昆明理工大学 电力系统暂态分析 李光琦 中国电力出版社 第3版讲

电力系统的暂态稳定性 暂态稳定概述 简单系统的暂态稳定分析 自动调节系统对暂态稳定的影响 复杂电力系统的暂态稳定计算 提高暂态稳定的措施

暂态稳定概述 什么是电力系统的暂态稳定性 1、大干扰 2、与运行方式和干扰方式的关系 3、电力系统暂态稳定性的校验 暂态稳定分析 1、与时间长短有关 2、时间分段：

暂态稳定分析：时间分段 起始：0~1s,保护、自动装置动作，但调节系统作用 不明显，发电机采用 Eq、PT 恒定模型； 中间：1~5s,AVR、PT的变化明显，须计及励磁、调 速系统各环节； 后期：5s~mins ,各种设备的影响显著，描述系统的 方程多。 本书中重点讨论起始阶段。 基本假定：⑴ 网络中，ω=ω0 (网络等值电路同稳态 分析) ⑵ 只计及正序基波分量，短路故障用正序 增广网络表示

第二节 简单系统的暂态稳定分析 物理过程分析 等面积定则 微分方程的数值解法(摇摆曲线法)

简单系统的暂态稳定分析——物理过程分析

发电机采用E’模型

U const~

U const故障前：

E

xL xI xd xT 1 xT 2 2 E U PI sin xI

电源电势节点到系统的直接电抗

U const

故障中:

E jxΔ

xL ( xd xT 1 )( xT 2 ) xL 2 xII ( xd xT 2 ) ( xT 2 ) 2 x E U PII sin xII

故障切除后： E

U constP PI

xIII xd xT 1 xL xT 2P IIIk E U sin xIII

f a e d b δ0 δc

PⅢ PⅡ δ δh

P 功角特性曲线为：T=P0

cδm

故障发生后的过程为：运行点变化 原因 a→b 短路发生 b→c c→e e→f f→k 结果 PT>PE, 加速，ω上升，δ 增大 ω上升，δ增大 ω>ω0 ,动能增加 故障切除 PT<PE, 开始减速，但 ω>ω0 ,δ继续增大 动能释放 减速，当ωf =ω0,动能释放完 毕，δm角达最大 PT<PE, 减速δ,减小 经振荡后稳定于平衡点k

结论： 1 若最大摇摆角，系统可经衰减的振荡后停止

于稳定平衡点k,系统保持暂态稳定，反之，系统不能保持暂态稳定。 2 暂态稳定分析与初始运行方式、故障点条件、 故障切除时间、故障后状态有关。

3 电力系统暂态稳定分析是计算电力系统故障

及恢复期间内各发电机组的功率角的变化情况(即δ–t曲线),然后根据角有无趋向恒 定(稳定)数值，来判断系统能否保持稳定， 求解方法是非线性微分方程的数值求解。

二.等面积定则 故障中，机组输入的机械功率>发电机输 出的电磁功率，发电机加速，TJ d 2 P PII T 2 0 dt d 2 d d d d d d ( ) 2 dt dt dt dt dt d d PT=P0 P PI

f a d b

δ0 δc c δm δh PⅡ δ

0

TJ d ( PT PE )d

1 TJ 2 2 1 TJ 2 c 积分得： ( c 0 ) c ( PT PII )d 0 2 0 2 0左侧=转子在相对运动中动能的增量；PT

右侧=过剩转矩对相对位移所做的功 ――线下方 的阴影面积――称为加速面积；

故障切除后TJ d 2 P PIII T 2 0 dt m 1 TJ 2 2 m 0 ( P PIII )d T 0 2 0

P

k f∴

PⅢ PⅡ δ δh

∵ m ∴ m 0

f 0

PT=P0

e d c δc δm

m 1 TJ c ( PIII P )d T c 2 0

右侧=制动转矩对相对角位移所做的功

=线上方的阴影面积(称为减速面积) 因减速过程中，转速恢复同步转速(即加速 过程中的动能释放完毕)时δ角达最大，所以 加速面积=减速面积――等面积定则。 等面积定则的应用 1、 在三状态暂态稳定分析中确定极限切除角， δ角摇摆越过δh,则PT>PE,将使δ角PⅡ 继 续扩大，系统失去暂态稳定。 ∴δh是最大允许摇摆角。

当加速面积与允许的减速面积相等时，

cm0

( P PII )d (PIII P )d T T cm

h

cm0

( P PIIM sin )d (PIIIM sin P )d T T cm

h

cos cm

P ( h 9 ) PIIIM cos h PIIM cos 0 T PIIIM PIIM

暂态稳定判据1: c cm

,系统能保持暂态稳定，否则不能保持暂态稳定

2、加速面积、减速面积的应用例――单相 重合闸的作用分析 加速面积、减速面积的应用例――单相重合闸 的作用分析 A

~

A B Cc

(1) 正常运行A

~

A B Cc

(2)单相接地