6电力系统稳定性分析
d
a da a
a
周期衰减振荡
t 0
a点是静态稳定运行点
P
PM
PE
EqU xd
sin d
a
b
PT P0 a
b
a
d
b PE
d
d a d a d a 900 d b d b d b 1800 d
t
图1 (b)
b点运行,受到小扰动:
< bb > 功角:
dbdb , d=db -db>0,增加 电磁功率:
一.转子运动方程
J J d M
dt
J:转动惯量;
α :角加速度; (rad/s2)
Ω :机械角速度; (rad/s) △M:不平衡转矩 MT—ME
额定转速下的转子动能
Wk
1 2
Jo2
J
2Wk o2
J
d dt
2Wk
2 0
d dt
M
采用标么制 ,设转矩基准值 为
MB
电力系统稳定性分析
• 电力系统稳定性分析是研究电力系统在受到 扰动后,凭借系统本身因有的能力和控制设 备的作用,是否可能回复到原始稳态运行方 式,或者达到新的稳态运行方式。
{ 电力系统稳定性
电压稳定 频率稳定 功角稳定
本章讨论
(二)电压稳定
1、定义:电力系统在受到扰动后,凭借系统本身固有的特 性和控制设备的作用,能维持所有母线电压在可接受范围。 2、电压不稳定的原因 电压不稳定现象,一般出现在电源远离负荷中心或愉电系 统带重负荷的情况,当无功电源(发电机、调相机、电容器, 高压输电线)突然切除,或者电力系统的无功电源不足,负 荷(特别是无功负荷)慢慢增加到一定程度时,有可能使电 压大幅度下降,以致发生所谓电压崩喷现象。这时系统中大 量电动机停止转动,发电机甩掉大量负荷,最后导致电力系 统的解列,甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。
d
b db b
b
da a
非周期失稳 转移到a点
t 0
静态稳定的概念
静态稳定是指电力系统在某一正常运行状态下受到 小干扰后,不发生自发振荡或非周期性失步,自动恢 复到原始运行状态的能力。静态稳定问题实际上就是 确定小扰动下系统的某个运行稳态点能否保持。
d
d0
0
d
d0 0
自发振荡, 静态失稳
d
t
静态稳定
非周期性失步, 静态失稳
d0
0
t
t
正常5运.行4状态电下 力系统的静态稳定性
静态稳定的基本概念
不稳定
稳定
第二节 同步发电机组的 转子运动方程和功角特性
研究稳定,实际上是分析电力系统受扰动后发电机之间
相对运动的特性,发电机的相对运动可由功角d 随时间的
变化来描述。即 :
发电机摇摆曲线: d f (t)
为了得到 d f (t) ,必须首先建立:
发电机转子运动方程 和功角特性的表达式
的稳定破坏事故,往往引起大面积停电,给国民经济造成重大损 失。随着电网互联规模的增大,稳定问题更加突出。
三、功角稳定分类(干扰大小,便于分析):
(1)静态稳定——电力系统在某个运行状态下, 突然受到任
意的小干扰后,能恢复到原来的(或是与原来的很接近)
运行状态的能力.
静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下
PbPb , Pe=Pb-Pb>0,增加 机械功率:PT=P0=Pb不变 电磁>机械 产生制动性不平衡 转矩发电机转速下降,功角减 小由b过渡到a点。
dd
dt
( 1)0
P
PM
PE
EqU xd
sin d
d 1
a
b
dt TJ (PT PE )
PT P0 a
a
b b PE
b点:小扰动后,转移到a点或失
d
d
去同步,静态不稳定运行点。
d a d a d a 900 d b d b d b 1800 d
图1 (b)
db db b b Pb PT db db db db b b Pb PT db db
机械运动参数:表示各发电机转子间相对 空间位置。
δ角随时间的变化可以用来描述各发电机转子间的相对运动。
送
受
端
端
发
发
电
电
机
机
MT ( PT ) : 原 动 机 转 矩(功率),推动转子 旋转。
Me(Pe):发电机转矩 (功率),制止转子旋 转。
正常运行时:
PT= Pe= P0
发电机以恒定速度与 受端系统等值发电机 同步旋转(N),功 角保持不变。
曲线 1 表示电力系统失去少量电源△P,但电力系统尚有 足够的备用电源,所以能够很快使频率恢复。 曲线 2 表示失去很大电源△P ,同时电力系统又无足够备 用电源,所以频率就一直下降,以至崩溃。
电力系统稳定性
1概述
1. 电力系统稳定性概同步念:所有并联运行的发电
机具有相同的电气角速度ω。
电力系统正常运行的重要标志之一:系统中的同步 发电机都处于“同步”运行状态。 把电力系统在运行中受到微小或大的扰动后能否继 续保持系统中同步发电机间同步运行的问题,称为电力 系统同步稳定性问题。 电力系统同步稳定性是根据受扰后系统中并联运行 的同步发电机转子之间的相对位移角变化规律判断的, 因此这种性质的稳定性又称为功角稳定性。
PbPb , Pe=Pb -Pb<0,减小 机械功率:PT=P0=Pb不变 电磁<机械 产生加速性不平衡 转矩发电机转速上升,功角增 加失去稳定。
结论:b点运 行是不稳定的。
b点运行,受到小扰动:
< bb > 功角:
dbdb , d=db -db<0,减小 电磁功率:
的开关操作、负 荷正常变化等。
静态稳定:指电力系统在正常运行状态下,经受小
扰动后恢复到原来运行状态的能力。
1.静态稳定初步概念
以隐极机功角特性为例分析:
PEq
EqU Xd
sin
δ
平衡点(机械=电磁):a和b
a点运行,受到小扰动:
< aa > 功角:
dada , d=da -da>0,增加 电磁功率:
Eq
发电机转子运动方程
TJ ωN
d 2δ dt 2
MT
M e
PT ω
Pe ω
PT
Pe
TJ ——惯性时间常数 ωN ——同步旋转轴的电气角速度
MT ——发电机的原动机的转矩
M e ——发电机的电磁转矩
PT ——原动机输入的机械功率(扣除损耗)
Pe——发电机输出的电磁功率 机 械 惯 性 大 PT Pe时,发电机组将以恒定转速旋转。
系统中任一点的电压、电流和发电机功率幅值不断振荡以致系 统不能正常工作,这种情况称为系统不稳定。
功角稳定问题的原因——转矩不平衡
正常运行时: Me=Mm 受到干扰时: Me≠Mm 机械转矩Mm由发电厂动力部分的运行状态决定 电磁转矩Me由发电机及其相连的电力系统中的运行状态决
危害定 :稳定破坏是电网中最为严重的事故 之一,大电力系统
第一节 概述
一、基本概念:
3.功角:表示发电机转子轴线子之间的夹角,又表示各发
电机电势间的夹角。
传输功率的大小与相位角δ密切相关,称δ为“功角”或“ 功率角”。
U=常数
~
ω
E q
jxd
jxT 1
jxL
jxT 2 U U0
Èq
q
δ
IU
失稳现象:如果由于某种干扰使发电转速不再同步,那么
方程可以线形化。
三、功角稳定分类(干扰大小,便于分析):
(2)暂态稳定——电力系统在某个运行状态下,突然受到较 大的干扰后,能够过渡到一个新的稳定运行状态或者回到
原来运行状态的能力。 如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰
动,经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行 方式或过渡到一个新的稳态运行方式,则认为系统在这种 情况下是暂态稳定的。
SB 0
当转速用标么值表示时,上式可写成
2W k SB0
d dt
M *
令
TJ
2Wk SB
---惯性时间常数,于是得到:
Tj 0
d dt
M *
将机械角速度Ω 转换成电气角速度ω ,
p
则 转子的运动方程可写为:
TJ
0
d
dt
M*
惯性时间常数的意义
当发电机空载时,如原动机将一个数值等于MT的恒定转矩 (MT*=1)加到转子上,则转子从静止状态启动到额定值 时所需的时间。
PaPa , Pe=Pa -Pa>0,增加 机械功率:PT=P0=Pa不变 电磁>机械 产生制动性不平衡 转矩发电机转速下降,功角减 小衰减振荡后恢复到运行点a。
结论:a点运 行是稳定的。
a点运行,受到小扰动:
< aa > 功角:
dada , d=da -da<0,减小 电磁功率:
大干扰:系统的状态方程不能线形化
三。稳定研究方法:
1、 静态稳定分析方法: 微分方程线性化(小干扰法) 通常可以采用在运行点处线性化后的系统模型进行特征
根分析来判别系统的静态稳定性。
2、暂态稳定分析方法: 非线性微分方程数值解法(时域法) 等面积定则(仅适合单机无穷大系统)
一般采用的是对全系统非线性状态方程的数值积分法进行 对系统动态过程的时域仿真,通过对计算得到的系统运行 参数(如转子角)的动态过程的分析判别系统的暂态稳定性。