電力系統(tǒng)分析第17章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性課件

第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性1離散數(shù)值計(jì)算§17.1引言及基本假設(shè)1、引 言第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性TS問題定義：電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后各發(fā)電機(jī)是否能繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題。代數(shù)常微分方程組簡單系統(tǒng)的解析計(jì)算困難：非線性，解析表達(dá)困難曲線穩(wěn)定判斷離散數(shù)值計(jì)算§17.1引言及基本假設(shè)第十七章電力系統(tǒng)暫22、基本假設(shè)是否同步運(yùn)行→轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動→時間常數(shù)為5～10秒→只需計(jì)及影響大的動態(tài)因素電力系統(tǒng)的動態(tài)過程非常復(fù)雜快得多的過程：忽略動態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果快得多的過程：恒定2、基本假設(shè)快得多的過程：忽略動態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果31）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期分量；理由：a、定子及電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程很快，百分之幾秒，。b、非周期分量產(chǎn)生空間靜止磁場，作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力的空間方向是快速突變的，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動影響大。結(jié)果：可以突變。2）不計(jì)阻尼繞繞組的電磁暫態(tài)過程。3）不計(jì)零序和負(fù)序電流的影響，只考慮基波正序分量，電力網(wǎng)可以用正序增廣網(wǎng)絡(luò)表示。零序理由：a、△/Y→零序不過發(fā)電機(jī)。b、零序合成氣隙磁場為0。負(fù)序理由：a、合成電樞反應(yīng)磁場反向旋轉(zhuǎn)→信頻交變力矩→平均值接近于0。b、對瞬時值影響也很小。正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)→故障點(diǎn)接入故障附加阻抗。

1）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期45）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響

3、近似計(jì)算中的簡化1）恒定2）恒定→發(fā)電機(jī)+模型→和相差不大。3）PT恒定，不考慮原動機(jī)調(diào)速器的作用。

4）忽略暫定過程中發(fā)電機(jī)的附加損耗5）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響3、近似計(jì)算中的簡化4）5(a)不穩(wěn)定(b)穩(wěn)定(c)臨界情況不同假設(shè)條件計(jì)算的結(jié)果(a)不穩(wěn)定(b)穩(wěn)定(c)臨界情況不同假設(shè)條件計(jì)算的結(jié)果6§17.2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算1、各種運(yùn)行情況下的功率特性§17.2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算72大擾動后的定性分析穩(wěn)定條件：1）存在新的平衡點(diǎn)；2）搖擺不超過不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，臨界角

2大擾動后的定性分析穩(wěn)定條件：83等面積定則1)功率特性曲線上，功角從變化到時，PT與Pe之間的面積正比于轉(zhuǎn)子功能的變化量3等面積定則1)功率特性曲線上，功角從變化到時，92)加速面積與減速面積

PT

＞Pe：加速面積

PT＜Pe：減速面積，最大可能減速面積3)等面積定則：加速面積和減速面積相等(a)最大可能減速面積≥加速面積，穩(wěn)定。(b)最大可能減速面積＜加速面積，不穩(wěn)定。(c)加速面積=減速面積：(a)(b)(c)2)加速面積與減速面積3)等面積定則：加速面積和減速面積相104)極限切除角與極限切除時間4)極限切除角與極限切除時間115)加速面積與減速面積的計(jì)算初始狀態(tài)。過程劃分及功率特性。

新平衡點(diǎn)及不穩(wěn)定平衡點(diǎn)S加，S減。判斷。6)例題前面系統(tǒng)5)加速面積與減速面積的計(jì)算初始狀態(tài)。6)例題前面系1217.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的數(shù)值解法

1、分段計(jì)算法1）推導(dǎo)17.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的數(shù)值解法1、分段計(jì)算法132）間斷點(diǎn)處理2）間斷點(diǎn)處理143）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對功角單調(diào)增大超過180°則是不穩(wěn)定的，反之是穩(wěn)定的。4）精度與步長，0.01～0.05S5）第一個時段的計(jì)算不同2、改進(jìn)歐拉法xK-1，→xK，離散△t←數(shù)值條件←幾何解釋1）歐拉法3）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對功角單調(diào)增大超過180°則是不穩(wěn)定的，152）改進(jìn)歐拉法，k-1，→k，xK-1→xK←幾何解釋2）改進(jìn)歐拉法，k-1，→k，xK-1→xK←幾何解釋163）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的改進(jìn)歐拉法求解3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的改進(jìn)歐拉法求解17討論：間斷點(diǎn)處理。改進(jìn)歐拉法局部截?cái)嗾`差為3階，全局為2階。上方法對復(fù)雜系統(tǒng)，簡單系統(tǒng)均是適用的，只是的計(jì)算方法不同。

討論：183、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時的暫態(tài)過程計(jì)算動態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動調(diào)節(jié)器作用的較長時間的暫態(tài)過程。討論：1）勵磁繞組：3、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時的暫態(tài)過程計(jì)算動態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動調(diào)192）勵磁機(jī)：直流勵磁機(jī)原理電路圖2）勵磁機(jī)：直流勵磁機(jī)原理電路圖20強(qiáng)勵磁動作時：強(qiáng)勵退出時：強(qiáng)勵磁動作時：強(qiáng)勵退出時：21§17.4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念

1、復(fù)雜系統(tǒng)TS的基本特點(diǎn)

1)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動以后，各發(fā)電機(jī)的電磁功率將按擾動后的網(wǎng)絡(luò)特征重新分配，有的Pe↓，↑，有的Pe↑，↓，加速發(fā)電機(jī)群中不同發(fā)電機(jī)的加速速度不同，至于哪臺加速、減速，加速、減速速度如何，與網(wǎng)絡(luò)接線，負(fù)荷分布，大擾動的地點(diǎn)，負(fù)荷特性等相關(guān)。§17.4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念1、復(fù)雜系統(tǒng)TS222）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿真計(jì)算，根據(jù)仿真曲線來判斷其穩(wěn)定性3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程中與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的只有項(xiàng)，只要解網(wǎng)絡(luò)方程求得某一時刻的，則各臺機(jī)的其他計(jì)算與簡單系統(tǒng)相同

5）發(fā)電機(jī)某一時刻輸出的電磁功率的多少，由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，負(fù)荷分布和待性、擾動等決定，最簡單情況下，只是的函數(shù)4）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程用絕對角描述，但是功率分布則由相對角來決定→判斷穩(wěn)定性

2）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿真計(jì)算232、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一）忽略負(fù)荷狀態(tài)等，則：2、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一）242、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二）

1)求動態(tài)→不能用等值電路2)負(fù)荷動態(tài)+其他元件動態(tài)

→保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3)頻繁網(wǎng)絡(luò)變化等

n維系統(tǒng)→2n維方程→任意一個元件動態(tài)或突變，進(jìn)行任意相應(yīng)修改即可2、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二）n維系統(tǒng)→2n維方程251)發(fā)電機(jī)的處理同步旋轉(zhuǎn)的參考軸與x軸重合，則得坐標(biāo)與xy坐標(biāo)之間的變換公式為：

1)發(fā)電機(jī)的處理同步旋轉(zhuǎn)的參考軸與x軸重合，則得坐標(biāo)與26電力系統(tǒng)分析第17章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性課件27用直角坐標(biāo)表示的實(shí)數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程為：用直角坐標(biāo)表示的實(shí)數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程為：28將(1)代入(2)得討論：a）暫態(tài)計(jì)算中，解微分方程→，→等系數(shù)→Vx，Vy→Ix，Iy→將(1)代入(2)得討論：29b）Gx、Gy、Bx、By

、Cx、Cy均為的函數(shù)c）模型→Gx等為常數(shù)，Cx為的函數(shù)

d）動態(tài)

討論不需要解析表達(dá)的方式2)負(fù)荷的處理和其他擾動→變化后修改對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)納即可擾動處理相似，保留拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)b）Gx、Gy、Bx、By、Cx、Cy均為的函數(shù)討論不需要301）相對角才是同步的表征2）絕對角不能用來判斷穩(wěn)定與否，所有單調(diào)上升在下降，只表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速高于或低于同步轉(zhuǎn)速，不是表示失步。3）穩(wěn)定判據(jù)：相對角中只要有一個隨時間呈單調(diào)變化（超過180°），→instable所有角經(jīng)過振蕩后都能穩(wěn)定在某一項(xiàng)，→stable，第一搖擺，→振蕩坐標(biāo)。4、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)4、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)31§17.5暫態(tài)穩(wěn)定討論介紹1、仿真計(jì)算方法2、EEAC3、能量函數(shù)法4、人工智能：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)5、暫態(tài)穩(wěn)定控制：查表法等§17.5暫態(tài)穩(wěn)定討論介紹1、仿真計(jì)算方法32§17.6小結(jié)1、基本概念：1）基本假設(shè)和近似計(jì)算中的簡化，為什么？2）等面積定則3）極限均除角，極限切除時間4）仿真計(jì)算中暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)（絕對角與相對角）5）勵磁系統(tǒng)動態(tài)方程1）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的改進(jìn)歐拉法和分段計(jì)算法2）復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程計(jì)算的兩種方法3）暫態(tài)仿真方法2、計(jì)算方法：§17.6小結(jié)1、基本概念：1）基本假設(shè)和近似計(jì)33第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性34離散數(shù)值計(jì)算§17.1引言及基本假設(shè)1、引 言第十七章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性TS問題定義：電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后各發(fā)電機(jī)是否能繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題。代數(shù)常微分方程組簡單系統(tǒng)的解析計(jì)算困難：非線性，解析表達(dá)困難曲線穩(wěn)定判斷離散數(shù)值計(jì)算§17.1引言及基本假設(shè)第十七章電力系統(tǒng)暫352、基本假設(shè)是否同步運(yùn)行→轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動→時間常數(shù)為5～10秒→只需計(jì)及影響大的動態(tài)因素電力系統(tǒng)的動態(tài)過程非常復(fù)雜快得多的過程：忽略動態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果快得多的過程：恒定2、基本假設(shè)快得多的過程：忽略動態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果361）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期分量；理由：a、定子及電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程很快，百分之幾秒，。b、非周期分量產(chǎn)生空間靜止磁場，作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力的空間方向是快速突變的，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動影響大。結(jié)果：可以突變。2）不計(jì)阻尼繞繞組的電磁暫態(tài)過程。3）不計(jì)零序和負(fù)序電流的影響，只考慮基波正序分量，電力網(wǎng)可以用正序增廣網(wǎng)絡(luò)表示。零序理由：a、△/Y→零序不過發(fā)電機(jī)。b、零序合成氣隙磁場為0。負(fù)序理由：a、合成電樞反應(yīng)磁場反向旋轉(zhuǎn)→信頻交變力矩→平均值接近于0。b、對瞬時值影響也很小。正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)→故障點(diǎn)接入故障附加阻抗。

1）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期375）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響

3、近似計(jì)算中的簡化1）恒定2）恒定→發(fā)電機(jī)+模型→和相差不大。3）PT恒定，不考慮原動機(jī)調(diào)速器的作用。

4）忽略暫定過程中發(fā)電機(jī)的附加損耗5）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響3、近似計(jì)算中的簡化4）38(a)不穩(wěn)定(b)穩(wěn)定(c)臨界情況不同假設(shè)條件計(jì)算的結(jié)果(a)不穩(wěn)定(b)穩(wěn)定(c)臨界情況不同假設(shè)條件計(jì)算的結(jié)果39§17.2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算1、各種運(yùn)行情況下的功率特性§17.2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算402大擾動后的定性分析穩(wěn)定條件：1）存在新的平衡點(diǎn)；2）搖擺不超過不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，臨界角

2大擾動后的定性分析穩(wěn)定條件：413等面積定則1)功率特性曲線上，功角從變化到時，PT與Pe之間的面積正比于轉(zhuǎn)子功能的變化量3等面積定則1)功率特性曲線上，功角從變化到時，422)加速面積與減速面積

PT

＞Pe：加速面積

PT＜Pe：減速面積，最大可能減速面積3)等面積定則：加速面積和減速面積相等(a)最大可能減速面積≥加速面積，穩(wěn)定。(b)最大可能減速面積＜加速面積，不穩(wěn)定。(c)加速面積=減速面積：(a)(b)(c)2)加速面積與減速面積3)等面積定則：加速面積和減速面積相434)極限切除角與極限切除時間4)極限切除角與極限切除時間445)加速面積與減速面積的計(jì)算初始狀態(tài)。過程劃分及功率特性。

新平衡點(diǎn)及不穩(wěn)定平衡點(diǎn)S加，S減。判斷。6)例題前面系統(tǒng)5)加速面積與減速面積的計(jì)算初始狀態(tài)。6)例題前面系4517.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的數(shù)值解法

1、分段計(jì)算法1）推導(dǎo)17.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的數(shù)值解法1、分段計(jì)算法462）間斷點(diǎn)處理2）間斷點(diǎn)處理473）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對功角單調(diào)增大超過180°則是不穩(wěn)定的，反之是穩(wěn)定的。4）精度與步長，0.01～0.05S5）第一個時段的計(jì)算不同2、改進(jìn)歐拉法xK-1，→xK，離散△t←數(shù)值條件←幾何解釋1）歐拉法3）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對功角單調(diào)增大超過180°則是不穩(wěn)定的，482）改進(jìn)歐拉法，k-1，→k，xK-1→xK←幾何解釋2）改進(jìn)歐拉法，k-1，→k，xK-1→xK←幾何解釋493）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的改進(jìn)歐拉法求解3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的改進(jìn)歐拉法求解50討論：間斷點(diǎn)處理。改進(jìn)歐拉法局部截?cái)嗾`差為3階，全局為2階。上方法對復(fù)雜系統(tǒng)，簡單系統(tǒng)均是適用的，只是的計(jì)算方法不同。

討論：513、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時的暫態(tài)過程計(jì)算動態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動調(diào)節(jié)器作用的較長時間的暫態(tài)過程。討論：1）勵磁繞組：3、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時的暫態(tài)過程計(jì)算動態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動調(diào)522）勵磁機(jī)：直流勵磁機(jī)原理電路圖2）勵磁機(jī)：直流勵磁機(jī)原理電路圖53強(qiáng)勵磁動作時：強(qiáng)勵退出時：強(qiáng)勵磁動作時：強(qiáng)勵退出時：54§17.4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念

1、復(fù)雜系統(tǒng)TS的基本特點(diǎn)

1)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動以后，各發(fā)電機(jī)的電磁功率將按擾動后的網(wǎng)絡(luò)特征重新分配，有的Pe↓，↑，有的Pe↑，↓，加速發(fā)電機(jī)群中不同發(fā)電機(jī)的加速速度不同，至于哪臺加速、減速，加速、減速速度如何，與網(wǎng)絡(luò)接線，負(fù)荷分布，大擾動的地點(diǎn)，負(fù)荷特性等相關(guān)。§17.4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念1、復(fù)雜系統(tǒng)TS552）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿真計(jì)算，根據(jù)仿真曲線來判斷其穩(wěn)定性3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程中與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的只有項(xiàng)，只要解網(wǎng)絡(luò)方程求得某一時刻的，則各臺機(jī)的其他計(jì)算與簡單系統(tǒng)相同

5）發(fā)電機(jī)某一時刻輸出的電磁功率的多少，由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，負(fù)荷分布和待性、擾動等決定，最簡單情況下，只是的函數(shù)4）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程用絕對角描述，但是功率分布則由相對角來決定→判斷穩(wěn)定性

2）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿真計(jì)算562、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一）忽略負(fù)荷狀態(tài)等，則：2、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一）572、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二）

1)求動態(tài)→不能用等值電路2)負(fù)荷動態(tài)+其他元件動態(tài)

→保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3)頻繁網(wǎng)絡(luò)變化等

n維系統(tǒng)→2n維方程→任意一個元件動態(tài)或突變，進(jìn)行任意相應(yīng)修改即可2、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二）n維系統(tǒng)→2n維方程581)發(fā)電機(jī)的處理同步旋轉(zhuǎn)的參考軸與x軸重合，則得坐標(biāo)與xy坐標(biāo)之間的變換公式為：

1)發(fā)電機(jī)的處理同步旋轉(zhuǎn)的參考軸與x軸重合，則得坐標(biāo)與59電力系統(tǒng)分析第17章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性課件60用直角坐標(biāo)表示的實(shí)數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程為：用直角坐標(biāo)表示的實(shí)數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程為：61將(1)代入(2)得討論：a）暫態(tài)計(jì)算中，解微分方程→，→等系數(shù)→