電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念ppt課件

1、電力系統(tǒng)分析,第十五章 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念,15-1 概述 15-2 功角的概念15-3　靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念　15-4　暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念15-5　負(fù)荷穩(wěn)定的概念15-6　電壓穩(wěn)定性的概念15-7　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,15-1 概述,1. 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題：,2. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概念：,按干擾大小分類:,對(duì)于線性系統(tǒng)而言，其穩(wěn)定與否與干擾的大小無關(guān)。但是電力系統(tǒng)是非線性的，其穩(wěn)定與

2、否與干擾的大小有關(guān)。,電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，受到小的或大的擾動(dòng)之，經(jīng)過一定時(shí)間后，能否返回到原來穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，或者過渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。如果可以則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。,3. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類：,小干擾下的穩(wěn)定性.(稱靜態(tài)穩(wěn)定或微動(dòng)態(tài)穩(wěn)定),大干擾下的穩(wěn)定性.(稱暫態(tài)穩(wěn)定或大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定),按不穩(wěn)定現(xiàn)象分類:,功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性,負(fù)荷穩(wěn)定性、電源穩(wěn)定性。,按研究對(duì)象分類:,準(zhǔn)備：圖示用曲面與切面分別

3、近似表示的非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)，將物體置于平衡點(diǎn)。解釋平衡狀態(tài)、小干擾靜態(tài)穩(wěn)定性、大干擾動(dòng)態(tài)定性等概念。電力系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。,功角穩(wěn)定很早得到人們的重視，建立了一套較完備的分析理論與方法。電壓穩(wěn)定研究卻進(jìn)展緩慢。①電壓失穩(wěn)或崩潰造成大停電事故較晚；②對(duì)電壓穩(wěn)定機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠，以及受許多難題制約，如：負(fù)荷模型、元件動(dòng)態(tài)過程及相互影響。,15-2 功角的概念,簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如圖示，考慮隱極發(fā)電機(jī)。,發(fā)電機(jī)輸出功率為,傳輸功率與功角的關(guān)系 Pe

4、= f (?) 稱為“功角特性”或“功率特性” ， 見圖。,為 和 之間的相位角，稱為功角。,簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值電路,簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的相量圖,發(fā)電機(jī)電勢(shì)到系統(tǒng)電壓的電抗為:,功角特性,15-3 靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念,靜態(tài)穩(wěn)定性分析：,初始狀態(tài)必須是平衡點(diǎn)。,在a點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)具有吸引力，所以在a點(diǎn)運(yùn)行是穩(wěn)定的。,t,靜態(tài)穩(wěn)定的概念,小擾動(dòng)后功角的變化a點(diǎn)運(yùn)行,1. 在 a 點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，假定受微小擾動(dòng),小擾動(dòng)后功角的變化 b點(diǎn)運(yùn)行

5、,在b點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)具有排斥力，所以在b點(diǎn)運(yùn)行是不穩(wěn)定的。,2. 在 b點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，假定受微小擾動(dòng),靜穩(wěn)判據(jù)：,（在曲線上升的區(qū)間是穩(wěn)定的）,電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到微小擾動(dòng)后，獨(dú)立地恢復(fù)到它原來的運(yùn)行狀態(tài)的能力。,PT=P0 =constant,15-4 暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念,研究系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)能否保持穩(wěn)定運(yùn)行。,討論簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)突然切除一回輸電線路的情況。,正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的總電抗,功率特性為,切除一回線路后，系統(tǒng)

6、總電抗,功率特性為,功率特性曲線如圖。,顯然,切除一回輸電線路,功率特性,暫態(tài)穩(wěn)定性分析：,1. 切除線路瞬間運(yùn)行于點(diǎn)b,原動(dòng)機(jī)保持 PT=P0 ，則PT>Pe ，發(fā)電機(jī)加速 。于是送、受端出現(xiàn)正的相對(duì)速度????，功角開始增大。發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)由b向c點(diǎn)變動(dòng)。,2. 達(dá)到c點(diǎn)處，轉(zhuǎn)矩平衡，由于轉(zhuǎn)子的慣性，功角將繼續(xù)增大而越過點(diǎn)c。之后，當(dāng)功角繼續(xù)增大時(shí)，PT< Pe ，發(fā)電機(jī)開始減速，??開始減小并在d點(diǎn)達(dá)到零值。

7、,由于?? < ? ，功角開始減小，工作點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。,3. 在d點(diǎn)，??=? ，送、受端恢復(fù)同步，功角不再增大并抵達(dá)它的最大值?max 。此刻電磁功率仍大于原動(dòng)機(jī)功率，發(fā)電機(jī)繼續(xù)減速，且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速開始小于受端發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。,4. 最終穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)為c點(diǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行功角為?c 。,以后功角在b點(diǎn)而在d點(diǎn)之間等幅振蕩 。考慮各種損耗，則功角變化是一種減幅振蕩。,保持暫態(tài)穩(wěn)定,從點(diǎn)c開始，轉(zhuǎn)子減速。因?yàn)????，功角仍增大。若 ?

8、??? 未降到零時(shí)，功角已達(dá)到臨界角?cr(c?點(diǎn))，功角將繼續(xù)增大而越過點(diǎn)c?，轉(zhuǎn)子上的不平衡轉(zhuǎn)矩又變成加速性質(zhì)。于是??又開始增加，功角將繼續(xù)增大，使發(fā)電機(jī)與受端系統(tǒng)失去同步，破壞了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。,暫態(tài)不穩(wěn)定情況：,失去暫態(tài)穩(wěn)定,電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，受到一個(gè)大的擾動(dòng)后，能從原來的運(yùn)行狀態(tài)(平衡點(diǎn))，不失去同步地過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并在新的運(yùn)行狀態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行。,暫穩(wěn)判據(jù)：用功角隨時(shí)間變化的特性作為暫態(tài)

9、穩(wěn)定的判據(jù)。,受端電壓和功率隨負(fù)荷阻抗變化的曲線,15-5 負(fù)荷穩(wěn)定的概念,以負(fù)荷為異步電動(dòng)機(jī)為例,有兩個(gè)平衡點(diǎn)a、b。,a點(diǎn)，是靜態(tài)穩(wěn)定平衡點(diǎn)；,負(fù)荷穩(wěn)定性：,負(fù)荷在正常運(yùn)行中受到擾動(dòng)后能保持在某個(gè)恒定轉(zhuǎn)差下繼續(xù)運(yùn)行的能力。,負(fù)荷靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：,或,轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差特性,b點(diǎn)，是靜態(tài)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。,15-6 電壓穩(wěn)定性的概念,電壓崩潰：發(fā)電廠經(jīng)過一定距離的輸電線向負(fù)荷中心供電的系統(tǒng)中，當(dāng)電源電壓和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓會(huì)隨著負(fù)荷功率

10、的增加而緩慢下降，當(dāng)負(fù)荷功率增加到一定限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓將發(fā)生不可控制的急劇下降現(xiàn)象。,電壓失穩(wěn)還與負(fù)荷的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性有關(guān),負(fù)荷節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)：,,,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的下降總可以換取網(wǎng)絡(luò)送達(dá)功率的增加—系統(tǒng)穩(wěn)定,電壓的降低將導(dǎo)致功率的減少——系統(tǒng)不穩(wěn)定,,,,電壓靜態(tài)穩(wěn)定性研究介紹見10-4節(jié)。解釋負(fù)荷功率增大時(shí)導(dǎo)納變化趨勢(shì)。,15-7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,若不平衡轉(zhuǎn)矩為??a，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，轉(zhuǎn)子加速度為A，則,以?

11、 表示機(jī)械角位移，?表示機(jī)械角速度，則加速度,得轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程改寫為電氣量表示的形式,以? 表示電氣角度，?表示電氣角速度，極對(duì)數(shù)為 p，則,參考軸與角度,事實(shí)：運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于靜止對(duì)象的加速度，等于相對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)對(duì)象的加速度。,即,（表明 d?/dt 可以用功角 ? 對(duì)時(shí)間 t 的二階導(dǎo)數(shù)替代）,? = p? ，?= p?,相對(duì)于同步參考軸的加速度,絕對(duì)加速度,二、用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,選轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值

12、 ，上式兩邊除以 便得,定義,于是,定義轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子2倍動(dòng)能除以基準(zhǔn)功率。,,,寫成狀態(tài)方程形式,（一般轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值省略下標(biāo)“*”）,討論：轉(zhuǎn)速為?N的轉(zhuǎn)子，動(dòng)能表達(dá)式是什么？又能量與功率之比的量綱是什么？,三、慣性時(shí)間常數(shù)的意義,由定義知，慣性時(shí)間常數(shù)TJ是在額定轉(zhuǎn)速下的動(dòng)能的兩倍除以基準(zhǔn)功率。,選基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩 MB = MN = SN / ?N,則,代入上式并將

13、 dt 右移，兩邊積分得,如果取 MT* =1、 Me* =0，則 ?Ma* =1,于是得到 TJN = ?,額定慣性時(shí)間常數(shù)TJN 的物理意義：,在轉(zhuǎn)子加上額定轉(zhuǎn)矩MN ，使轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)所需的時(shí)間，就是發(fā)電機(jī)組的額定慣性時(shí)間常數(shù)TJN。,(積分區(qū)間為??=0~1， t=0~ ?),則,轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程可寫為,同步角速度是每秒走過的弧度，其倒數(shù)則為同步角速度下走過1弧度所需的時(shí)間,時(shí)間標(biāo)幺值形式一般不常用

14、,四、等值發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù),,回顧：,1. 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程（根據(jù)相量圖直接寫出狀態(tài)方程）。,2. 敘述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定慣性時(shí)間常數(shù)TJN的物理意義。,3. 假定兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，G1：SN1=50MVA， TJN1=10S； G2：SN2=60MVA， TJN2=8S。現(xiàn)將它們等值為一臺(tái)發(fā)電機(jī)，則等值機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)TJN? = _______S。（取基準(zhǔn)容量SB=100MVA）,每臺(tái)機(jī)的2倍動(dòng)能：,等值機(jī)的2