电力系统暂态稳定性分析(总)

定义
GD J 4
2
2 n 0 60
GN
(6-7)
以发电机的额定容量
为基准的惯性时间常数 S
(S)。
TJG
27
6.2.1.3惯性时间常数
—— 系统的惯性时间常数
2 J 0 TJ SB
注意：容量折算
单台发电机： 2 2 J 0 J 0 SGN SGN TJ TJG SB SGN S B SB
电气角速度

d轴

M E 电磁转矩
Eq
q轴
同步电气角速度
机械转矩
MT
U
0 2 f N

稳态时： 扰动后：
q轴
发电机转子运动示意图 不变 M T M E 0
M T M E

d 0 dt
两转子的空间相对位置


0


10
6.1 概述 —— 功角δ的含义

d ( 1)0 dt d 1 ( P PE ) T dt TJ
（6-12）
24
（6-11）
注：习惯上标幺值不带（*）
6.2.1.3惯性时间常数


（1）发电机惯性时间常数的物理意义 （2）发电机的惯性时间常数 （3）系统的惯性时间常数
25
6.2.1.3惯性时间常数
——发电机惯性时间常数的物理意义
12
学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。 6.1 概述 ——电力系统稳定性分类

也可能出现系统中同步发电机是维持同步运行，但 系统频率或电压不可控制的持续下降。此时系统从 功角意义上仍然是稳定的，但系统已失去了稳定— —即出现了频率稳定或电压稳定问题。 电力系统稳定性包括：功角稳定＋频率稳定＋电压 稳定 本书中，所说的电力系统稳定性就指的是系统的功 角稳定性。
,单位为s
0 0
22
6.2.1转子机电运动方程的推导
——转子运动方程的二阶形式
功角 是两转子之间的空间相对位置角
q轴

Eq
U
0
d 0 dt
2
两边求导
d d 2 dt dt
2

TJ d P PT PE （6-10） 2 0 dt
PT PE
* / 0 TJ d d * TJ M * M * dt 0 dt TJ dt d * M *
令M * 1，并对上式从* 0到* 1进行积分，
1 TJ 则 t d * TJ d * TJ [* ]1 TJ 0 0 M 0 * 1
基本概念 元件模型 系统分析 控制措施
6
第六章 电力系统稳定性问题概述和各 元件机电特性

6.1 概述 6.2 同步发电机组的机电特性 6.3 自动调节励磁系统的作用原理和数学模型 6.4 负荷特性 6.5 柔性输电装置特性
7
6.1 概述
——电力系统稳定性概念

电力系统稳定性问题就是当系统在某一正 常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一 定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到 一个新的稳态运行状态的问题。如果能，则 认为系统在该正常运行状态下是稳定的。不 能，则系统是不稳定的。 电力系统稳定的破坏，将造成大量用户供 电中断，甚至导致整个系统的瓦解，后果极 为严重。
电力系统分析基础课
电 力 系 统 运 行 状 态 稳态 正常的、相对 静止的运行状 态。 电磁暂态 分析电网电气量的变 化，比机电暂态快得 多。 “电力系统电磁暂态分析” 抓住主要矛盾、忽略次要因 素。——思维方式 “电力系统稳态分析”
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

6.2.1 同步发电机组转子运动方程 6.2.2 发电机的电磁功率 6.2.3 电动势变化过程的方程式
19
6.2.1 同步发电机组转子运动方程



6.2.1.1转子机械运动方程 6.2.1.2转子的机电运动方程推导 6.2.1.3 惯性时间常数 6.2.1.4 同步发电机组转子运动方程的 进一步认识
机械功率 电磁功率
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6.2.1.2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 稳态： 功率和电气角速度都是标幺值
P PE T
1
功角δ不变 d 0 dt 干扰后： 反映暂态过程中，发电机转子转速、 P PE 1 功角和不平衡功率之间的相互作用与 d 0 T 变化规律，是功角稳定分析的基础。 功角δ变化 PE ) ( PT dt TJ
一直变化，系统不稳定。 电势方程： E jIx U
发电机电磁功率：

功角
EqU EqU PE E cossin sin P UI x x
功角特性
d轴 d轴 图6-1 (b) 相量图
I I
U
9
1、同步发电机要同步运行 6.1 概述 2、研究机电暂态过程的必要性 3、发电机转速、功角的变化情况决定系统的稳定性 ——发电机转子运动与功角 的关系
——转子机械运动方程的标么值处理
J dΩ M M * M B dt MB
TJ d P * 0 dt
M B ( S B ) 转矩(功率)基准值 Ω0 (0 ) 同步机械（电气）角速度 SB MΩ0 MΩ P MB M * P Ω0 * SB SB SB Ω Ω0 TJ S B dΩ J dΩ TJ S B JΩ02 J 2 TJ M B dt M B Ω02 dt Ω0 SB TJ dΩ TJ d Ω 惯性时间常数 p 极对数 Ω dt dt
件和控制系统更多、更复杂。（不讲）
17
作业1
1. 简述电力系统的发展历史和发展趋势。 2. 简述本世纪的大停电事故（发生的规模、原 因、后果等）。 3. 功角的具体含义。 4. 功角稳定及其分类。 5. 电力系统静态稳定及其特点。 6. 电力系统暂态稳定及其特点。
18
6.2 同步发电机组的机电特性
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6.1 概述 ——动态稳定 (Dynamic Stability)

定义：指电力系统在某一正常运行状态下受
到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置 的作用下，保持长过程运行稳定性的能力。如 果能，则认为系统在该正常运行状态下是动态 稳定的。不能，则系统是动态失稳的。

特点：动态稳定的过程较长，参与动作的元
电力系统稳定性分析
2013~2014学年第一学期 上课教师: 余 娟 电话：65112300 email：cqu.juan.yu@gmail.com 主页：http://ee.cqu.edu.cn/myweb/myweb.asp?userid=247 公共下载方式
前言—答疑及考试

研究生助教：缪鹏彬（001班）、刘珏麟（002班） 答疑
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6.1 概述
——功角稳定的分类
根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定 可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程）
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6.1 概述
—— 静态稳定(Static Stability)

定义：指电力系统在某一正常运行状态下受
到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步， 自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则 认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。 不能，则系统是静态失稳的。



发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之 间的相角差。 电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为 “功角”或“功率角”。电磁功率与功 角的关系式被称为“功角特性”或“功 率特性”。 功角δ还表明了各发电机转子之间的相对 空间位置。
11
6.1 概述
——功角稳定的概念


电力系统稳态运行时，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。
分析发电机转子转速 的变化
“电力系统稳定性分析”
5
具体知识我们不懂，但我们依旧可以判 断这个目录是不是一个完整的框架体系！
课程内容和目的


——
评价能力、全局观
课程内容
第六章 电力系统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



课程目的
掌握电力系统静态、暂态稳定性的基本概念。 掌握发电机的机电特性。 掌握简单系统静态和暂态稳定性分析的基本方法。 学会分析提高电力系统静态和暂态பைடு நூலகம்定性的主要措施。

特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运
行状态下受到微小干扰时的功角稳定性问题。 系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动 发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大 小、类型和地点无关。
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6.1 概述 ——暂态稳定 (Transient Stability)

定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发
(6-6)
表示在发电机转子上加额定转矩后，转子从停 顿状态转到额定转速时所经过的时间。
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6.2.1.3惯性时间常数
——发电机的惯性时间常数
发电机铭牌参数有：飞轮转矩 KVA)、额定转速 ( r/min ) (t· 2)、发电机额定容量 m GD 2 (
SGN
n
TJG
2 2 J 0 GD 2 0 GD 2 2 n 2 2.74GD 2 2 ( ) n SGN 4 SGN 4SGN 60 1000SGN
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6.2.1.1 转子的机械运动方程
dΩ 反映机械转速 Ja J M M T M E （6-1） 与转矩的动态 dt
J a
转子的转动惯量 角加速度 机械角速度 不平衡转矩 机械(电磁)转矩
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关系，是纯机 械运动，不能 反映电气量的 变化作用。
Ω
M
M T (M E )
6.2.1.2转子机电运动方程的推导
电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。 通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行 状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。

特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的功角
稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关， 而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。




精品课程网站
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电力系统分析体系
发电机 线路 双绕变 稳态分析 电磁暂态 分析 三绕变 潮流计算 功率控制 稳定性分析 频率控制 电压控制 短路 断线 对称分量法 正负零序
功角稳定、小干扰稳定、暂态稳定、低频 振荡、异步、再同步、PSS
4
Q1:发电机转子转速的变化对电力系统运行有什 么影响？ Q2:为什么这门课叫电力系统稳定性分析？


时间：星期一晚上7:30-9:30 地点：6教406

成绩构成

平时成绩（30%）：考勤（5%） 、课后作业（15%） 、
课堂练习（10%）

期末闭卷考试（70%）
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前言—教材及参考资料

李光琦.电力系统暂态分析(第三版) .北京：中国电力 出版社，2007 何仰赞，温增银.电力系统分析(下册) （第三版）. 武汉：华中科技大学出版社，2002 韩祯祥.电力系统分析.浙江大学出版社 J D Glover, etc. . Power System Analysis and Design.机械工业出版社 Prabha Kundur . Power system stability and control . New York: McGraw-Hill lnc,1993

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6.1 概述
—— 功角
隐极机
G
～
T
L
无限大系统
q轴 q轴
Ix cos
Eq
xG
UG
xT
UL
I
xL
U =常数
Eq
jIx
Eq
E q sin
jIx

图6-1 (a) 系统图
总电抗： 系统稳态时， 不变； G T
x x x xL
q
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6.2.1.4 同步发电机组转子运动方 程的进一步认识
d ( 1)0 dt d 1 ( P PE ) T dt TJ
（6-12）
调速器一般在发电机转速变化之后才能起调节作用， 加上本身惯性较大，在一般短过程的机电暂态分析 中，假定机械功率 PT 不变。
电磁功率 PE 的描述和计算，就成了电力系统功角稳 定分析中最为复杂和困难的任务。