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1、第6 章 简单电力系统静态与暂态稳定分析,由稳定性问题引起的系统大停电,莫斯科停电造成大量乘客滞留在地铁内,莫斯科停电造成公共交通设施瘫痪,大量乘客滞留在地铁内,莫斯科2005年5月25日大停电是由于设备老化及俄统一电力系统公司对日常业务重视不够造成的 莫斯科地区电力供应中断是由莫斯科电力公司恰吉诺变电站事故引起的，变电站一个配电设备发生短路，之后发生多次火灾和爆破事故，为 避免电网超负荷运转，发生更大险情，防险装置自动启动，切断了低压线路。,本章重点内容： 1.电力系统静态稳定的基本概念，静态稳定判据，静态稳定储备系数； 2.输出功率与功角关系功角特性 ，功角的概念； 3.提高电力系统静态稳
2、定性的具体措施； 4.电力系统暂态稳定的基本概念； 5.转子运动方程， 等面积定则； 6. 提高电力系统暂态稳定性的具体措施。,第6 章 简单电力系统静态与暂态稳定分析,基本要求： 了解稳定的概念 了解电力系统的静态稳定的基本概念，掌握静态稳定实用判据，熟悉提高系统的静态稳定的措施。 理解简单电力系统暂稳定分析，以等面积定则为重点。 关于提高暂态稳定的措施，只就几种主要方法作定性的介绍。,第6 章 简单电力系统静态与暂态稳定分析,电力系统稳定性的基本概念 电力系统静态稳定 电力系统暂态稳定,电力系统的理想运行情况是 以恒定的电压和频率连续不断的向负荷供电。 在实际中 负荷的规律性和随机性变化
3、相应的发电机组的调节 一些大的变化也时有发生，如网络中短路故障，大容量发电机和重要输变电设备的投入或切除等。,电力系统稳定性问题,6.1电力系统稳定性的基本概念,6.1电力系统稳定性的基本概念,IEEE/CIGRE中电力系统稳定分类,6.1电力系统稳定性的基本概念,我国电力系统安全稳定导则中电力系统稳定分类,电力系统稳定性的基本概念和定义,1.电力系统静态稳定 又称小干扰稳定性，是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步， 自动恢复到初始运行状态的能力。 电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如， 个别电动机的接入和切除或加负荷和减负荷； 又如架空输电线围风吹摆动引起的线间距离(影
4、响线路电抗)的微小变化； 另外，发电机转子的旋转速度也不是绝对均匀的、即功角也是有微小变化的。 因此，电力系统的静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。,2. 大干扰稳定性 又称电力系统暂态稳定，是指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初始运行状态的能力。 电力系统遭遇的大的干扰。包括： 各种短路； 大容量发电机或重要输电设备的接入和切除； 自动重合闸；为提高暂态稳定而采取的措施：切除发电机、切除负荷、强行励磁、快关气门等,6.2 电力系统静态稳定 6.2.1 简单电力系统的静态稳定,单机无穷大系统 功率特性,受小扰动后功角变化特性,系统受扰之后
5、的动态过程 点1处：静态稳定 点2处：静态不稳定,6.2.1 简单电力系统的静态稳定,静态稳定的条件,名词：,称为整步功率系数或同步转矩系数，是因位移而产生的电磁功率,6.2.1 简单电力系统的静态稳定,静态稳定储备 事故前 Kp应大于15%-20% 事故后，Kp应大于10% 在互联系统中，按稳定条件确定的联络线功率的储备系数,静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致,6.2.2 提高系统静态稳定的措施,提高静态稳定性的措施 发电机输送的极限功率愈高则静态稳定性愈高：对于单机无穷大系统来说，减少发电机与系统之间的联系电抗可以增加发电机输送的极限功率 1. 采用自动调节励磁装
6、置 发电机装设先进的调节器就相当于缩短了发电机与系统间的电气距离，从而提高了静态稳定性 2. 减小元件的电抗 采用分裂导线 提高线路额定电压等级 采用串联电容补偿,6.2.2 提高系统静态稳定的措施,3. 改善系统的结构和采用中间补偿设备 在输电线路的中间的降压变电站内装设同期调相机，而且配有先进的自动调节励磁装置，则可以维持同期调相机端点电压甚至高压母线电压恒定，相当于将输电线路等值地分为两段，系统的静态稳定性得到提高,第6章 简单电力系统静态与暂态稳定分析,电力系统稳定性的基本概念 电力系统静态稳定 电力系统暂态稳定,6.3 电力系统暂态稳定 6.3.1 电力系统暂态稳定概述,大扰动下的功
7、角稳定性 是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指保持第一或第二个振荡周期不失步的功角稳定 大扰动 电力系统的结构特性突然变化 发电机出力突然变化 大量负荷突然变化,6.3.1 电力系统暂态稳定概述,若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的态运行状态，则说明系统的状变量没有一个稳态值，而是随时间不断增大或振荡，系统是暂态不稳定的,t,6.3.1 电力系统暂态稳定概述,暂态稳定与否与运行方式及扰动情况有关 根据电力系统安全稳定导则，电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级 第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电； 第二级标准
8、：保持稳定运行，但允许损失部分负荷； 第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失,6.3.1 电力系统暂态稳定概述,暂态稳定分析的假设条件 假定频率保持额定频率 忽略故障电流中的非周期分量 发生不对称故障时，忽略发电机定子回路中的负序与零序电流,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,单机无穷大母线系统的暂态过程 随着功角不断变化，电流、电压、功率振荡,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,发电机发出的电磁功率（故障前）,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,发电机发出的电磁功率（故障中）,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,发电机发出的电磁功率（故障后）
9、,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,系统从故障前到故障中再到故障切除后的状态切换 故障前 故障后（系统保持暂态稳定）,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,故障线路切除得过晚 发电机和无限大系统之间最终失去同步,快速切除故障是保证暂态稳定的有效措施,6.3.2 简单电力系统暂态稳定性分析,线路上装设自动重合闸 重合闸成功，提高暂态稳定性 重合闸不成功，二次故障冲击，降低暂态稳定性,6.3.3 等面积定则,一般电力系统暂态稳定分析是计算电力系统故障及恢复期间内各发电机组的功率角的变化情（即曲线），然后根据角有无趋向恒定（稳定）数值，来判断系统能否保持稳定，求解方法是非线性微分方程的数值求
10、解,6.3.3 等面积定则,同步发电机的转子运动方程（机械角度）,6.3.3 等面积定则,故障中转子的加速过程：动能增加,6.3.3 等面积定则,故障切除后转子的减速过程：动能减少 动能的增加等于动能的减少,6.3.3 等面积定则,等面积定则： 最大可能减速面积加速面积， 稳定。 最大可能减速面积加速面积，不稳定。 加速面积=减速面积，临界稳定,6.3.3 等面积定则,极限切除角(加速面积=减速面积，临界稳定),6.3.4 提高暂态稳定性的措施,减少扰动后的功率差额是提高暂态稳定性的主要措施 故障快速切除和自动重合闸装置的应用 提高发电机输出的电磁功率 对发电机进行强行励磁 电气制动 变压器中性点经小电阻接地 减少原动机输出的机械功率,提高暂态稳定性的措施,一、故障的抉速切除和自动重合闸装置的应用 快速切除故障对于提高系统的暂态稳定性有决定性的作用 电力系统的故障特别是高压输电线路的故障大多数是短路故障，而这些短路故障大多数又是暂时性的 重合闸的时间受到短路处去游离时间的限制。 超高压输电线路的短路故降大多数是单相接地故障，单相重合闸时，去游离的时间比采用三相重合闸时要有所加长，,二、提高发电机输出的电磁功率 (一)对发电机施行强行励碰 (二) 电气制动,(三) 变压器中性点经小电阻接地,三、减少原动机输出的机械功率,