8电网调度自动化(第二章稳定问题2)130320解析.ppt

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1、North China Electric Power University电气与电子工程学院电气与电子工程学院 电网调度自动化电网调度自动化第一章第一章 现代电力系统的基本特征现代电力系统的基本特征上节课回顾上节课回顾在电力系统运行中，有三种必须同时满足的稳定性在电力系统运行中，有三种必须同时满足的稳定性要求：要求：同步运行稳定性（功角稳定性）同步运行稳定性（功角稳定性）频率稳定性频率稳定性 电压稳定性电压稳定性第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题一、电力系统的同步运行稳定性（功角稳定一、电力系统的同步运行稳定性（功角稳定性）性）静态稳定；静态稳定；暂态稳定；暂态稳定；动

2、态稳定动态稳定第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题（一）、电力系统的静稳定（一）、电力系统的静稳定 电力系统的静稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发电力系统的静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，能够自动恢复到原平衡状态的生自发振荡或非周期性失步，能够自动恢复到原平衡状态的能力。能力。问题：问题：1）小干扰是否使电网结构是否发生变化？）小干扰是否使电网结构是否发生变化？2）静态稳定性是衡量电力系统稳态情况下的抗干扰能力）静态稳定性是衡量电力系统稳态情况下的抗干扰能力还是暂态情况下的抗干扰能力？还是暂态情况下的抗干扰能力？第二章第二章 现代电力系统

3、的稳定问题现代电力系统的稳定问题本节课内容本节课内容如图为一台发电机经变压器、线路与无限大容量系统并联如图为一台发电机经变压器、线路与无限大容量系统并联运行的接线示意图。运行的接线示意图。功率特性方程为：功率特性方程为：第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题发电机的功角特性曲线为：发电机的功角特性曲线为：第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题从两个运行点分析来看：从两个运行点分析来看：系统在系统在a点运行点运行，90 系统在系统在b点运行，点运行，90第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题因此，对于简单的电力系统，其静态稳定因此，对于

4、简单的电力系统，其静态稳定的判据为：的判据为：90，当当90时，时，在这个范围内，发电机，在这个范围内，发电机的运行是稳定的。但当的运行是稳定的。但当越接近越接近90，稳定的，稳定的程度越低。当程度越低。当90时，称为静态稳定极限，时，称为静态稳定极限，为临界静稳定点，不能稳定运行。为临界静稳定点，不能稳定运行。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题在电力系统运行中，不能在等于或接近稳定极限在电力系统运行中，不能在等于或接近稳定极限情况下运行，而应保持一定的储备，其静稳定储备情况下运行，而应保持一定的储备，其静稳定储备系数为：系数为：Pe为最大静稳输送功为最大静稳输送功PM

5、为静稳定极限输送功率为静稳定极限输送功率第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则规定：规定：系统正常运行方式下系统正常运行方式下 事故后的运行方式下事故后的运行方式下 第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题以上是对简单电力系统稳定性的分析，对以上是对简单电力系统稳定性的分析，对于实际的电力系统静态稳定性分析一般采用于实际的电力系统静态稳定性分析一般采用实用静稳定法或求线性化状态方程组系数矩实用静稳定法或求线性化状态方程组系数矩阵的特征根来判断系统的静态稳定性（也叫阵的特征根来判断系统的静态稳定性（也叫小干扰法）。小干

6、扰法）。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 在对系统进行静态稳定分析中，一般都采在对系统进行静态稳定分析中，一般都采用实用静稳定法。对系统的静稳定分析一般用实用静稳定法。对系统的静稳定分析一般用于长距离重负荷线路，对于大电源的送出用于长距离重负荷线路，对于大电源的送出线，在过渡时期跨大区或省网间联络线，网线，在过渡时期跨大区或省网间联络线，网络中的薄弱断面等需要进行静态稳定性分析。络中的薄弱断面等需要进行静态稳定性分析。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 对于单机对主系统模式或单机经大环网分别接对于单机对主系统模式或单机经大环网分别接入主系统的模

7、式。如一般水电厂距离负荷中心较远，入主系统的模式。如一般水电厂距离负荷中心较远，在丰水季节，需要水电厂经远距离联络线送入负荷在丰水季节，需要水电厂经远距离联络线送入负荷中心，分析这类静稳定问题采用实用静稳定计算法。中心，分析这类静稳定问题采用实用静稳定计算法。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 实用静稳定法是不断的对系统加入小扰动，如下图所示，实用静稳定法是不断的对系统加入小扰动，如下图所示，不断增加送端发电机出力，同时不断减少受端发电机出力，不断增加送端发电机出力，同时不断减少受端发电机出力，使联络线功率不断增加，直至联络线输送有功功率下降或振使联络线功率不断增加，直

8、至联络线输送有功功率下降或振荡。联络线最大输送功率为该联络线的静稳定极限荡。联络线最大输送功率为该联络线的静稳定极限(系统阻系统阻尼足够强）。尼足够强）。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题一般情况下，系统的暂态稳定水平低于系统的静一般情况下，系统的暂态稳定水平低于系统的静态稳定水平，如果系统满足了大干扰的稳定性，一态稳定水平，如果系统满足了大干扰的稳定性，一般可同时满足正常情况下的静态稳定性要求。般可同时满足正常情况下的静态稳定性要求。静态静态稳定性是反映系统稳态抗干扰能力，因此，不保持稳定性是反映系统稳态抗干扰

9、能力，因此，不保持静态稳定性，电力系统无法运行。静态稳定性，电力系统无法运行。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题在某些特殊情况下，例如，大发水电或事故后运在某些特殊情况下，例如，大发水电或事故后运行方式下，如需要也可以降低系统暂态稳定水平，行方式下，如需要也可以降低系统暂态稳定水平，按静态稳定水平短时运行。这种临时做法合乎逻辑按静态稳定水平短时运行。这种临时做法合乎逻辑的理由是，影响系统暂态稳定最为严重的短路故障的理由是，影响系统暂态稳定最为严重的短路故障具有概率小的性质，因而可以认为在短期运行期间，具有概率小的性质，因而可以认为在短期运行期间，发生足以发生招致系统失去

10、暂态稳定的严重故障概发生足以发生招致系统失去暂态稳定的严重故障概率很小。率很小。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 当系统按静态稳定运行时，不但要考虑一当系统按静态稳定运行时，不但要考虑一旦发生大干扰时的应急措施如切机、切负荷旦发生大干扰时的应急措施如切机、切负荷等措施，还需要省电力公司总工签字。等措施，还需要省电力公司总工签字。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题提出在龙羊峡水库蓄水期间按高于暂态稳定水平提出在龙羊峡水库蓄水期间按高于暂态稳定水平低于静态稳定水平运行（加振荡解列装置）。低于静态稳定水平运行（加振荡解列装置）。第二章第二章 现代电力

11、系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题在复杂接线网络中，可求取断面的静态稳定在复杂接线网络中，可求取断面的静态稳定极限。极限。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题（二）、电力系统的暂态稳定性（二）、电力系统的暂态稳定性 电力系统暂态稳定是指系统在某种运行方式下电力系统暂态稳定是指系统在某种运行方式下突然受到大干扰后，引起电力系统各机组之间功角突然受到大干扰后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复，则作同步的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复，则认为在该运行方式

12、下是暂态稳定的。认为在该运行方式下是暂态稳定的。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 实际上，暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，实际上，暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机间保持同步运行并过渡到新的或恢复各同步发电机间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。到原来稳态运行方式的能力。静态稳定：电力系统的静稳定性是指电力系统受静态稳定：电力系统的静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，能到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，能够自动恢复到原平衡状态的能力。够自动恢复到原平衡状态的能力。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题

13、现代电力系统的稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 需要指出的是，电力系统的稳定性与一定的电需要指出的是，电力系统的稳定性与一定的电力系统结构（故障前或故障后）、运行方式、调节力系统结构（故障前或故障后）、运行方式、调节装置的参数、扰动的大小、位置及扰动持续的时间装置的参数、扰动的大小、位置及扰动持续的时间是相关联的。是相关联的。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 对于特定的运行方式，受到某种干扰是稳定的，对于特定的运行方式，受到某种干扰是稳定的，对于另一种更严重的干扰则可能是不稳定的。所以，对于另一种更严重的干扰则可能是不稳定的。所以，电

14、力系统的稳定与否是对于某一特定的的电力系统电力系统的稳定与否是对于某一特定的的电力系统运行方式的干扰而言的。笼统的讲某个系统稳定或运行方式的干扰而言的。笼统的讲某个系统稳定或不稳定是不确切的。不稳定是不确切的。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题330KV海金线事例：海金线事例：300MW为暂态稳定极限为暂态稳定极限输送功率为输送功率为350MW未发生大干扰时，未发生大干扰时，系统是稳定的。系统是稳定的。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 在电力系统运行过程中，运行操作和故障是大量在电力系统运行过程中，运行操作和故障是大量的、经常发生的，而大干扰对

15、电力系统造成的影响的、经常发生的，而大干扰对电力系统造成的影响是最大的。因此，最大量的分析计算是暂态稳定性。是最大的。因此，最大量的分析计算是暂态稳定性。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 通过对系统暂态稳定性的分析和评估，可以对通过对系统暂态稳定性的分析和评估，可以对电力系统的暂态稳定性进行校验，并对继电保护和电力系统的暂态稳定性进行校验，并对继电保护和安全自动装置以及各种安全稳定措施提出相应的要安全自动装置以及各种安全稳定措施提出相应的要求，这对电力系统的安全运行具有重要的意义。求，这对电力系统的安全运行具有重要的意义。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系

16、统的稳定问题 为了定性说清楚电力系统暂态稳定性问为了定性说清楚电力系统暂态稳定性问题，我们首先对暂态稳定性分析做一个回顾：题，我们首先对暂态稳定性分析做一个回顾：回顾暂态稳定等面积定则，也就是暂态稳定回顾暂态稳定等面积定则，也就是暂态稳定的定性判据。的定性判据。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 如图：设一单机无穷大系统，在一回线路始端如图：设一单机无穷大系统，在一回线路始端的发电厂母线侧发生三相短路故障，经过一段时间的发电厂母线侧发生三相短路故障，经过一段时间由继电保护将故障线路两侧开关同时跳开，系统转由继电保护将故障线路两侧开关同时跳开，系统转入入“事故后事故后”的

17、运行方式。的运行方式。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 设正常方式下：设正常方式下：事故中：事故中：事故后：事故后：第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题如图：第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 通过以上分析，我们可以定通过以上分析，我们可以定性推理出暂态稳定的性推理出暂态稳定的“等面积等面积定则定则”，也就是说，必须满足，也就是说，必须满足面积面积abcda=defgd的条件，的条件，转子才能再一次回到同步转速，转子才能再一次回到同步转速，功角才不再继续增大。面积功角才不再继续增大。面积abcda成为加速面积，面积成为加速

18、面积，面积defgd成为减速面积。因此，成为减速面积。因此，加速面积与减速面积相等是保加速面积与减速面积相等是保持暂态稳定的条件。持暂态稳定的条件。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 在同样的切除时间条件下，在同样的切除时间条件下，扰动越大，即扰动越大，即P2P2越小，加速面越小，加速面积越大，系统暂态稳定水平越积越大，系统暂态稳定水平越低。低。另外正常运行点越高，也会另外正常运行点越高，也会造成加速面积大于减速面积，造成加速面积大于减速面积，使系统不能保持暂态稳定。使系统不能保持暂态稳定。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 加速面积加速面积=减

19、速面积减速面积的最高正常运行点就的最高正常运行点就是暂态稳定极限。即是暂态稳定极限。即P0在一定位置时，在一定位置时，abcda=defkd就是就是暂态稳定极限暂态稳定极限Pmax 。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 暂态稳定 系统失步 第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 实际上，实际上，“等面积定则等面积定则”只是对暂态稳定分析概只是对暂态稳定分析概念的定性理解，对复杂电力系统的暂态稳定分析一念的定性理解，对复杂电力系统的暂态稳定分析一般采用时域数值积分法。时域数值积分法是在稳态般采用时域数值积分法。时域数值积分法是在稳态潮流计算的基础上，根

20、据发生的故障及故障后机电潮流计算的基础上，根据发生的故障及故障后机电暂态过程，逐步积分求出发电机的功率摆动情况，暂态过程，逐步积分求出发电机的功率摆动情况，并根据发电机间的功角摆动确定电力系统的暂态稳并根据发电机间的功角摆动确定电力系统的暂态稳定性。定性。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题在实际暂态稳定的分析中，我们要考虑电在实际暂态稳定的分析中，我们要考虑电网结构、运行方式和扰动方式等条件，在一网结构、运行方式和扰动方式等条件，在一定的条件下系统暂态是稳定的；在另一种条定的条件下系统暂态是稳定的；在另一种条件下，系统暂态是不稳定的。件下，系统暂态是不稳定的。第二章第二

21、章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题1、电网结构。、电网结构。考虑正常接线方式和检修方式两考虑正常接线方式和检修方式两种，根据种，根据电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则要求，只考虑要求，只考虑N-1元件检修。元件检修。2、运行方式。考虑系统最恶劣的方式下暂态是、运行方式。考虑系统最恶劣的方式下暂态是稳定的（包括正常方式、特殊方式），则其它方式稳定的（包括正常方式、特殊方式），则其它方式均可满足。均可满足。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题3、扰动模式。对于扰动模式，各国根据电力系、扰动模式。对于扰动模式，各国根据电力系统网架结构的情况不同，对暂态稳定分

22、析规定扰动统网架结构的情况不同，对暂态稳定分析规定扰动模式也不尽相同。在我国，分三级标准进行了规定，模式也不尽相同。在我国，分三级标准进行了规定，1981年就制定了年就制定了电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则，当时，当时由于我国的网架结构较为薄弱，由于我国的网架结构较为薄弱，2001年又重新修制年又重新修制定了定了电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则。使我国电力系统。使我国电力系统暂态稳定又有了进一步提高。暂态稳定又有了进一步提高。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题4、故障切除时间、故障切除时间 故障切除时间指从故障起始时间至断路器断弧故障切除时间指从故障起始

23、时间至断路器断弧的时间。因的时间。因220KV及以上电压等级电气元件均投入及以上电压等级电气元件均投入双套主保护，因此考虑主保护（高频保护）投入运双套主保护，因此考虑主保护（高频保护）投入运行行。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题我国规程规定：我国规程规定：220KV线路：近故障点线路：近故障点 0.12秒；远故障点秒；远故障点 0.15秒秒 考虑重合闸动作；考虑重合闸动作；330KV线路：近故障点线路：近故障点 0.1秒；秒；远故障点远故障点 0.12秒秒 考虑重合闸动作；考虑重合闸动作；500KV线路：近故障点线路：近故障点 0.09秒；秒；远故障点远故障点 0.1

24、秒秒 考虑重合闸动作；考虑重合闸动作；重合闸时间：包括重合闸整定时间和断路器固有合重合闸时间：包括重合闸整定时间和断路器固有合闸时间。闸时间。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题校核暂态稳定，原则上只需按照规定的故障模式进行系校核暂态稳定，原则上只需按照规定的故障模式进行系统暂态过程计算，当判定扰动去除后，系统可以达到新的或统暂态过程计算，当判定扰动去除后，系统可以达到新的或恢复到原来的平衡状态，就可以认为满足了要求，而不必考恢复到原来的平衡状态，就可以认为满足了要求，而不必考虑额外的裕度。虑额外的裕度。但实际上，考虑到系统运行方式的千变万化和与实际分但实际上，考虑到系统

25、运行方式的千变万化和与实际分析的运行方式的差异，计算暂态稳定极限时往往留有一定的析的运行方式的差异，计算暂态稳定极限时往往留有一定的裕度。裕度。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 确定系统暂态稳定的极限，实际上是确定系统内确定系统暂态稳定的极限，实际上是确定系统内每一回重要联络线或一个断面的暂态稳定极限每一回重要联络线或一个断面的暂态稳定极限。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 确定的方法是：给定联络线上一个初值，进行暂态过程确定的方法是：给定联络线上一个初值，进行暂态过程计算，根据计算结果，对其潮流进行调整，在多种潮流方式计算，根据计算结果，对

26、其潮流进行调整，在多种潮流方式下按照下按照电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则对给定联络线进行一级标对给定联络线进行一级标准的故障方式进行计算，确定该联络线暂态稳定极限后，在准的故障方式进行计算，确定该联络线暂态稳定极限后，在此方式下，再按此方式下，再按电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则规定的故障模式规定的故障模式对相邻元件进行暂态稳定校核。对相邻元件进行暂态稳定校核。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题1）任何线路单相瞬时接地故障重合成功；）任何线路单相瞬时接地故障重合成功；2）同级电压的双回或多回线和环网，任）同级电压的双回或多回线和环网，任 一回线单相永久

27、故障重合不成一回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合；功及无故障三相断开不重合；3）同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相故障断开不重合；）同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相故障断开不重合；4）任一发电机跳闸或失磁；）任一发电机跳闸或失磁；5）受端系统任一台变压器故障退出运行；）受端系统任一台变压器故障退出运行；6）任一大负荷突然变化；）任一大负荷突然变化；7）任一回交流联络线故障或无故障断开不重合；）任一回交流联络线故障或无故障断开不重合；8）直流输电线路单极故障。）直流输电线路单极故障。第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题第二章第二章 现代电力系

28、统的稳定问题现代电力系统的稳定问题1）任何线路单相瞬时接地故）任何线路单相瞬时接地故障重合成功；障重合成功；2）同级电压的双回或多回线）同级电压的双回或多回线和环网，任和环网，任 一回线单相永一回线单相永久故障重合不成功及无故久故障重合不成功及无故障三相断开不重合；障三相断开不重合；3）同级电压的双回或多回线）同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相故和环网，任一回线三相故障断开不重合；障断开不重合；第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题暂态功角失步功率振荡曲线暂态功角失步功率振荡曲线第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题暂态保持稳定的功率振荡曲线第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题暂态功角失步的功率振荡曲线