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1、1,第二章 电力系统的运行状态及稳定性分析,2-1 电力系统的运行状态一、电力系统运行的正常和非正常状态1、正常状态遵守的约束条件 不等式约束条件：有功电源：发电机无功电源：并联电容器 同步调相机 同步电动机 静止补偿器,2,等式约束条件：二、电力系统运行状态分类 1、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运行调度的基础。2、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束已经接近上下限，以安全调度为主。3、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，系统仍能同步运行。4、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列成几个独立的小系统。5、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列
2、的大系统运行状态过渡。,3,电力系统运行状态示意图,4,2-2 电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性分类：20世纪60年代前：前苏联、我国：静态稳定，动态稳定。西方：静态稳定，暂态稳定。20世纪70年代起，国际通用：静态稳定，暂态稳定一、定义：静态稳定：在一个特定的稳定运行的条件下，电力系统受到任何一个小的扰动，经过一段时间，它能够自动恢复到或者靠近小扰动前的运行条件。暂态稳定：在一个特定的稳态运行条件下，电力系统受到一个特定的大干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到另一个允许的稳态运行条件。,5,功角在时间上表示励磁电势和端电压之间的相角差；功角在空间上表现为发电机转子磁场轴线与定
3、子合成磁场轴线之间夹角。,6,遭受微小扰动后分析a、b两个运行点的过渡过程：a点(静态稳定工作点)：大于 0 时，转子转速上升，转子制动，趋于0。小于 0 时，转子转速下降，转子加速，趋于0。b点(静态不稳定工作点)：大于 0 时，转子转速上升，转子加速，趋于无穷大。小于 0 时，转子转速下降，转子制动，趋于无穷大。,7,静态稳定储备 储备系数：为原动机输入功率 正常运行情况下，静态稳定储备系数应当大于15%，事故后要求不小于5%。,8,根据上面在点a及点b能否稳定运行分析，得出静态稳定判据：当功角 与发电机功率 的增量有相同符号时，即 系统是静态稳定的 当 系统临界稳定 当 系统是不稳定的,
4、整步功率,9,三、电力系统暂态稳定分析,简单电力系统及故障时的功角特性,10,分析电力系统稳定时，最主要的工作在于：确定转子角度、角速度变化的同步发电机转子运动方程,定子有3个电枢绕组（空间位置相差120。）转子有励磁和若干阻尼绕组,2-3 研究电力系统稳定的基本模型,一、同步发电机基本机构及模型,11,12,13,发电机暂态电抗后的电势；发电机出口的端电压；发电机暂态电抗。,二阶同步发电机模型,转子运动方程：,附加代数方程：,同步发电机转子运动基本方程式：,14,同步发电机电磁功率的计算,根据同步发电机相量图,因为：,所以：,15,二、励磁系统模型,励磁控制的作用：不仅控制发电机端电压，还控
5、制发电机的功率因数和电流等参数,（1）稳态运行时,a)保持发电机在运行中的电压恒定；b)同步发电机并列运行时调节无功功率的分配；c)提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围；d)可以阻尼和抑制低频震荡。,16,（2）暂态过程中,a)负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压；b)系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性,按励磁电流提供方式不同：,（1）直流机励磁系统 电刷是约束，100MW以上机组很少使用 时间常数大，电压响应速度较慢；（2）交流机励磁系统 交流发电机与整流器构成直流电源，有辅助励磁机，轴长；（3）静态励磁系统 从发电机出口变压器加整流器。,17,18,和 分别为该环节的放大倍数和
6、时间常数。,量测滤波：惯性环节。其传递函数可用下式表示,比例常数。由互感器-整流器装置中的滤波作用所引起的时间常数，较小。,综合放大、移相触发、可控硅输出：近似为惯性环节,和 分别为该环节的放大倍数和时间常数。,转子电压软负反馈,其作用是提高控制调节系统的稳定性品质，输出量大小与转子电压的变化率有关。,19,相位补偿,传感器,信号复归,放大限幅,输入信号,励磁,四、原动机调速系统模型,三、电力系统稳定器模型（PSS）,电力系统频率正比于原动机转速。调速系统由量测、放大、执行三个环节组成。量测环节的输入控制变量：,20,气轮机模型：汽容效应（调节气门与第一级喷嘴存在管道和空间）,以给定功率为输入
7、量以蒸汽量为输出量,21,水轮机模型：水锤现象（水流在水轮机及引水管中有惯性）,输入量：导叶开度输出量：水轮机功率,22,2-4 提高和改善电力系统稳定性的控制技术 电力系统稳定性是限制交流远距离输电和输送能力的决定因素之一。一般原则：,1）尽可能地提高电力系统的功率极限；2）减少发电机相对运动的振荡幅度。,一、提高静态稳定的方法1、尽量缩短电气距离或等值电气距离 1）减少发电机或变压器电抗；2）采用自动励磁装置；（优先考虑）3）减少线路电抗；（分裂导线或双回输电线）4）串联电容补偿；5）改善电力系统结构，系统中间增设中间调相机。,23,2、减小机械与电磁、负荷与电源的功率或能量差额（紧急状态
8、下的临时措施）3、解列、合理选择解列点（权宜措施）二、提高暂态稳定的方法及措施 根本出发点：控制和减少功率、能量的差额。方法：1）快速切除故障；2）采用自动重合闸；3）强行励磁（维持同步发动机出口电压UG为常数不变）；4）改善原动机调速系统的调节特性（如快速关闭进气阀门）；5）同步发电机输出端采用电气制动控制；6）变压器中性点经小电阻接地；7）强行串联补偿和设置开关站控制；8）连锁切除同步发电机；9）调节直流输电功率控制；10）设置合理的解列点或同步发电机异步运行。,24,具体措施：1）切除部分机组（水电厂）,25,3）快关汽门 减小原动机转矩，适合应用于汽轮机。（慎用）4）自动重合闸 一般指
9、二次重合闸，主要针对瞬时故障。5）采用快速励磁系统 强行励磁保持电压水平。6）切除部分负荷 在频率正常情况下，在短路故障切除0.5s内切除负荷，再在15min内分级将负荷重新投入。7）再同步控制 加大、减小原动机转矩。8）解列 解列点选择：(1)解列后各小系统功率基本平衡；(2)再并列较方便、通信可靠性高、远动设备水平高。,26,在a点，当扰动使发电机的角度获得微小增量 时，发电机发出的功率将随之增大，此时发电机与原动机之间的功率平衡遭到破坏。由于这时发电机发出的电功率大于原动机的机械功率，即原动机的驱动转矩小于发电机的电磁滞动转矩，结果使发电机组开始减速，其角度增量 逐渐减小，经过一段过渡过程后运行又恢复到扰动前的运行点a，使发电机与原动机间恢复了功率的平衡。所以，在a点运行时，电力系统是静态稳定的。在b点，当扰动使发电机的角度获得微小增量 时，发电机发出的功率减小，发电机与原动机的机械功率遭到破坏，此时发电机发出的电功率小于原动机的机械功率，即原动机的驱动转矩超过了发电机的电磁转矩，结果使发电机开始加速，其角度增量 逐渐增大，且随着角度的增大发电机发出的功率继续减小，进一步引起角度继续增大，结果更加偏离了原先的运行情况，最终使发电机失去同步。所以在b点运行时，电力系统是静态不稳定的。,
