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电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制1内容回顾静态稳定电力系统静态稳定是指电力系统在受到小干扰时维持同步运行状态的能力单机无穷大系统的静态稳定调节装置对静态稳定的影响复杂系统的静态稳定性负荷的静态稳定性提高静态稳定的措施2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制2暂态稳定性的定义和概念 暂态稳定：大扰动功角稳定（Large-disturbance rotor angle stability）定义：暂态稳定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。运行状态“收敛”到某一点Lyapunov稳定性两个方面的含义：功角稳定大扰动2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制3功角稳定电力系统是一个互联同步交流电网，正常状态下各发电机保持同步运行（即所有发电机以相同的速度旋转，机间相对转子角度维持恒定），从而保证系统中频率、功率潮流、节点电压为定值。如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率、线路潮流以及节点电压将发生大幅度的周期性振荡，系统的供电质量无法保证。功角稳定指互联电力系统中各台同步发电机在扰动后保持同步的能力。2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制4定子旋转磁场 发电机定子流过交流电流时在定子内侧会产生旋转磁场U转子磁场 励磁绕组通直流电，形成和励磁绕组相对静止的旋转磁场d磁场之间的相互作用 发电机：转子磁场领先定子旋转磁场，输出功率 电动机：转子磁场落后定子旋转磁场，消耗功率功角（转子角）：两个磁场之间的角度差l磁场对应电势，转子磁场发电机内电势Ed，定子旋转磁场定子端电压Ul功角即为Ed和U之间的角度功角稳定如何理解功角的含义2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制5两个发电机之间的相对角度l送端发电机领先受端发电机功角为；l送端发电机转子先垂直切割某相定子绕组，/0时间后受端发电机才垂直切割该相绕组。功角稳定如何理解功角的含义2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制6功角和功率的关系：功角越大，输出功率越大；机械功率增加，转子加速，功角增加，输入、输出达到新的稳态，功角达到稳定值；转子带动定子磁极运动，中间由弹簧联系，角度差为；=90度，电磁功率最大，两极之间弹性联系的弹簧达到了最大张力。功角稳定比喻2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制7扰动导致某些发电机功角变化，会导致其他发电机功率也发生变化，引起机电暂态过程。如果最后所有发电机达到新的平衡态功角稳定，扰动过大导致某些弹簧断裂功角失稳。功角稳定比喻2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制8大扰动电力系统时刻都在经受扰动的冲击，根据扰动对系统的影响程度，可以分为大扰动、小扰动。大扰动：相对于静态稳定分析中所考虑的小扰动而言，一般指短路故障、线路突然断开或发电机跳闸等。扰动大小是相对的线路短路：大扰动？小扰动？扰动的大小将导致分析方法的不同小扰动：平衡点处局部线性化大扰动？2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制9暂态稳定的一般过程各发电机的输入机械功率和输出电磁功率平衡，所有发电机的转子速度恒定且相等由于系统的结构或参数发生了较大变化，系统潮流和各发电机的输出电磁功率也发生变化，发电机的输入输出功率失去平衡，引起转子的速度发生不同程度的加速或减速，发电机的同步运行遭到破坏。发电机转子之间的摇摆最终平息，回到同步运行状态某些发电机转子之间始终存在着相对运动，使得转子间的相对角度随时间不断增大，最终导致这些发电机失去同步同步运行状态发生大扰动暂态稳定暂态不稳定2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制10暂态稳定的一般过程时间t=t0 t=tf t=tcl 系统情况故障前故障中故障后发生事件 发生故障 (可能操作)故障清除数学描述稳定平衡点微分代数方程组微分代数方程组2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制11暂态稳定分析的数学模型现代电网规模庞大，动态特性复杂，详尽的模拟如此大规模系统的动态过程是非常困难的，需要根据所研究问题的性质，抓住重点，忽略次要因素，进行一些合理的简化。暂态稳定最关心转子的摇摆特性，对其影响不大的动态过程可以忽略，建模中采用的主要假设有：不考虑频率变化对系统参数的影响忽略故障电流的直流分量忽略不对称故障产生的负序电流和零序电流基本数学模型网络：相量形式的代数方程，和潮流计算中的稳态方程相同动态元件：同步发电机、励磁系统、原动机和调速系统、负荷、其他动态装置等，一般用微分方程描述2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制12单机无穷大系统的暂态稳定性故障前系统和等值电路发电机电磁功率发电机方程发电机采用经典模型，暂态电抗后的电动势恒定，机械功率恒定数学模型2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制13单机无穷大系统的暂态稳定性故障情况和等值电路发电机电磁功率2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制14单机无穷大系统的暂态稳定性故障清除后系统和等值电路发电机电磁功率2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制15暂态稳定的物理过程分析稳定 bacfdegf发生故障发生故障故障中故障中故障清除故障清除2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制16暂态稳定的物理过程分析不稳定 bacdh发生故障发生故障故障中故障中故障清除故障清除功角失稳功角失稳点h在暂态稳定中具有重要地位。点h是一个什么点？不稳定平衡点故障持续故障持续时间变长时间变长2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制17分析2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制18单机无穷大系统的等面积定则计算右图中的面积abcm故障过程中，发电机转子加速，动能增加abcm的面积等于故障中转子增加的动能，称为加速面积2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制19单机无穷大系统的等面积定则计算右图中的面积mden故障清除后，转子开始减速，动能减少mden的面积等于故障后转子减少的动能，称为减速面积2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制20单机无穷大系统的等面积定则等面积定则：加速面积等于减速面积含义：减速过程中动能的减少等于加速过程中动能的增加2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制21利用等面积定则判断稳定性已知故障清除时间，计算加速面积abcm计算出点h，计算最大减速面积dmhA1,A2满足什么关系时系统是暂态稳定的？A1 A2，稳定等面积定则稳定判据A1 A2，不稳定2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制22等面积定则的应用极限切除角为了保持系统稳定，必须在转子角增大到h点之前使转子减速到同步速，极限情况是正好到达h点时转速回到同步速，这时的切除角度称为极限切除角根据等面积定则，上述极限情况下：abcm面积=dmh面积2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制23等面积定则的应用极限切除角2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制24重合闸的影响等面积定则也可用于单机无穷大系统中的其他情况等面积定则也可用于单机无穷大系统中的其他情况(a)重合闸成功重合闸成功 (b)重合闸不成功重合闸不成功2022/11/5电力系统稳定与控制电力系统稳定与控制