电力系统分析基础(第八章)-28-华北电

1、North China Electric Power University电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis （八八）任 建 文第八章第八章 电力系统的稳定性电力系统的稳定性一、基本概念一、基本概念电力系统的电力系统的运行状态运行状态稳态：运行参数变化很小稳态：运行参数变化很小电磁暂态过程电磁暂态过程故障分析故障分析（只考虑电磁变化，几十（只考虑电磁变化，几十msms）受到突然的扰受到突然的扰动，运行参数动，运行参数变化很大变化很大暂态：暂态：机电暂态

2、过程机电暂态过程稳定问题稳定问题（同时考虑电磁与机械参量）（同时考虑电磁与机械参量）稳态性稳态性概念：受到扰动后，能否回到原来的状态或过渡到新的状态概念：受到扰动后，能否回到原来的状态或过渡到新的状态静态稳定：受小干扰，偏离原状态，干扰消失后又恢复平衡静态稳定：受小干扰，偏离原状态，干扰消失后又恢复平衡（特点：变化量小，可线性化分析）（特点：变化量小，可线性化分析）暂态稳定：受大干扰，偏离有限，干扰消失后又恢复平衡暂态稳定：受大干扰，偏离有限，干扰消失后又恢复平衡（特点：变化量大，不允许线性化处理）（特点：变化量大，不允许线性化处理）动态稳定：受大干扰较长一段时间的过程，考虑调节与控动态稳定：

3、受大干扰较长一段时间的过程，考虑调节与控 制装置作用，时间较长制装置作用，时间较长二、同步电机的转子运动方程二、同步电机的转子运动方程机械角加速度机械角加速度dtdJMMMJaET 转动惯量转动惯量原动机转矩原动机转矩电磁转矩电磁转矩机械角速度机械角速度0 =0EqU0转子储存的动能：转子储存的动能： 20kJ21W转矩基准值：转矩基准值： 0GNNSM转转子子的的惯惯性性时时间间常常数数SWTTMSWGNkJ0J*0GNk2dtddtd2 tt：tP：0000 功功角角差差电电角角速速度度PPPMtddT*E*T*220J 三、简单电力系统的静态稳定三、简单电力系统的静态稳定1 1、功角特性

4、曲线、功角特性曲线UGT1T2常常数数 UjXdjXT1jXL1jXL2jXT2.qE.UjXd.qE.UIUIURPddqq*.EE)IU( 2sin2sin0XXXXUXUEPXIUXIUEqdqd2dqEqddddqq sin0XUEPXIUXIUEdqEdqdddqq凸极机凸极机隐极机隐极机2 2、静态稳定的概念、静态稳定的概念分析分析a a点时：受干扰点时：受干扰aa获得正获得正PPE E获获PP，P P0 0不变不变 M M为负制动转矩，为负制动转矩，发电机减速，发电机减速， 回到回到aa， M=0M=0，但惯性作用但惯性作用继续继续到到aa点停止减少，在点停止减少，在aa点点M0

5、M0故须加速，故须加速， ，但由于阻尼达不但由于阻尼达不到到aa点，经过几次振荡后回到点，经过几次振荡后回到a a点，是静态稳定的。点，是静态稳定的。b b点时：受干扰增加点时：受干扰增加PPE E ，M 0M 0，故故继续继续 ，不能回到，不能回到b b点。点。 受干扰减少受干扰减少时，由时，由b b点回到点回到a a点，但在点，但在b b点不能建立稳定的平衡，点不能建立稳定的平衡，故是不稳定的故是不稳定的稳定判据稳定判据0dPdE XUEPdqmax 时稳定时稳定极限功率：极限功率：稳定储备系数：稳定储备系数：%100PPPK00maxp 正常运行正常运行：K KP P 15%15%故障状

6、态故障状态：K KP P 10%10%3 3、利用小干扰法分析简单电力系统的静稳定、利用小干扰法分析简单电力系统的静稳定 sinPPPMtddTmax0*22J)sin)0max0*202J(PPPtd(dT dd!21d)sinPdPdPd(PPtddTE22E2E0max022J0dPdtddTE22J 0)(SPTeq2J 两个根：两个根：TSPJeq1 TSPJeq2 eCeCtptp2121 分析分析: :当当S Seqeq00时，时，P P1,21,2= = j j)tsin(C 考虑到阻尼时考虑到阻尼时, ,衰减振荡衰减振荡, ,稳定稳定当当S Seqeq90900 0时仍然是时

7、仍然是稳定的，但由于的稳定的，但由于的滞后调节，在滞后调节，在90900 0范围内，对范围内，对于装有调节器的系于装有调节器的系统，不能用统，不能用dP/ddP/d判断，而应用小干判断，而应用小干扰法分析。扰法分析。5 5、提高静态稳定的措施、提高静态稳定的措施采用自动励磁调节装置采用自动励磁调节装置减少元件的电抗减少元件的电抗采用分裂导线采用分裂导线采用串联电容器采用串联电容器提高线路的额定电压等级提高线路的额定电压等级增加回路数增加回路数改善电网结构和采用中间补偿设备改善电网结构和采用中间补偿设备四、简单电力系统的暂态稳定四、简单电力系统的暂态稳定1 1、分析、分析假设假设P PT T不变

8、（因为不变（因为1 1秒左右原动机调速器还不能有明显变化）秒左右原动机调速器还不能有明显变化）对不对称短路，不计零序及负序电流对转子的影响对不对称短路，不计零序及负序电流对转子的影响（零序：（零序：接法，无；负序：平均值为零的转矩，惯性大来不及反映）接法，无；负序：平均值为零的转矩，惯性大来不及反映）只考虑正序分量的影响（用复合序网及等效等则）只考虑正序分量的影响（用复合序网及等效等则）X2X0X2X2X0单相接地单相接地两相短路两相短路两相接地短路两相接地短路三相短路三相短路短路点并入一个等效附加阻抗短路点并入一个等效附加阻抗Z Z模型模型正常运行时正常运行时UGT1T2常常数数 UXT1X

9、LXLXT2.E.UXdX sinEUXP故障时故障时 sinEUXPIIIIXT1XLXLXT2.E.UXdX?XXXXXXX)21)(2TL1TdIII 故障切除后故障切除后 sinEUXPIIIIIIXXXXXL2T1TdIII XL.EXT1XLXT2.UXd解释解释加速面积加速面积abcdkabcdk 大与大与减速面积减速面积dgfedgfe时时是暂态稳定的是暂态稳定的最大故障切除角最大故障切除角c cmaxmaxh h是暂态稳定的是暂态稳定的2 2、等面积定则、等面积定则0d)sin(d)sin(hCC0PPPPaxImII0axImI0 PPPPPaxImIaxImII0axIm

10、IhaxImII0C0limccoscos)(cos 3 3、用分段计算法求解转子运动方程、用分段计算法求解转子运动方程不能线性化，只能迭代，一步一步计算不能线性化，只能迭代，一步一步计算4 4、提高暂态稳定的措施、提高暂态稳定的措施采用自动励磁调节装置采用自动励磁调节装置减少元件的电抗减少元件的电抗采用分裂导线采用分裂导线采用串联电容器采用串联电容器提高线路的额定电压等级提高线路的额定电压等级改善电网结构和采用中间补偿设备改善电网结构和采用中间补偿设备快速切除故障和自动重合闸快速切除故障和自动重合闸提高静稳有明显作用提高静稳有明显作用增大阻尼，改善暂稳增大阻尼，改善暂稳减少加速面积，增大减速

11、面积减少加速面积，增大减速面积重合闸进一步增大减速面积重合闸进一步增大减速面积快速汽门控制、电气制动、变压器经小电阻接地快速汽门控制、电气制动、变压器经小电阻接地系统解列，异步运行，再同步系统解列，异步运行，再同步汽轮机汽轮机快关汽门快关汽门水轮机水轮机电气制动，发生故障时迅速投入一个附加电阻电气制动，发生故障时迅速投入一个附加电阻变压器经小电阻接地变压器经小电阻接地单相故障的电气制动单相故障的电气制动联锁切机联锁切机总复习总复习第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1 1、电力系统的概念和组成电力系统的概念和组成电力网、电力系统、动力系统及之间关系电力网、电力系统、动力系统及之间

12、关系2 2、电力系统为什么要互联运行电力系统为什么要互联运行经济、可靠、互补、备用经济、可靠、互补、备用3 3、电能变换和电源构成、电能变换和电源构成水水20%20%、火、火70%70%、核、核10%10%，了解新能源，了解新能源4 4、电力系统的负荷、电力系统的负荷了解负荷曲线、负荷率了解负荷曲线、负荷率K Kp p、最大负荷利用小时、最大负荷利用小时T Tmaxmax5 5、电力系统运行的特点及要求、电力系统运行的特点及要求电能质量电能质量、运行特点、运行要求、运行特点、运行要求6 6、电力系统的电压等级电力系统的电压等级用电设备允许偏差用电设备允许偏差 5%5%、首末端、首末端10%10

13、%发电机额定电压高于电网发电机额定电压高于电网5%5%变压器变压器升压变：升压变：= =发电机额定电压发电机额定电压一次侧：用电设备一次侧：用电设备降压变：降压变：= =电网额定电压电网额定电压U UN N二次侧：发电设备二次侧：发电设备额定电压为空载电压额定电压为空载电压内部损耗约内部损耗约5%5%二次电压高出二次电压高出10%10%标称电压等级标称电压等级7 7、了解电力网接线、了解电力网接线8 8、掌握中性点的接地方式掌握中性点的接地方式有哪几种有哪几种无备用无备用从一条线获得电源从一条线获得电源不接地不接地中性点直接接地中性点直接接地适应范围适应范围有备用有备用从两条及以上线获得电源从

14、两条及以上线获得电源中性点不直接接地中性点不直接接地经消弧线圈接地经消弧线圈接地经电阻接地经电阻接地中性点不接地系统的优缺点中性点不接地系统的优缺点第二章第二章 电力系统元件的电气参数及等值电路电力系统元件的电气参数及等值电路1 1、了解电力线路的结构、了解电力线路的结构型号的表示型号的表示3 3、掌握变压器的电气参数及等值电路掌握变压器的电气参数及等值电路多级电压网的归算问题多级电压网的归算问题确定基准级，按变压器变比归算确定基准级，按变压器变比归算计算计算R RT T时归算时归算短路试验短路试验归算问题归算问题三绕组容量不同时三绕组容量不同时标幺值电路的制定标幺值电路的制定2 2、熟悉电力

15、线路的电气参数及等值电路、熟悉电力线路的电气参数及等值电路- -扩径、分裂、换位扩径、分裂、换位空载试验空载试验计算计算X XT T时不归算时不归算)(S1000UPR2N2NkT SU%uXN2NkT100 )S(U1000PG2NT0 USIB2NN0T100% 4 4、熟练制作电力系统的等值电路熟练制作电力系统的等值电路归算有名值归算有名值归算归算基准基准值值端部完全等值的变压器模型的作用及推导端部完全等值的变压器模型的作用及推导5 5、了解电力设备运行的基本知识、了解电力设备运行的基本知识正常运行正常运行发电机发电机结构结构变压器并列运行的条件变压器并列运行的条件正常过负荷正常过负荷迟

16、相迟相发发P P、Q Q变压器变压器自然方式自然方式30%30%运行极限图运行极限图组别一致组别一致变比相同变比相同非正常运行非正常运行进相进相发发P P、收、收Q Q调相调相发、收发、收Q Q短时过负荷短时过负荷异步运行异步运行失磁，吸收无功、发异步有功失磁，吸收无功、发异步有功不对称运行不对称运行强迫方式强迫方式20%20%事故过负荷事故过负荷牺牲寿命，不超过牺牲寿命，不超过2 2倍倍升压：铁升压：铁- -中中- -低低- -高高降压：铁降压：铁- -低低- -中中- -高高变压器接线形式变压器接线形式短路电压百分比值相等短路电压百分比值相等断路器断路器有灭弧能力，分合负荷及故障电流有灭弧

17、能力，分合负荷及故障电流第三章第三章 简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算1 1、掌握基本概念与计算掌握基本概念与计算同一电压等级同一电压等级如何求电压降落如何求电压降落3 3、了解双端供电网的潮流计算方法、了解双端供电网的潮流计算方法电压降落电压降落不同电压等级时，归算问题不同电压等级时，归算问题2 2、掌握开式网的潮流计算方法掌握开式网的潮流计算方法已知：末端功率与电压，一步完成已知：末端功率与电压，一步完成力矩原理力矩原理电压损耗电压损耗电压偏移电压偏移如何求功率损耗如何求功率损耗已知：末端功率，首端电压，二步完成已知：末端功率，首端电压，二步完成功率分点功率分点4 4、了解环型

18、网的潮流计算方法、了解环型网的潮流计算方法单电压级单电压级按两端供电，强迫按两端供电，强迫=0=0多电压级多电压级有强迫功率有强迫功率5 5、了解电力网潮流的调整与控制手段、了解电力网潮流的调整与控制手段UUUQXPUXQRP.jRjU 相相量量差差UUU21 标标量量差差)(UUUUU 21 %100UUUNN 1n1iiaaNn1iiLi1ZZZUUUZZSS第四章第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法1 1、掌握节点导纳矩阵的形成与修改掌握节点导纳矩阵的形成与修改PQPQ节点节点3 3、了解高斯、了解高斯塞德尔迭代法的原理与步骤塞德尔迭代法的原理与步骤2 2、掌

19、握潮流计算中节点的分类方法掌握潮流计算中节点的分类方法PVPV节点节点平衡节点平衡节点 njij1j*jij*iiiiii.UYUjQPY1Uj.n1jij*i*iiUYU)jQP( 4 4、了解牛顿、了解牛顿拉夫逊法的原理与步骤拉夫逊法的原理与步骤局部线性化局部线性化 efSLNRJHQPu2 mn1m1n第五章第五章 电力系统有功功率的最优分配与频率调整电力系统有功功率的最优分配与频率调整1 1、掌握各类负荷的特点及调整方法掌握各类负荷的特点及调整方法一次调频一次调频调速器调节调速器调节2 2、了解有功功率的最优分配原理、了解有功功率的最优分配原理等微增率准则等微增率准则频率与有功功率密切

20、相关频率与有功功率密切相关3 3、掌握负荷及电源的频率静态特性及频率调节方法掌握负荷及电源的频率静态特性及频率调节方法二次调频二次调频调频器调节调频器调节三次调频三次调频经济分配经济分配耗量特性及等微增率准则耗量特性及等微增率准则如果如果应如何调整机组出力应如何调整机组出力2211GGdPdFdPdF水、火电厂不计网损时：水、火电厂不计网损时：水、火电厂计及网损时：水、火电厂计及网损时：kjkjkjikikdPdQdPdF kjjjiiLL f*p*负荷负荷f*p*电源电源f*p*有二次调频有二次调频100%1K1K*GG 为什么说只有一次调频是有差调节，二次调频可以做到无差调节，为什么说只有

21、一次调频是有差调节，二次调频可以做到无差调节，负荷变化时负荷变化时的频率计算的频率计算 PL0 - PG0 = - ks f4 4、了解互联系统的频率调整方法、了解互联系统的频率调整方法第六章第六章 电力系统的无功功率与电压调整电力系统的无功功率与电压调整1 1、掌握无功电源的种类掌握无功电源的种类发电机发电机2 2、了解无功功率的经济分布原理、了解无功功率的经济分布原理电压与无功功率密切相关电压与无功功率密切相关3 3、掌握电压调节方法及概念掌握电压调节方法及概念调相器调相器静止电容器静止电容器无功电源的最优分布无功电源的最优分布等网损微增率等网损微增率无功负荷的最优补偿无功负荷的最优补偿最

22、有网损微增率（容量确定、设备分布、顺序选择最有网损微增率（容量确定、设备分布、顺序选择电压偏移主要受什么影响电压偏移主要受什么影响静止补偿器静止补偿器QQQPQQQPGjGjGiGi1111 中枢点电压调整方式中枢点电压调整方式逆逆(1.05-1.0)(1.05-1.0)、顺、顺(1.025-1.075)(1.025-1.075)、常、常(1.02-1.05)(1.02-1.05)电压调整方法电压调整方法发电机发电机调励磁调励磁变压器变压器调分接头及其计算调分接头及其计算并联补偿并联补偿调相机、静止补偿器、调相机、静止补偿器、电容器电容器补偿容量的计算补偿容量的计算改变参数改变参数调压与调频方

23、法的差异调压与调频方法的差异第七章第七章 电力系统电磁暂态过程分析电力系统电磁暂态过程分析1 1、了解电力网、了解电力网故障类型、产生原因、危害及预防措施故障类型、产生原因、危害及预防措施2 2、理解三相短路过渡过程分析分析方法理解三相短路过渡过程分析分析方法R/LTiiAe)t(sinIiadfdzT/ tddzmda 产生最大短路全电流的条件产生最大短路全电流的条件短路冲击电流短路冲击电流ich和冲击系数和冲击系数kch1 kch 2发电机母线时发电机母线时kch=1.9， ich =2.7 Idz高压电网时高压电网时kch=1.8， ich =2.55 Idz什么条件下故障不会出现过渡过程什么条件下故障不会出现过渡过程短路前空载短路前空载合闸电压初相角为零合闸电压初相角为零纯电感电路纯电感电路3 3、掌握三相短路电流计算的实用方法掌握三相短路电流计算的实用方法重点是求交流电流初始值重点是求交流电流初始值I简单系统可用等值法求简单系统可用等值法求短路回路总电抗标幺值短路回路总电抗标幺值X Xd d* *计算短路电流时的一些简化假