電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念

第9章電力系統(tǒng)穩(wěn)定的根本概念1.1.同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性2.靜態(tài)穩(wěn)定的概念3.暫態(tài)穩(wěn)定的概念4.提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施2.一、穩(wěn)定的根本概念綜述1.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定是保證系統(tǒng)平安可靠運(yùn)行的重要問(wèn)題。

系統(tǒng)中投入運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)都在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2.電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程

暫態(tài)過(guò)程進(jìn)入一種新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)

失去穩(wěn)定

當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行中由于受到某些突然擾動(dòng)，出現(xiàn)電流、電壓、功率等運(yùn)行參數(shù)的劇烈變化和振蕩的過(guò)程。4.在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或操作后，將產(chǎn)生復(fù)雜的電磁暫態(tài)過(guò)程和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程，前者主要指各元件中電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及相應(yīng)的電壓和電流的變化過(guò)程，后者那么指由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的變化所引起電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變化過(guò)程。電磁暫態(tài)過(guò)程分析的主要目的在于分析和計(jì)算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓和過(guò)電流，以便對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定已有設(shè)備能否平安運(yùn)行，并研究相應(yīng)的限制和保護(hù)措施。由于各元件的動(dòng)態(tài)相應(yīng)有所不同，系統(tǒng)的各種暫態(tài)過(guò)程的性質(zhì)也不相同。5.機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析的主要目的：主要涉及系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性等問(wèn)題。要進(jìn)行這些電磁和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析，必須首先研究元件的動(dòng)態(tài)特性，建立電力系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)模型。6.電磁暫態(tài)過(guò)程分析：所研究的暫態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間通常較短〔持續(xù)時(shí)間毫秒級(jí)以?xún)?nèi)的電壓電流保護(hù)〕，在此情況下，一些動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較緩慢的元件，如原動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)等的影響往往可以忽略不計(jì)，而發(fā)動(dòng)機(jī)定子回路和電力網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過(guò)程那么需加以考慮。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：通常忽略發(fā)動(dòng)機(jī)定子回路和電力網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過(guò)程，而將線(xiàn)路和變壓器等元件用它們的等值阻抗來(lái)描述。7.功角不穩(wěn)定與電壓不穩(wěn)定二者相互區(qū)別，又相互聯(lián)系。功角失穩(wěn)有可能引發(fā)電壓失穩(wěn)，反之亦然。3.電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類(lèi)功角穩(wěn)定主要與有功功率的平衡相關(guān)，其主要標(biāo)志是同步發(fā)電機(jī)組之間的同步運(yùn)行狀態(tài)是否被破壞。電壓穩(wěn)定主要與無(wú)功功率的平衡相關(guān)，其主要表現(xiàn)為系統(tǒng)的局部或全局是否發(fā)生電壓的持續(xù)下降或上升。

8.9.1同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性

轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)特性電磁功率的變化特性一、同步發(fā)電機(jī)的功角特性9.簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖

10.在不計(jì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用的情況下〔E=常數(shù)〕，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送的有功功率發(fā)電機(jī)輸送的功率極限為稱(chēng)為“功率角”，簡(jiǎn)稱(chēng)“功角”。11.稱(chēng)為“功角特性”或“功率特性”。12.二、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性13.E和U間的夾角也就是并列運(yùn)行的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)間的夾角，表征系統(tǒng)兩端發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的特性，在這個(gè)意義上，功角又可稱(chēng)為“位置角〞。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電磁轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)距14.出現(xiàn)穩(wěn)定問(wèn)題的原因——轉(zhuǎn)矩平衡正常運(yùn)行時(shí)：Pe=Pt受到干擾時(shí)：Pe≠Pt機(jī)械轉(zhuǎn)矩Mt由發(fā)電廠動(dòng)力局部的運(yùn)行狀態(tài)決定電磁轉(zhuǎn)矩Me由發(fā)電機(jī)及其相連的電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)決定15.9.2靜態(tài)穩(wěn)定的概念

在小干擾作用下，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)將偏離原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)〔即平衡點(diǎn)〕，假設(shè)干擾不消失，系統(tǒng)具有能自動(dòng)在偏離原來(lái)平衡點(diǎn)很小處建立新的平衡點(diǎn)；或當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)具有能自動(dòng)回復(fù)到原有的平衡點(diǎn)的能力，那么稱(chēng)電力系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。16.靜態(tài)穩(wěn)定研究的是系統(tǒng)對(duì)微小干擾的適應(yīng)能力，或者說(shuō)考慮的是系統(tǒng)在運(yùn)行點(diǎn)處維持同步運(yùn)行的能力。小干擾：在這種干擾作用下，系統(tǒng)的狀態(tài)變量的變化很小，因此狀態(tài)方程可以線(xiàn)性化。分析方法：微分方程線(xiàn)性化通?？梢圆捎迷谶\(yùn)行點(diǎn)處線(xiàn)性化后的系統(tǒng)模型進(jìn)行特征根分析來(lái)判別系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。17.18.19.20.21.22.分析a、b點(diǎn)的異同

相同點(diǎn)：Pa=Pb=PT

不同點(diǎn)：23.結(jié)論：在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)且發(fā)電機(jī)無(wú)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的情況下：系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不穩(wěn)定

臨界狀態(tài)24.

說(shuō)明：①上述結(jié)論僅適應(yīng)于簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)；②功率極限和穩(wěn)定極限是不同的兩個(gè)概念，對(duì)于簡(jiǎn)單無(wú)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的電力系統(tǒng)，兩者可視為相等；③多機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是不能簡(jiǎn)單用功率判據(jù)給予判定的。25.★系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)藏系數(shù)正常運(yùn)行方式下

≥15%~20%

事故后的運(yùn)行方式下≥10%正常運(yùn)行功率穩(wěn)定極限功率26.9.3暫態(tài)穩(wěn)定的概念

電力系統(tǒng)在正常工作的情況下，受到一個(gè)較大的擾動(dòng)后，具有能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并能在新的狀態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行的能力。

27.⑴系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：⑵突然切除一回線(xiàn)：28.29.30.結(jié)論：保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件就是轉(zhuǎn)子在加速過(guò)程中所積累的動(dòng)能在減速過(guò)程中能全部為系統(tǒng)所吸收。

轉(zhuǎn)子在加速過(guò)程中所積累的動(dòng)能

A+

∝的面積31.在減速過(guò)程中系統(tǒng)所能吸收的能量

∝的面積當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不大時(shí)32.33.34.★面積定那么(判別簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的根本準(zhǔn)那么)：加速面積

減速面積＜系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定

＞加速面積

減速面積35.說(shuō)明：①面積原那么僅適用于簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)；②對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)，面積原那么不適用，通常用相對(duì)功角的變化趨勢(shì)予以判定。36.9.4提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施提高靜態(tài)穩(wěn)定性：增加發(fā)電機(jī)的電勢(shì)；減小系統(tǒng)各元件的電抗。提高暫態(tài)穩(wěn)定性：減小暫態(tài)過(guò)程中作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩以及不平衡轉(zhuǎn)矩作用的時(shí)間。37.提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本性質(zhì)說(shuō)明，發(fā)電機(jī)可能輸送的功率極限越高，那么靜態(tài)穩(wěn)定性越高。以單機(jī)對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)為例，減少發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系電抗就可以之間發(fā)電機(jī)的功率極限。從物理意義上講，這就是加強(qiáng)發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。聯(lián)系緊密的系統(tǒng)顯然是不容易失去靜態(tài)穩(wěn)定的。加強(qiáng)電氣聯(lián)系，即縮短“電氣距離〞，也就是減少各元件的阻抗，主要是電抗。38.1、采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以維持發(fā)電機(jī)端電壓為常數(shù)，這就相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗減小為零。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高了靜態(tài)穩(wěn)定性。39.40.★自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的作用：

⑴提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限功率；⑵擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍。★自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的任務(wù):

在發(fā)電機(jī)端電壓降低時(shí)，自動(dòng)增大勵(lì)磁電流來(lái)提高發(fā)電機(jī)的激磁電勢(shì)E，使發(fā)電機(jī)的端電壓恢復(fù)正常。41.2、減小元件的電抗發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)移電抗總是由發(fā)電機(jī)、變壓器和線(xiàn)路的電抗所組成，有實(shí)際意義的是減少線(xiàn)路電抗，具體做法有以下幾種：1采用分裂導(dǎo)線(xiàn)2提高線(xiàn)路額定電壓等級(jí)3采用串聯(lián)電容補(bǔ)償3、提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓在正常運(yùn)行中提高電網(wǎng)的運(yùn)行電壓也可以提高功率極限。為使電網(wǎng)具有較高的電壓水平，必須在系統(tǒng)中設(shè)置足夠的無(wú)功電源。42.提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性★提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的根本原那么：減小不平衡功率，增大減速面積，減小加速面積43.二、故障后進(jìn)行合理操作44.45.⑴正常運(yùn)行時(shí)⑵故障時(shí)46.★快速切除故障

故障切除后>>47.48.49.極限切除角

能保證暫態(tài)穩(wěn)定的最大切除角。即在保持加速面積與最大可能的減速面積相等的條件下求得的切除故障的角度。故障極限切除時(shí)間

50.

要提高輸送功率必須減小故障的持續(xù)時(shí)間。因此提高繼電保護(hù)和斷路器的動(dòng)作時(shí)間可以將原來(lái)不穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定系統(tǒng)。

51.★采用三相自動(dòng)重合閘

重合閘可以使減速面積增大，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

52.★采用單相自動(dòng)重合閘

減速面積比三相自動(dòng)重合閘時(shí)增加。

采用單相自動(dòng)重合閘的缺點(diǎn)：要求斷路器能分相操作，還要有故障選相裝置，增加了設(shè)備的復(fù)雜性，且重合閘的動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。53.★發(fā)電機(jī)的強(qiáng)行勵(lì)磁

發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁裝置在系統(tǒng)故障后，發(fā)電機(jī)電壓降低時(shí)動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增大，減少發(fā)電機(jī)電勢(shì)的衰減，甚至使電勢(shì)升高，從而對(duì)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有很大的作用。54.55.三、降低作用在發(fā)電機(jī)軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩

〔1〕改善原動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性〔2〕電氣制動(dòng)56.

變壓器的中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，當(dāng)有零序電流通過(guò)時(shí)，也可消耗有功功率，提高系統(tǒng)在接地故障時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

通常電阻值以4%左右為宜。

57.四、調(diào)整線(xiàn)路參數(shù)

采用分裂導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路串入電容降低P增大58.本章小結(jié)

★一、系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性

〔1〕定義〔2〕判定原那么簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)：復(fù)雜電力系統(tǒng)：小擾動(dòng)法列寫(xiě)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，利用微分方程的特征方程判斷穩(wěn)定性59.★

二、系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性

〔1〕定義〔2〕判定原那么簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)：面積定那么復(fù)雜電力系統(tǒng)：相對(duì)功角60.課程主要內(nèi)容回憶第一章電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的劃分，電力網(wǎng)電壓等級(jí)電氣設(shè)備的額定電壓第二章負(fù)荷的定義負(fù)荷曲線(xiàn)的類(lèi)型及各類(lèi)負(fù)荷曲線(xiàn)的作用，負(fù)荷特性與模型，電力系統(tǒng)中的諧波61.課程主要內(nèi)容回憶第三章雙繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計(jì)算，三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計(jì)算，容量比架空線(xiàn)路的主要組成局部及各局部的作用；架空線(xiàn)路各參數(shù)的物理意義以及影響線(xiàn)路參數(shù)大小的因素架空線(xiàn)路參數(shù)的計(jì)算公式；輸電線(xiàn)路的一字型等值電路、π型等值電路和T型等值電路開(kāi)關(guān)電弧的產(chǎn)生和熄滅原理，斷路器的類(lèi)型和根本組成局部油斷路器和六氟化硫斷路器滅弧室的工作原理和特點(diǎn)，真空電弧的特征及真空滅弧室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理電磁式電壓互感器和電流互感器的工作特點(diǎn)、性能要求、誤差來(lái)源和接線(xiàn)方式；提高互感器精度所采取的措施；電容式電壓互感器的工作原理。62.第四章無(wú)備用和有備用電力網(wǎng)的接線(xiàn)方式及其優(yōu)缺點(diǎn)；電氣主接線(xiàn)的各種形式及其根本要求；有匯流母線(xiàn)的單母線(xiàn)、雙母線(xiàn)等接線(xiàn)的特點(diǎn)、倒閘操作順序和優(yōu)缺點(diǎn)、改進(jìn)措施以及應(yīng)用范圍；無(wú)匯流母線(xiàn)的單元接線(xiàn)、橋形接線(xiàn)和角形接線(xiàn)的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍；典型的發(fā)電廠主接線(xiàn)形式；中性點(diǎn)不同接地方式的特點(diǎn)及使用范圍。63.第五章什么是潮流計(jì)算電壓降落、電壓損耗、電壓偏移等根本概念；線(xiàn)路和變壓器中的功率損耗和電壓降落的計(jì)算公式及公式應(yīng)用的注意點(diǎn)，開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算方法；簡(jiǎn)單閉式網(wǎng)和電磁環(huán)網(wǎng)的潮流計(jì)算；電力系統(tǒng)的頻率與有功功率，電力系統(tǒng)有功功率與頻率之間的關(guān)系、有功功率平衡的必要性及備用容量的分類(lèi)和類(lèi)型、各類(lèi)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合負(fù)荷和發(fā)電機(jī)的功-頻靜特性；電力系統(tǒng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的過(guò)程及特點(diǎn)64.電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓之間的關(guān)系、無(wú)功功率平衡的必要性、主要的無(wú)功電源及其特點(diǎn)；電壓調(diào)整的原理和要求以及電壓調(diào)整的必要性，各種無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓措施的原理和特點(diǎn)；變壓器分接頭、并聯(lián)電容器容量和調(diào)相機(jī)容量以及串聯(lián)電容器容量的計(jì)算方法，網(wǎng)損率的概念；計(jì)算網(wǎng)損的根本方法；降低網(wǎng)損的技術(shù)措施；等耗量微增率原那么的根本原理。65.第六章標(biāo)幺值的定義、基準(zhǔn)值的選擇以及電力系統(tǒng)各元件標(biāo)幺值的近似計(jì)算公式和運(yùn)用；恒定電勢(shì)源電路突然三相短路非周期分量與周期分量的分析；有限容量電源三相短路周期分量的變化；輸入阻抗、轉(zhuǎn)移阻抗、電流分布系數(shù)和計(jì)算電抗的物理概念以及計(jì)算曲線(xiàn)和三相短路電流的實(shí)用計(jì)算。66.第七章對(duì)稱(chēng)分量法及其在不對(duì)稱(chēng)短路