電力系統(tǒng)分析：第15章 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念

大電網(wǎng)穩(wěn)定事故1982年8月7日華中電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故；1994年南方電網(wǎng)“4.26”事故；1994年南方電網(wǎng)“5.25”事故；1996年京津唐“5.28”事故；1999年山西電網(wǎng)“7.20”事故；2006年華中電網(wǎng)“7.1”事故；1999年7月29日臺灣大停電事故；1996年8月10日美國西部大停電事故；2003年8月14日美加大停電事故1978年12月19日法國大停電事故1983年12月27日瑞典大停電事故1987年7月23日日本東京大停電事故1996年8月3日馬來西亞大停電-頻率崩潰2003年9月28日意大利停電事故2006年11月4日歐洲西部大停電事故概述功角的概念發(fā)電機電勢間相位差——電氣量發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置——機械量，用電氣角度表示靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念負荷穩(wěn)定電壓穩(wěn)定的概念發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式CH15電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念15.1概述基本概念同步運行：所有并聯(lián)運行的同步電機（主要是發(fā)電機）具有相同的電角速度同步電機轉(zhuǎn)子運動狀態(tài)，不平衡是絕對的，平衡是相對的電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定問題：電力系統(tǒng)受到大的或小的干擾以后能否繼續(xù)保持發(fā)電機間同步運行的問題（功率失衡后的暫態(tài)過程中，發(fā)電機之間出現(xiàn)相對運動，能否保持同步）表征發(fā)電機同步運行的變量：發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對位置角（發(fā)電機電勢之間的相角差）——功角電壓穩(wěn)定問題：負荷端電壓不可逆轉(zhuǎn)的持續(xù)下降導致的穩(wěn)定性破壞。15.1概述穩(wěn)定的分類：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有多種定義和分類方法，我國早期將電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩類。1980年代后，《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》規(guī)定電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到事故擾動后保持穩(wěn)定運行的能力靜態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，獨立地恢復到初始運行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到大擾動后，各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。通常指保持第一或第二個振蕩周期不失步的功角穩(wěn)定。動態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長過程的運行穩(wěn)定性的能力。動態(tài)穩(wěn)定的過程可能持續(xù)數(shù)十秒至幾分鐘。包括鍋爐、帶負荷調(diào)節(jié)變壓器分接頭、負荷自動恢復等更長響應時間的動力系統(tǒng)的調(diào)整，又稱為長過程動態(tài)穩(wěn)定性。15.1概述穩(wěn)定的分類15.1概述穩(wěn)定的分類PSS/E

對PJM

系統(tǒng)中故障的仿真結(jié)果：0.1秒短路，0.149秒切除故障15.1概述穩(wěn)定的分類PSS/E

對PJM

系統(tǒng)中故障的仿真結(jié)果：0.1秒短路，0.150秒切除故障15.2功角的概念功角的概念考慮單機—無窮大系統(tǒng)，隱極機發(fā)電機輸出功率:功率特性(功角特性)功角(功率角)當不計勵磁作用時，Eq恒定，同時V恒定，Pe僅僅是δ的函數(shù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動的關(guān)系δ

不僅表征電磁關(guān)系（發(fā)電機感應電勢之間的相位差——電氣量），也表征各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的空間關(guān)系（轉(zhuǎn)子之間的相對位置角——機械量）單機接無窮大母線的相量圖→Eq

與轉(zhuǎn)子q

軸同相位→δ

反映發(fā)電機q

軸軸線與同步旋轉(zhuǎn)V之間的相角差

暫態(tài)過程中，功角隨時間的變化是判斷各發(fā)電機是否能夠保持同步運行的依據(jù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動的關(guān)系δ

不僅表征電磁關(guān)系（發(fā)電機感應電勢之間的相位差——電氣量），也表征各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的空間關(guān)系（轉(zhuǎn)子之間的相對位置角——機械量）單機接無窮大母線的相量圖→Eq

與轉(zhuǎn)子q

軸同相位→δ

反映發(fā)電機q

軸軸線與同步旋轉(zhuǎn)V之間的相角差

暫態(tài)過程中，功角隨時間的變化是判斷各發(fā)電機是否能夠保持同步運行的依據(jù)15.2功角的概念功角δ

與發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動的關(guān)系當有兩臺機接于無窮大母線時：

δ2-δ1，表征兩發(fā)電機轉(zhuǎn)子q

軸軸線之間的電氣夾角→表征發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對空間位置表征轉(zhuǎn)子間的相對運動（電氣速度）15.3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性（也稱作平衡點穩(wěn)定性）：電力系統(tǒng)在運行中受到微小擾動后，獨立地恢復到它原來的運行狀態(tài)的能力簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)：15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運行中受到大的擾動后，能從原來的運行狀態(tài)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運行的能力分析兩條線路運行切除一條線路運行假定Eq不變(忽略發(fā)電機的電磁暫態(tài)過程和勵磁調(diào)節(jié)作用)

假定原動機的功率一直保持

P0

不變15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運行中受到大的擾動后，能從原來的運行狀態(tài)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運行的能力分析最終在c

點建立新的穩(wěn)定運行狀態(tài)15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運行中受到大的擾動后，能從原來的運行狀態(tài)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運行的能力分析最終越過e

點，失穩(wěn)15.4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在運行中受到大的擾動后，能從原來的運行狀態(tài)，不失去同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并且穩(wěn)定運行的能力暫穩(wěn)判據(jù)δ

隨時間變化的特性(復雜系統(tǒng)

)等面積定則(簡單系統(tǒng)

)e:臨界點，功角增大到此點時若轉(zhuǎn)速仍高于同步轉(zhuǎn)速，暫態(tài)失穩(wěn)15.5負荷穩(wěn)定的概念負荷的穩(wěn)定性：負荷在正常運行中受到擾動后能保持某一恒定轉(zhuǎn)差下繼續(xù)運行的能力。（負荷靜態(tài)穩(wěn)定）電壓失穩(wěn)和電壓崩潰現(xiàn)象（與10.4結(jié)合起來學習）發(fā)電廠經(jīng)過一定距離的輸電線向負荷中心地區(qū)供電的系統(tǒng)中，當電源電壓和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不變時，負荷節(jié)點的電壓會隨著負荷功率的增加而緩慢下降；當負荷功率增加到一定限值時，節(jié)點電壓發(fā)生不可控制的急劇下降，這就是所謂的“電壓崩潰”15.6電壓穩(wěn)定性的概念單電源供電系統(tǒng)：沒有功角穩(wěn)定問題存在電壓穩(wěn)定問題電壓失穩(wěn)機理：與負荷動態(tài)特性有關(guān)，系統(tǒng)負荷具有自動調(diào)節(jié)自身等值阻抗的特性15.6電壓穩(wěn)定性的概念15.7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式用機械參數(shù)表示的轉(zhuǎn)子運動方程式參考軸與發(fā)電機電氣角位移的定義15.7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式用電氣參數(shù)表示的轉(zhuǎn)子運動方程式參考軸與發(fā)電機電氣角位移的定義δij—發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對位移角發(fā)電機是否同步的判斷依據(jù)15.7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式轉(zhuǎn)子運動方程式的標幺值形式——對轉(zhuǎn)矩采用標幺值轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)的意義TJ的物理含義：發(fā)電機空載時，原動機施加額定轉(zhuǎn)矩到轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子由靜止狀態(tài)起動，達到轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速所需的時間。15.7發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)多機系統(tǒng)各發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式本章小結(jié)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題包括同步運行穩(wěn)定性（也稱功角穩(wěn)定性）和電壓穩(wěn)定兩類穩(wěn)定性問題；同步運行穩(wěn)定性也稱功角穩(wěn)定性，它關(guān)注的是系統(tǒng)所有發(fā)電機在各種類型的擾動作用下能否維持同步穩(wěn)定運行，通常根據(jù)擾動性質(zhì)將其分為靜態(tài)