电力系统分析第17章电力系统暂态稳定性课件

第十七章电力系统暂态稳定性第十七章电力系统暂态稳定性1离散数值计算§17.1引言及基本假设1、引 言第十七章电力系统暂态稳定性TS问题定义：电力系统受到较大的扰动之后各发电机是否能继续保持同步运行的问题。代数常微分方程组简单系统的解析计算困难：非线性，解析表达困难曲线稳定判断离散数值计算§17.1引言及基本假设第十七章电力系统暂22、基本假设是否同步运行→转子机械运动→时间常数为5～10秒→只需计及影响大的动态因素电力系统的动态过程非常复杂快得多的过程：忽略动态过程，只考虑静态结果快得多的过程：恒定2、基本假设快得多的过程：忽略动态过程，只考虑静态结果31）忽略发电机定子及电网中的电磁暂态过程，忽略转子电流的周期分量；理由：a、定子及电网的电磁暂态过程很快，百分之几秒，。b、非周期分量产生空间静止磁场，作用于转子上的电磁力的空间方向是快速突变的，即转子运动影响大。结果：可以突变。2）不计阻尼绕绕组的电磁暂态过程。3）不计零序和负序电流的影响，只考虑基波正序分量，电力网可以用正序增广网络表示。零序理由：a、△/Y→零序不过发电机。b、零序合成气隙磁场为0。负序理由：a、合成电枢反应磁场反向旋转→信频交变力矩→平均值接近于0。b、对瞬时值影响也很小。正序等效定则和复合序网→故障点接入故障附加阻抗。

1）忽略发电机定子及电网中的电磁暂态过程，忽略转子电流的周期45）不考虑频率变化对系统参数的影响

3、近似计算中的简化1）恒定2）恒定→发电机+模型→和相差不大。3）PT恒定，不考虑原动机调速器的作用。

4）忽略暂定过程中发电机的附加损耗5）不考虑频率变化对系统参数的影响3、近似计算中的简化4）5(a)不稳定(b)稳定(c)临界情况不同假设条件计算的结果(a)不稳定(b)稳定(c)临界情况不同假设条件计算的结果6§17.2简单电力系统暂态稳定的分析计算1、各种运行情况下的功率特性§17.2简单电力系统暂态稳定的分析计算72大扰动后的定性分析稳定条件：1）存在新的平衡点；2）摇摆不超过不稳定平衡点，临界角

2大扰动后的定性分析稳定条件：83等面积定则1)功率特性曲线上，功角从变化到时，PT与Pe之间的面积正比于转子功能的变化量3等面积定则1)功率特性曲线上，功角从变化到时，92)加速面积与减速面积

PT

＞Pe：加速面积

PT＜Pe：减速面积，最大可能减速面积3)等面积定则：加速面积和减速面积相等(a)最大可能减速面积≥加速面积，稳定。(b)最大可能减速面积＜加速面积，不稳定。(c)加速面积=减速面积：(a)(b)(c)2)加速面积与减速面积3)等面积定则：加速面积和减速面积相104)极限切除角与极限切除时间4)极限切除角与极限切除时间115)加速面积与减速面积的计算初始状态。过程划分及功率特性。

新平衡点及不稳定平衡点S加，S减。判断。6)例题前面系统5)加速面积与减速面积的计算初始状态。6)例题前面系1217.3发电机转子运动方程的数值解法

1、分段计算法1）推导17.3发电机转子运动方程的数值解法1、分段计算法132）间断点处理2）间断点处理143）仿真稳定判据：相对功角单调增大超过180°则是不稳定的，反之是稳定的。4）精度与步长，0.01～0.05S5）第一个时段的计算不同2、改进欧拉法xK-1，→xK，离散△t←数值条件←几何解释1）欧拉法3）仿真稳定判据：相对功角单调增大超过180°则是不稳定的，152）改进欧拉法，k-1，→k，xK-1→xK←几何解释2）改进欧拉法，k-1，→k，xK-1→xK←几何解释163）转子运动方程的改进欧拉法求解3）转子运动方程的改进欧拉法求解17讨论：间断点处理。改进欧拉法局部截断误差为3阶，全局为2阶。上方法对复杂系统，简单系统均是适用的，只是的计算方法不同。

讨论：183、考虑调节系统作用时的暂态过程计算动态稳定：计及各种自动调节器作用的较长时间的暂态过程。讨论：1）励磁绕组：3、考虑调节系统作用时的暂态过程计算动态稳定：计及各种自动调192）励磁机：直流励磁机原理电路图2）励磁机：直流励磁机原理电路图20强励磁动作时：强励退出时：强励磁动作时：强励退出时：21§17.4复杂电力系统暂态稳定的基本概念

1、复杂系统TS的基本特点

1)当电力系统发生扰动以后，各发电机的电磁功率将按扰动后的网络特征重新分配，有的Pe↓，↑，有的Pe↑，↓，加速发电机群中不同发电机的加速速度不同，至于哪台加速、减速，加速、减速速度如何，与网络接线，负荷分布，大扰动的地点，负荷特性等相关。§17.4复杂电力系统暂态稳定的基本概念1、复杂系统TS222）简单系统中不能再简单地应用等面积定则，研究方法是仿真计算，根据仿真曲线来判断其稳定性3）转子运动方程中与网络相关的只有项，只要解网络方程求得某一时刻的，则各台机的其他计算与简单系统相同

5）发电机某一时刻输出的电磁功率的多少，由网络结构和参数，负荷分布和待性、扰动等决定，最简单情况下，只是的函数4）转子运动方程用绝对角描述，但是功率分布则由相对角来决定→判断稳定性

2）简单系统中不能再简单地应用等面积定则，研究方法是仿真计算232、复杂系统暂态稳定计算方法（一）忽略负荷状态等，则：2、复杂系统暂态稳定计算方法（一）242、复杂电力系统暂态稳定计算方法（二）

1)求动态→不能用等值电路2)负荷动态+其他元件动态

→保留网络拓扑结构

3)频繁网络变化等

n维系统→2n维方程→任意一个元件动态或突变，进行任意相应修改即可2、复杂电力系统暂态稳定计算方法（二）n维系统→2n维方程251)发电机的处理同步旋转的参考轴与x轴重合，则得坐标与xy坐标之间的变换公式为：

1)发电机的处理同步旋转的参考轴与x轴重合，则得坐标与26电力系统分析第17章电力系统暂态稳定性课件27用直角坐标表示的实数网络方程为：用直角坐标表示的实数网络方程为：28将(1)代入(2)得讨论：a）暂态计算中，解微分方程→，→等系数→Vx，Vy→Ix，Iy→将(1)代入(2)得讨论：29b）Gx、Gy、Bx、By

、Cx、Cy均为的函数c）模型→Gx等为常数，Cx为的函数

d）动态

讨论不需要解析表达的方式2)负荷的处理和其他扰动→变化后修改对应节点的导纳即可扰动处理相似，保留拓扑结构的优点b）Gx、Gy、Bx、By、Cx、Cy均为的函数讨论不需要301）相对角才是同步的表征2）绝对角不能用来判断稳定与否，所有单调上升在下降，只表示系统的转速高于或低于同步转速，不是表示失步。3）稳定判据：相对角中只要有一个随时间呈单调变化（超过180°），→instable所有角经过振荡后都能稳定在某一项，→stable，第一摇摆，→振荡坐标。4、复杂电力系统暂态稳定的判据4、复杂电力系统暂态稳定的判据31§17.5暂态稳定讨论介绍1、仿真计算方法2、EEAC3、能量函数法4、人工智能：神经网络，专家系统5、暂态稳定控制：查表法等§17.5暂态稳定讨论介绍1、仿真计算方法32§17.6小结1、基本概念：1）基本假设和近似计算中的简化，为什么？2）等面积定则3）极限均除角，极限切除时间4）仿真计算中暂态稳定判据（绝对角与相对角）5）励磁系统动态方程1）转子运动方程的改进欧拉法和分段计算法2）复杂系统网络方程计算的两种方法3）暂态仿真方法2、计算方法：§17.6小结1、基本概念：1）基本假设和近似计33第十七章电力系统暂态稳定性第十七章电力系统暂态稳定性34离散数值计算§17.1引言及基本假设1、引 言第十七章电力系统暂态稳定性TS问题定义：电力系统受到较大的扰动之后各发电机是否能继续保持同步运行的问题。代数常微分方程组简单系统的解析计算困难：非线性，解析表达困难曲线稳定判断离散数值计算§17.1引言及基本假设第十七章电力系统暂352、基本假设是否同步运行→转子机械运动→时间常数为5～10秒→只需计及影响大的动态因素电力系统的动态过程非常复杂快得多的过程：忽略动态过程，只考虑静态结果快得多的过程：恒定2、基本假设快得多的过程：忽略动态过程，只考虑静态结果361）忽略发电机定子及电网中的电磁暂态过程，忽略转子电流的周期分量；理由：a、定子及电网的电磁暂态过程很快，百分之几秒，。b、非周期分量产生空间静止磁场，作用于转子上的电磁力的空间方向是快速突变的，即转子运动影响大。结果：可以突变。2）不计阻尼绕绕组的电磁暂态过程。3）不计零序和负序电流的影响，只考虑基波正序分量，电力网可以用正序增广网络表示。零序理由：a、△/Y→零序不过发电机。b、零序合成气隙磁场为0。负序理由：a、合成电枢反应磁场反向旋转→信频交变力矩→平均值接近于0。b、对瞬时值影响也很小。正序等效定则和复合序网→故障点接入故障附加阻抗。

1）忽略发电机定子及电网中的电磁暂态过程，忽略转子电流的周期375）不考虑频率变化对系统参数的影响

3、近似计算中的简化1）恒定2）恒定→发电机+模型→和相差不大。3）PT恒定，不考虑原动机调速器的作用。

4）忽略暂定过程中发电机的附加损耗5）不考虑频率变化对系统参数的影响3、近似计算中的简化4）38(a)不稳定(b)稳定(c)临界情况不同假设条件计算的结果(a)不稳定(b)稳定(c)临界情况不同假设条件计算的结果39§17.2简单电力系统暂态稳定的分析计算1、各种运行情况下的功率特性§17.2简单电力系统暂态稳定的分析计算402大扰动后的定性分析稳定条件：1）存在新的平衡点；2）摇摆不超过不稳定平衡点，临界角

2大扰动后的定性分析稳定条件：413等面积定则1)功率特性曲线上，功角从变化到时，PT与Pe之间的面积正比于转子功能的变化量3等面积定则1)功率特性曲线上，功角从变化到时，422)加速面积与减速面积

PT

＞Pe：加速面积

PT＜Pe：减速面积，最大可能减速面积3)等面积定则：加速面积和减速面积相等(a)最大可能减速面积≥加速面积，稳定。(b)最大可能减速面积＜加速面积，不稳定。(c)加速面积=减速面积：(a)(b)(c)2)加速面积与减速面积3)等面积定则：加速面积和减速面积相434)极限切除角与极限切除时间4)极限切除角与极限切除时间445)加速面积与减速面积的计算初始状态。过程划分及功率特性。

新平衡点及不稳定平衡点S加，S减。判断。6)例题前面系统5)加速面积与减速面积的计算初始状态。6)例题前面系4517.3发电机转子运动方程的数值解法

1、分段计算法1）推导17.3发电机转子运动方程的数值解法1、分段计算法462）间断点处理2）间断点处理473）仿真稳定判据：相对功角单调增大超过180°则是不稳定的，反之是稳定的。4）精度与步长，0.01～0.05S5）第一个时段的计算不同2、改进欧拉法xK-1，→xK，离散△t←数值条件←几何解释1）欧拉法3）仿真稳定判据：相对功角单调增大超过180°则是不稳定的，482）改进欧拉法，k-1，→k，xK-1→xK←几何解释2）改进欧拉法，k-1，→k，xK-1→xK←几何解释493）转子运动方程的改进欧拉法求解3）转子运动方程的改进欧拉法求解50讨论：间断点处理。改进欧拉法局部截断误差为3阶，全局为2阶。上方法对复杂系统，简单系统均是适用的，只是的计算方法不同。

讨论：513、考虑调节系统作用时的暂态过程计算动态稳定：计及各种自动调节器作用的较长时间的暂态过程。讨论：1）励磁绕组：3、考虑调节系统作用时的暂态过程计算动态稳定：计及各种自动调522）励磁机：直流励磁机原理电路图2）励磁机：直流励磁机原理电路图53强励磁动作时：强励退出时：强励磁动作时：强励退出时：54§17.4复杂电力系统暂态稳定的基本概念

1、复杂系统TS的基本特点

1)当电力系统发生扰动以后，各发电机的电磁功率将按扰动后的网络特征重新分配，有的Pe↓，↑，有的Pe↑，↓，加速发电机群中不同发电机的加速速度不同，至于哪台加速、减速，加速、减速速度如何，与网络接线，负荷分布，大扰动的地点，负荷特性等相关。§17.4复杂电力系统暂态稳定的基本概念1、复杂系统TS552）简单系统中不能再简单地应用等面积定则，研究方法是仿真计算，根据仿真曲线来判断其稳定性3）转子运动方程中与网络相关的只有项，只要解网络方程求得某一时刻的，则各台机的其他计算与简单系统相同

5）发电机某一时刻输出的电磁功率的多少，由网络结构和参数，负荷分布和待性、扰动等决定，最简单情况下，只是的函数4）转子运动方程用绝对角描述，但是功率分布则由相对角来决定→判断稳定性

2）简单系统中不能再简单地应用等面积定则，研究方法是仿真计算562、复杂系统暂态稳定计算方法（一）忽略负荷状态等，则：2、复杂系统暂态稳定计算方法（一）572、复杂电力系统暂态稳定计算方法（二）

1)求动态→不能用等值电路2)负荷动态+其他元件动态

→保留网络拓扑结构

3)频繁网络变化等

n维系统→2n维方程→任意一个元件动态或突变，进行任意相应修改即可2、复杂电力系统暂态稳定计算方法（二）n维系统→2n维方程581)发电机的处理同步旋转的参考轴与x轴重合，则得坐标与xy坐标之间的变换公式为：

1)发电机的处理同步旋转的参考轴与x轴重合，则得坐标与59电力系统分析第17章电力系统暂态稳定性课件60用直角坐标表示的实数网络方程为：用直角坐标表示的实数网络方程为：61将(1)代入(2)得讨论：a）暂态计算中，解微分方程→，→等系数→