电力系统的运行状态.ppt

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1、电力系统的运行状态1现在学习的是第1页，共27页等式约束条件：二、电力系统运行状态分类二、电力系统运行状态分类 1、正常运行状态：、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运行调度的基础。2、警戒状态：、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束已经接近上下限，以安全调度为主。3、紧急状态：、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，系统仍能同步运行。4、系统崩溃：、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列成几个独立的小系统。5、恢复状态：、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列的大系统运行状态过渡。111111nmlGiLjSkijknmlGiLjSkijkPPPQ

2、QQ2现在学习的是第2页，共27页 正常状态正常状态（满足负荷需求，进行经济运行）（满足负荷需求，进行经济运行）恢复状态恢复状态（重新并列，（重新并列，恢复对用户供电）恢复对用户供电）系统崩溃系统崩溃（切机、切负荷、（切机、切负荷、断开线路）断开线路）警戒状态警戒状态 （预防性控制）（预防性控制）紧急状态紧急状态 （紧急控制）（紧急控制）系统不完整(解列)3现在学习的是第3页，共27页 2-2 电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性分类：20世纪60年代前：前苏联、我国：静态稳定，动态稳定。西方：静态稳定，暂态稳定。20世纪70年代起，国际通用：静态稳定，暂态稳定一、定

3、义：一、定义：静态稳定：在一个特定的稳定运行的条件下，电力系统受到任何一个小的扰动，经过一段时间，它能够自动恢复到或者靠近小扰动前的运行条件。暂态稳定：在一个特定的稳态运行条件下，电力系统受到一个特定的大干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到另一个允许的稳态运行条件。4现在学习的是第4页，共27页0sinqeEUPXG功角在时间上表示励磁电势和端电压之间的相角差；功角在空间上表现为发电机转子磁场轴线与定子合成磁场轴线之间夹角。0mPeP0ab0900180TPab功角特性曲线功角特性曲线X5现在学习的是第5页，共27页遭受微小扰动后分析遭受微小扰动后分析a、b两个运行点的过渡过程：两个

4、运行点的过渡过程：a点点(静态稳定工作点静态稳定工作点)：大于大于 0 时，转子转速上升，转子制动，时，转子转速上升，转子制动，趋于趋于0。小于小于 0 时，转子转速下降，转子加速，时，转子转速下降，转子加速，趋于趋于0。b点点(静态不稳定工作点静态不稳定工作点)：大于大于 0 时，转子转速上升，转子加速，时，转子转速上升，转子加速，趋于无穷大。趋于无穷大。小于小于 0 时，转子转速下降，转子制动，时，转子转速下降，转子制动，趋于无趋于无穷大。穷大。0mPeP0ab0900180TPab功角特性曲线功角特性曲线6现在学习的是第6页，共27页静态稳定储备 储备系数：为原动机输入功率 正常运行情况

5、下，静态稳定储备系数应当大于正常运行情况下，静态稳定储备系数应当大于15%15%，事故后要求不小于，事故后要求不小于5%5%。%100maxTTPPPPKTP0mPeP0ab0900180TPab功角特性曲线功角特性曲线maxP7现在学习的是第7页，共27页ePo900qE UXedPd整步功率特性曲线整步功率特性曲线1800 根据上面在点根据上面在点a及点及点b能否稳定运能否稳定运行分析，得出静态稳定判据：行分析，得出静态稳定判据：当功角当功角 与发电机功率与发电机功率 的增量有相同符号的增量有相同符号时，时，即即 系统是静态稳定的系统是静态稳定的 当当 系统临界稳定系统临界稳定 当当 系统

6、是不稳定的系统是不稳定的eP0edPd整步功率整步功率0cosqeE UdPdX0edPd0edPd8现在学习的是第8页，共27页三、电力系统暂态稳定分析三、电力系统暂态稳定分析 GA1021qq0e12maxtm0ettem0tEsinsindsindE UPXABABAPPtBPPt以发电机内电势表示的功率方程式为：转子已将加速期间当储存的动能还给系统当发电机失去稳定加速面积：减速面积：eP0mPTPO02130B9现在学习的是第9页，共27页在75以下凸凸极极机机水水轮轮机机转转速速低低(一一般般0 0r r/m mi im m)凸凸/隐隐极极机机汽汽轮轮机机转转速速高高(一一般般为为3

7、 30 00 00 0r r/m mi im m)定子有定子有3个电枢绕组（空间位置相差个电枢绕组（空间位置相差120。）转子有励磁和若干阻尼绕组转子有励磁和若干阻尼绕组 2-3 研究电力系统稳定的基本模型研究电力系统稳定的基本模型一、同步发电机基本机构及模型一、同步发电机基本机构及模型10现在学习的是第10页，共27页11现在学习的是第11页，共27页12现在学习的是第12页，共27页发电机暂态电抗后的电势；发电机暂态电抗后的电势；发电机出口的端电压；发电机出口的端电压；发电机暂态电抗。发电机暂态电抗。01/s1/smeDdTTTdtMddt 标幺值 电弧度IjXUEXUEPTdtdtees

8、inEtUdX二阶同步发电机模型二阶同步发电机模型转子运动方程：转子运动方程：附加代数方程：附加代数方程：01()(1)meDTTTMddtddt同步发电机转子运动基本方程式：同步发电机转子运动基本方程式：13现在学习的是第13页，共27页IjxUEEIXdtqqdsincossincosdtqteXUEIUPI同步发电机电磁功率的计算同步发电机电磁功率的计算根据同步发电机相量图根据同步发电机相量图因为：因为：所以：所以：14现在学习的是第14页，共27页电压低，励磁电流励磁系统的原有功能电压高，励磁电流进行阻尼系统振荡励磁系统演变为多功能多变量的控制器 扩大静态稳定范围改善暂态特性二、励磁系

9、统模型二、励磁系统模型励磁控制的作用：不仅控制发电机端电压，还控制发电机的功率因数和电流等参数不仅控制发电机端电压，还控制发电机的功率因数和电流等参数（1）稳态运行时a)a)保持发电机在运行中的电压恒定；保持发电机在运行中的电压恒定；b)b)同步发电机并列运行时调节无功功率的分配；同步发电机并列运行时调节无功功率的分配；c)c)提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围；提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围；d)d)可以阻尼和抑制低频震荡。可以阻尼和抑制低频震荡。15现在学习的是第15页，共27页（2）暂态过程中a)a)负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压；负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压；b)

10、b)系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性按励磁电流提供方式不同：按励磁电流提供方式不同：（1）直流机励磁系统 电刷是约束，电刷是约束，100MW以上机组很少使用以上机组很少使用 时间常数大，电压响应速度较慢；时间常数大，电压响应速度较慢；（2）交流机励磁系统 交流发电机与整流器构成直流电源，有辅助励磁机，轴长；交流发电机与整流器构成直流电源，有辅助励磁机，轴长；（3）静态励磁系统 从发电机出口变压器加整流器。从发电机出口变压器加整流器。16现在学习的是第16页，共27页 励励磁磁机机可控硅可控硅 输输 出出 移移 相相 触触 发发综合放大

11、综合放大 量测滤波量测滤波转子电压转子电压软负反馈软负反馈 FfU17现在学习的是第17页，共27页1RRKT sRF1AAKT sAFRKRTATAK1STSKFFFFFKFT和和 分别为该环节的放大倍数和时间常数。分别为该环节的放大倍数和时间常数。量测滤波：惯性环节。其传递函数可用下式表示比例常数。比例常数。由互感器由互感器-整流器装置中的滤波作用所引起的时间常数，较小。整流器装置中的滤波作用所引起的时间常数，较小。综合放大、移相触发、可控硅输出：近似为惯性环节和和 分别为该环节的放大倍数和时间常数。分别为该环节的放大倍数和时间常数。转子电压软负反馈其作用是提高控制调节系统的稳定性品质，输

12、出量大小与转子电压的变化率有关。其作用是提高控制调节系统的稳定性品质，输出量大小与转子电压的变化率有关。18现在学习的是第18页，共27页aefPP转速偏差频率偏差输入信号加速功率偏差电功率偏差相位补偿相位补偿传感器传感器信号复归信号复归放大限幅放大限幅eePP,四、原动机调速系统模型四、原动机调速系统模型三、电力系统稳定器模型（三、电力系统稳定器模型（PSS）电力系统频率正比于原动机转速。调速系统由量测、放大、执行三个环节组成。量测环节的输入控制变量：19现在学习的是第19页，共27页气轮机模型：气轮机模型：汽容效应（调节气门与第一级喷嘴存在管道和空间）汽容效应（调节气门与第一级喷嘴存在管道

13、和空间）1TTchKGsT传递函数高压高压蒸汽室蒸汽室高高再热器再热器中中联联 箱箱低低低低轴轴阀门阀门开度开度去凝汽室去凝汽室以给定功率为输入量以给定功率为输入量以蒸汽量为输出量以蒸汽量为输出量20现在学习的是第20页，共27页水轮机模型：水轮机模型：水锤现象（水流在水轮机及引水管中有惯性）水锤现象（水流在水轮机及引水管中有惯性）输入量：导叶开度输入量：导叶开度输出量：水轮机功率输出量：水轮机功率21()()()1 0.5WMMWEWTEsTPsGsssTKP LTH AKPA传递函数量纲折算系数水轮机电磁功率压力管道截面积水轮机及发电机总效率21现在学习的是第21页，共27页 2-4 提高

14、和改善电力系统稳定性的控制技术提高和改善电力系统稳定性的控制技术 电力系统稳定性是限制交流远距离输电和输送能力的决定因素之一。一般原则：一般原则：减少发电机轴上的不平衡转矩减少转子相对加速度加大转子的转动惯量(惯性时间常数)1）尽可能地提高电力系统的功率极限；2）减少发电机相对运动的振荡幅度。qteqtddE UPEUXX一、提高静态稳定的方法一、提高静态稳定的方法1、尽量缩短电气距离或等值电气距离 1 1）减少发电机或变压器电抗；）减少发电机或变压器电抗；2 2）采用自动励磁装置；（优先考虑）采用自动励磁装置；（优先考虑）3 3）减少线路电抗；（分裂导线或双回输电线）减少线路电抗；（分裂导线

15、或双回输电线）4 4）串联电容补偿；）串联电容补偿；5 5）改善电力系统结构，系统中间增设中间调相机。）改善电力系统结构，系统中间增设中间调相机。22现在学习的是第22页，共27页2、减小机械与电磁、负荷与电源的功率或能量差额（紧急状态下的临时措施）3、解列、合理选择解列点（权宜措施）二、提高暂态稳定的方法及措施二、提高暂态稳定的方法及措施 根本出发点：控制和减少功率、能量的差额。方法：1 1）快速切除故障；）快速切除故障；2 2）采用自动重合闸；）采用自动重合闸；3 3）强行励磁）强行励磁（维持同步发动机出口电压（维持同步发动机出口电压UG为常数不变）为常数不变）；4 4）改善原动机调速系统

16、的调节特性（如快速关闭进气阀门）；）改善原动机调速系统的调节特性（如快速关闭进气阀门）；5 5）同步发电机输出端采用电气制动控制；）同步发电机输出端采用电气制动控制；6 6）变压器中性点经小电阻接地；）变压器中性点经小电阻接地；7 7）强行串联补偿和设置开关站控制；）强行串联补偿和设置开关站控制；8 8）连锁切除同步发电机；）连锁切除同步发电机；9 9）调节直流输电功率控制；）调节直流输电功率控制；1010）设置合理的解列点或同步发电机异步运行。）设置合理的解列点或同步发电机异步运行。23现在学习的是第23页，共27页具体措施：1）切除部分机组（水电厂）011P234P曲线：水电厂四台机组并网

17、运行时等效发电机的功角特性曲线；：水电厂等效机组的等效电势同中间变电站母线电压之间的夹角；：故障前原动机输出的有功功率；曲线：发生短路故障瞬间等效发电机功角特性曲线；曲线：短路故障切除后水电厂等效机组的功角特性曲线；曲线：切除机组后水电厂等效机组的功角特性曲线；：切除机组后水电厂原动机输入的功率；P0P1P0c1234abcefOP0P1Pc234abcefO1DL2DL1LKG2G4G1G32L24现在学习的是第24页，共27页FGG1DL2DL3DL4DL5DL1L2LR2）电气制动（水电厂）故障后迅速投入电阻 R容量相当于电厂装机容量的1/3至1/4（容量足够时才有效）。电阻投入时刻：立

18、即、二次重合立即、二次重合 电阻退出时刻：121212:12LLR3LLR4LLRP发电机有功功率；：发电机电势和系统电压之间的夹角；曲线：正常运行时的功角特性曲线；曲线：短路，正常，未投入时功角特性曲线；曲线：切除，运行，未投入时功角特性曲线；曲线：断开，运行，投入时功角特性曲线。启动信号的选择启动信号的选择时刻退出制动电阻0P0P12340cmaxbPOabcghl过制动和欠制动过制动和欠制动注意的问题：注意的问题：25现在学习的是第25页，共27页3）快关汽门 减小原动机转矩，适合应用于汽轮机。（慎用）（慎用）4）自动重合闸 一般指二次重合闸，主要针对瞬时故障。5）采用快速励磁系统 强行

19、励磁保持电压水平。6）切除部分负荷 在频率正常情况下，在短路故障切除0.5s内切除负荷，再在15min内分级将负荷重新投入。7）再同步控制 加大、减小原动机转矩。8）解列 解列点选择：解列点选择：(1)解列后各小系统功率基本平衡；解列后各小系统功率基本平衡；(2)再并列较方便、通信可靠性高、远动设备水平高。再并列较方便、通信可靠性高、远动设备水平高。26现在学习的是第26页，共27页 在a点，当扰动使发电机的角度获得微小增量 时，发电机发出的功率将随之增大，此时发电机与原动机之间的功率平衡遭到破坏。由于这时发电机发出的电功率大于原动机的机械功率，即原动机的驱动转矩小于发电机的电磁滞动转矩，结果使发电机组开始减速，其角度增量 逐渐减小，经过一段过渡过程后运行又恢复到扰动前的运行点a，使发电机与原动机间恢复了功率的平衡。所以，在a点运行时，电力系统是静态稳定的。在b点，当扰动使发电机的角度获得微小增量 时，发电机发出的功率减小，发电机与原动机的机械功率遭到破坏，此时发电机发出的电功率小于原动机的机械功率，即原动机的驱动转矩超过了发电机的电磁转矩，结果使发电机开始加速，其角度增量 逐渐增大，且随着角度的增大发电机发出的功率继续减小，进一步引起角度继续增大，结果更加偏离了原先的运行情况，最终使发电机失去同步。所以在b点运行时，电力系统是静态不稳定的。27现在学习的是第27页，共27页