電力系統(tǒng)分析第章

1、2021/8/151第十七章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性2021/8/152()iNiNTeiJddtdPPdtT ),()(121neiiTfPfPi較大的擾動(dòng)較大的擾動(dòng)。2021/8/1532 2、基本假設(shè)、基本假設(shè)是否同步運(yùn)行是否同步運(yùn)行轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間常數(shù)為時(shí)間常數(shù)為5 51010秒秒只需計(jì)及影響大的動(dòng)態(tài)只需計(jì)及影響大的動(dòng)態(tài)因素因素 電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程非常復(fù)雜電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程非常復(fù)雜),(0),(),(222uPxxHyuPxxGyuPxxFdtdx快得多的過程：忽略動(dòng)態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果快得多的過程：忽略動(dòng)態(tài)過程，只考慮靜態(tài)結(jié)果快得多的過程：恒定快得多的過程：恒定2021/8

2、/154RL1 1）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期分量；）忽略發(fā)電機(jī)定子及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過程，忽略轉(zhuǎn)子電流的周期分量； 理由：理由：a a、定子及電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程很快，百分之幾秒，定子及電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程很快，百分之幾秒， 。 b b、非周期分量產(chǎn)生空間靜止磁場，作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力的空非周期分量產(chǎn)生空間靜止磁場，作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力的空 間方向是快速突變的，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)影響大。間方向是快速突變的，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)影響大。 結(jié)果：結(jié)果： 可以突變?？梢酝蛔儭? , , ,faneiii V P2 2）不計(jì)阻尼繞繞組的電磁暫態(tài)過程。）不計(jì)阻尼繞繞組的電磁暫態(tài)過程。3 3）不

3、計(jì)零序和負(fù)序電流的影響，只考慮基波正序分量，電力網(wǎng)可以用正序）不計(jì)零序和負(fù)序電流的影響，只考慮基波正序分量，電力網(wǎng)可以用正序增廣網(wǎng)絡(luò)表示。增廣網(wǎng)絡(luò)表示。零序理由：零序理由：a a、/Y/Y零序不過發(fā)電機(jī)。零序不過發(fā)電機(jī)。 b b、零序合成氣隙磁場為零序合成氣隙磁場為0 0。負(fù)序理由：負(fù)序理由：a a、合成電樞反應(yīng)磁場反向旋轉(zhuǎn)合成電樞反應(yīng)磁場反向旋轉(zhuǎn)信頻交變力矩信頻交變力矩平均值接平均值接近于近于0 0。 b b、對(duì)瞬時(shí)值影響也很小。對(duì)瞬時(shí)值影響也很小。正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng) 故障點(diǎn)接入故障附加阻抗故障點(diǎn)接入故障附加阻抗 。 zz2021/8/1555 5）不考慮頻率變化對(duì)

4、系統(tǒng)參數(shù)的影響）不考慮頻率變化對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的影響 3 3、近似計(jì)算中的簡化、近似計(jì)算中的簡化1 1） 恒定恒定2 2） 恒定恒定發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) + + 模型模型 和和 相差不大。相差不大。3 3）P PT T恒定，不考慮原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的作用恒定，不考慮原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的作用。 qEEEdxEdqT 秒數(shù)量級(jí)恒定 強(qiáng)行勵(lì)磁EqE4 4）忽略暫定過程中發(fā)電機(jī)的附加損耗忽略暫定過程中發(fā)電機(jī)的附加損耗2021/8/156t00t00t002021/8/15717.2 17.2 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計(jì)算1 1、各種運(yùn)行情況下的功率特性、各種運(yùn)行情況下的功率特性12IIIdTLT

5、XXXXX1 dTEXXLXLX2TXV(a)1 dTEXXLXLX2TX(b)1 dTEXXLXLX2TXV(c)1212IdTLTXXXXX121()()2dTLTIIIXXXXXXX211121112sinsin()EEVPZZ2021/8/1582 2 大擾動(dòng)后的定性分析大擾動(dòng)后的定性分析穩(wěn)定條件：1）存在新的平衡點(diǎn)；2）搖擺不超過不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，臨界角 cr)(tmaxcr0t0)0(P0PIPIIIPTP0minhbcedfSasgIP)(cs2021/8/1593 3 等面積定則等面積定則 21 WMd211 ()Pd轉(zhuǎn)距 角速度功率211()TePP d1)1)功率特性曲線上，功

6、角從功率特性曲線上，功角從 變化到變化到 時(shí)，時(shí)，P PT T與與P Pe e之間的面積正比于轉(zhuǎn)子之間的面積正比于轉(zhuǎn)子功能的變化量功能的變化量12P.limccr0mIIP0PIPIIIPTPbcedaIIP0mIIIP21()1TePP d （）2021/8/15102)2)加速面積與減速面積加速面積與減速面積 P PT T P Pe e：加速面積加速面積 P PT T P Pe e：減速面積，最大可能減速面積減速面積，最大可能減速面積 3)3)等面積定則：加速面積和減速面積相等等面積定則：加速面積和減速面積相等 ( (a)a)最大可能減速面積最大可能減速面積加速面積，加速面積， 穩(wěn)定。穩(wěn)定

7、。 ( (b)b)最大可能減速面積加速面積，不穩(wěn)定。最大可能減速面積加速面積，不穩(wěn)定。 ( (c)c)加速面積加速面積= =減速面積：減速面積：minmax, c limPcr0mIIP0PIPIIIPTPbcedaIIP0mIIIPP.limccr0mIIP0PIPIIIPTPbcedaIIP0mIIIP2021/8/15114) 4) 極限切除角與極限切除時(shí)間極限切除角與極限切除時(shí)間 .lim0.lim00(sin )(sin )0ccrcm IIm IIP PdP Pd 1000.lim0()coscos )coscrmIIcrmIIcmIIPPPPP10sincrmIIPPP.limc

8、cr0mIIP0PIPIIIPTPbcedaIIP0mIIIP2021/8/15125) 5) 加速面積與減速面積的計(jì)算加速面積與減速面積的計(jì)算 初始狀態(tài)。初始狀態(tài)。過程劃分及功率特性。過程劃分及功率特性。 新平衡點(diǎn)及不穩(wěn)定平衡點(diǎn)新平衡點(diǎn)及不穩(wěn)定平衡點(diǎn)S S加加，S S減減 。判斷。判斷。6) 6) 例題例題 前面系統(tǒng)前面系統(tǒng)P.limccr0mIIP0PIPIIIPTPbcedaIIP0mIIIP2021/8/151317.3 17.3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法 PTPPTdtddtdJNmTJNN)sin(1 1、分段計(jì)算法、分段計(jì)算法 1 1）推導(dǎo)）推導(dǎo))

9、0(2)0()1()()0(2121PKTPTtPTJNSJN)1()1(eTPPPtPPTJN2)1()0()1(t0 1 2 3 42021/8/15142(2)(1)(1)(1)(1)12NJtPtK PT ()(1)(1)(2), KRKKKPP(2)(1)22()(2)(1)(2)22(2)(1)(1)(1)1222 KKNNKKKJJKNNKKJJKKPPttPtTTPttPtTTK P (1)0(1)(1)(2)(2)(1)()(1)(1)()(1)()sin1()2KmIIKNKKKKJKKKKKKPPPPPtTK P 2 )1()1()1()(mmmmPPK2 2）間斷點(diǎn)處理

10、）間斷點(diǎn)處理2021/8/15153 3）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對(duì)功角單調(diào)增大超過）仿真穩(wěn)定判據(jù)：相對(duì)功角單調(diào)增大超過180180則是不穩(wěn)定則是不穩(wěn)定的，反之是穩(wěn)定的。的，反之是穩(wěn)定的。4 4）精度與步長，）精度與步長，0.010.010.050.05S S5 5）第一個(gè)時(shí)段的計(jì)算不同第一個(gè)時(shí)段的計(jì)算不同 2 2、改進(jìn)歐拉法改進(jìn)歐拉法),(txFdtdxx xK-1K-1，x xK K ， 離散離散t t),(1)1(1kKKtxFdtdxtdtdxxxkkk11數(shù)值條件數(shù)值條件幾何解釋幾何解釋1 1）歐拉法歐拉法2021/8/15162 2）改進(jìn)歐拉法）改進(jìn)歐拉法 ),(txFdtdx),()1(

11、)1(1kKKtxFdtdxtdtdxxxKKK1)1()0()()()()0()0(KKKtxFdtdxtdtdxdtdxxxKKKK)(21)0(1)1()(，k-1k-1，k k，x xK-1K-1x xK Kt幾何解釋幾何解釋2021/8/15173 3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的改進(jìn)歐拉法求解）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的改進(jìn)歐拉法求解 ()NNTeJddtdPPdtT (1)1(1),(1), e KkkkPk，)1(1KKdtd)()1(1KeTJNKPPTdtdtdtdkkk1)1()0()(tdtdkkk1)1()0()()()0()()0()(kkPePe)0()(0kkdtd)()0()(0kTJ

12、NkPePTdtdtdtddtdkkkk)(2101)1()(tdtddtdkkkk)(2101)1()(2021/8/1518討論：討論：間斷點(diǎn)處理。改進(jìn)歐拉法局部截?cái)嗾`差為3階，全局為2階。a) 上方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)，簡單系統(tǒng)均是適用的，只是 的計(jì)算方法不同。 eP2021/8/15193 3、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時(shí)的暫態(tài)過程計(jì)算、考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時(shí)的暫態(tài)過程計(jì)算動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動(dòng)調(diào)節(jié)器作用的較長時(shí)間的暫態(tài)過程。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：計(jì)及各種自動(dòng)調(diào)節(jié)器作用的較長時(shí)間的暫態(tài)過程。 討論：討論：ffffdVR idt()ffadadfadffffVxxdxi xRR dtx0qqeqddEEETdt01()q

13、gegddEEEdtT0 fqeadfqfadqfdfVExREi xExTR空載電勢的強(qiáng)制分量(),qqqefEEEV1 1）勵(lì)磁繞組：）勵(lì)磁繞組： 2021/8/15202 2）勵(lì)磁機(jī)：）勵(lì)磁機(jī)： ffffmffftffffffdiVR iLdtViV（不計(jì)飽和電樞壓降等） 勵(lì)磁機(jī)輸出電壓 ffffeffVdVVTRdtfffedVVVTdtqefEVdtdETEEqeeqeqe0()etTqeqeqeqeEEEEe ffqeffffffmqemVEiVVE調(diào)節(jié)討論：強(qiáng)勵(lì)磁ffVfVffRefRCRffLefLefifi直流勵(lì)磁機(jī)原理電路圖2021/8/1521強(qiáng)勵(lì)磁動(dòng)作時(shí)：強(qiáng)勵(lì)磁動(dòng)作時(shí)：

14、 強(qiáng)勵(lì)退出時(shí)：強(qiáng)勵(lì)退出時(shí)： dtdETEEqeemqeqem)(1qeqememqeEETdtdE001()qeqegeedEEEdtT ffqeffffffmqemVEiVVE調(diào)節(jié)討論：強(qiáng)勵(lì)磁2021/8/152217.4 17.4 復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念 1 1、復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)TSTS的基本特點(diǎn)的基本特點(diǎn) Niidtd)(eiTiJiNiPPTdtd),(1xPPPneiei 1) 1) 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)以后，各發(fā)電機(jī)的電磁功率將按擾動(dòng)后當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)以后，各發(fā)電機(jī)的電磁功率將按擾動(dòng)后的網(wǎng)絡(luò)特征重新分配，有的的網(wǎng)絡(luò)特征重新分配，有的P Pe

15、e，有的有的P Pe e，加速發(fā)電加速發(fā)電機(jī)群中不同發(fā)電機(jī)的加速速度不同，至于哪臺(tái)加速、減速，加機(jī)群中不同發(fā)電機(jī)的加速速度不同，至于哪臺(tái)加速、減速，加速、減速速度如何，與網(wǎng)絡(luò)接線，負(fù)荷分布，大擾動(dòng)的地點(diǎn)，速、減速速度如何，與網(wǎng)絡(luò)接線，負(fù)荷分布，大擾動(dòng)的地點(diǎn)，負(fù)荷特性等相關(guān)。負(fù)荷特性等相關(guān)。 2021/8/15232 2）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿）簡單系統(tǒng)中不能再簡單地應(yīng)用等面積定則，研究方法是仿真計(jì)算，根據(jù)真計(jì)算，根據(jù) 仿真曲線來判斷其穩(wěn)定性仿真曲線來判斷其穩(wěn)定性3 3）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的只有項(xiàng)，只要解網(wǎng)絡(luò)方程求）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的只有項(xiàng)，只要解網(wǎng)絡(luò)方

16、程求得某一時(shí)刻的，則各臺(tái)機(jī)的其他計(jì)算與簡單系統(tǒng)相同得某一時(shí)刻的，則各臺(tái)機(jī)的其他計(jì)算與簡單系統(tǒng)相同 5 5）發(fā)電機(jī)某一時(shí)刻輸出的電磁功率的多少，由）發(fā)電機(jī)某一時(shí)刻輸出的電磁功率的多少，由 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，負(fù)荷分布和待性、擾動(dòng)等決定，最簡單情況下，只是數(shù)，負(fù)荷分布和待性、擾動(dòng)等決定，最簡單情況下，只是 的的函數(shù)函數(shù) ijij4 4）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用絕對(duì)角描述，但是功率分布則由相對(duì)角來決）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用絕對(duì)角描述，但是功率分布則由相對(duì)角來決定定判斷穩(wěn)定性判斷穩(wěn)定性 2021/8/15242 2、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一）、復(fù)雜系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（一） 忽略負(fù)荷狀態(tài)等，則：忽略負(fù)荷狀態(tài)

17、等，則： 211()sinsin()iiNiNTeiJinijieiiiijjjiiijjddtdPPdtTE EEPZZ 1(1)1(1)()iki kNiNkTie kJiddtdPPdtT(0)( )( )1(0)( )(1)1(0)(0)(0)( )( )( )ii ki kkii kkkij ki kj kdtdtdtdt( )2(0)(0)( )11(0)( )(0)(0)( )sinsin()()ij knijiei kiijjiiijjiki kNiNkTei kJiE EEPZZddtdPPdtT(0)( )(1)1(0)( )(1)1( )( )( )1212iii ki

18、kkkiii ki kkkij ki kj kddtdtdtddtdtdt快速計(jì)算網(wǎng)絡(luò)變化負(fù)荷動(dòng)態(tài)E2021/8/15252 2、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二）復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方法（二） 1) 1) 求動(dòng)態(tài)求動(dòng)態(tài)不能用等值電路不能用等值電路 2) 2)負(fù)荷動(dòng)態(tài)負(fù)荷動(dòng)態(tài)+ +其他元件動(dòng)態(tài)其他元件動(dòng)態(tài) 保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3) 3)頻繁網(wǎng)絡(luò)變化等頻繁網(wǎng)絡(luò)變化等ntEqcosqEIYVn n維系統(tǒng)維系統(tǒng)2 2n n維方程維方程任意一個(gè)元件動(dòng)態(tài)或突變，進(jìn)行任意相應(yīng)修任意一個(gè)元件動(dòng)態(tài)或突變，進(jìn)行任意相應(yīng)修改即可改即可2021/8/15261) 發(fā)電機(jī)的處理發(fā)電機(jī)的處理xyxyY

19、VIGGdqGqGddGdGGqGqqRIxIVxIRIVE00qGqgqGdGdqGGdEVIRXVXRI 同步旋轉(zhuǎn)的參考軸與x軸重合，則得坐標(biāo)與xy坐標(biāo)之間的變換公式為： dq2021/8/1527dIGVGyVqIGIqQEGyEGqyVGxVGdVGqVdxyqEEGGR IGGjX I ()GGGRjXIcossinsincoscossinsincos GqGxGyGdVVVVT令 ：cossinsincosGqGxGyGdIIII0 GxGxGdqGyGyqGVIRxETTxIxR則：1111GxGxGdGdqGyGyqGqGIxRxRXETTTIxxRxR 2021/8/1528

20、 GxxxGxxqGyyyGyyxxyyIGBVCEIBGVCG B B G （1）的表達(dá)式見書上式（1773）1111111111111111111111111xiiNNyiiNNixiiiiiiiNiNiyiiiiiiiNiNNNNxNNyIGBGBGBIBGGGBGIGBGBGBIBGBGBGGBIBGI111xyixiyNiNiNNNNNxNNiNiNNNNNyVVVVGBGBVBGBGV （2） 用直角坐標(biāo)表示的實(shí)數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程為：dq2021/8/1529將將(1)(1)代入代入(2)(2)得得 1111111111111111111111xiiNNyiiNNixiiixiiixiii

21、NiNiiiyiiiyiiiNiyNxNyIGBGBGBIBGGGBGIGGBBGBGBBBGGBGBGIII 111111xyixiyiNNNNiNiNNNNNxNNNiNiNNNNNyVVVVGBGBGBVBGBGBGV xxqiiyyqiIC EIC E式中，討論：a）暫態(tài)計(jì)算中，解微分方程 ， 等系數(shù)Vx，VyIx，Iy qExGGyxyyyxeRIIIVIVP)(222021/8/1530b b）G Gx x、G Gy y、B Bx x、B By y 、C Cx x、C Cy y均為的函數(shù)均為的函數(shù)c c）模型模型G Gx x等為常數(shù)，等為常數(shù)，C Cx x為的函數(shù)為的函數(shù) d d）

22、 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) qE)(1qqedoqEETdtdEdddqqIxxEE)(kqqdqdtdEEIE討論不需要解析表達(dá)的方式討論不需要解析表達(dá)的方式),(yxFdtdx0),(yxG2) 2) 負(fù)荷的處理和其他擾動(dòng)負(fù)荷的處理和其他擾動(dòng) 變化后修改對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)納即可變化后修改對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)納即可 擾動(dòng)處理相似，保留拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)擾動(dòng)處理相似，保留拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) LDLdjBG2021/8/15311 1）相對(duì)角才是同步的表征）相對(duì)角才是同步的表征2 2）絕對(duì)角不能用來判斷穩(wěn)定與否，所有單調(diào)上升在下降，只）絕對(duì)角不能用來判斷穩(wěn)定與否，所有單調(diào)上升在下降，只表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速高于或低于同步轉(zhuǎn)速，不是表示失步。

23、表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速高于或低于同步轉(zhuǎn)速，不是表示失步。3 3）穩(wěn)定判據(jù)：）穩(wěn)定判據(jù)： 相對(duì)角中只要有一個(gè)隨時(shí)間呈單調(diào)變化（超過相對(duì)角中只要有一個(gè)隨時(shí)間呈單調(diào)變化（超過180180），）， instableinstable 所有角經(jīng)過振蕩后都能穩(wěn)定在某一項(xiàng)，所有角經(jīng)過振蕩后都能穩(wěn)定在某一項(xiàng)，stablestable， 第一搖第一搖 擺，擺，振蕩坐標(biāo)。振蕩坐標(biāo)。 4 4、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)、復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)2021/8/153217.5 暫態(tài)穩(wěn)定討論介紹1 1、仿真計(jì)算方法、仿真計(jì)算方法2 2、EEACEEAC3 3、能量函數(shù)法能量函數(shù)法4 4、人工智能：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)、人工智能：