cos T h max h max cm

max max

P P cos P cos

P P

δδδδδ

-+-

=

-

ⅢⅡ

ⅢⅡ

快速切除故障的优点

（1）减小加速面积，增大减速面积；

（2）非故障线路中电动机负荷端电压回升，减小电动机失速危险。

制动电阻的大小及其投切时间对电气制动提高系统暂态稳定性作用的发挥非常重要。合适的制动电阻和投切时间，则可显著提高系统暂态稳定性。否则，存在欠制动和过制动。

欠制动：制动作用过小，发电机仍要失步。

过制动：制动作用过大，发电机虽在第一次振荡中没有失步，却在切除故障和切除制动电阻后的第二次振荡中失步。

不对称短路时，存在零序电流。故障期间，零序电流经过变压器中性点零序电阻时，将消耗有功功率，从而增大发电机在故障期间的电磁功率，减少功率缺额，提高系统的暂态稳定性。正常对称运行时，无零序电流，不影响系统运行。

同样，接地电阻的选择计算很重要。

提高暂态稳定性的措施

(1)、继电保护实现快速切除故障；

(2)、线路采用自动重合闸；

(3)、采用快速励磁系统；

(4)、发电机增加强励倍数；

(5)、汽轮机快速关闭汽门；

(6)、发电机电气制动；

(7)、变压器中性点经小电阻接地；