功率损耗:
•三相交流
P 3I a R a
2
2
2
Pa
பைடு நூலகம்
2
• 双极直流
Pd 2U d I d
Pd 2 I d R
2
3 U d Cos
2
2 2
R
Pd
R
Cos 0.943
当Pd Pa时，
Pd Pa
2U d
2

3 4
cos
2 3
输送功率相同时,直流功率损耗为交流输 电功率损耗的2/3倍
若认为发电机的空载电势Eq恒定 ，则发电机的功率特性是一条正 弦曲线。
对于a点，若系统出现微 小扰动，使得功角δa增加 一个微小增量Δδ，发电机 的输出电磁功率达到a’， 但由于原动机机械功率保 持不变，因此，发电机输 出电磁功率大于原动机机 械功率，发电机转子将减 速，δ随之减小，经过一 系列振荡以后，回到a点 。 若扰动后，增量为负，情 况与上述相反，但最终仍 然能够回到a点的稳定状 态。
缺点
• • • • • • 谐波 消耗无功 换流站造价高 高压直流断路器 大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响 闭锁
Pm ax
E qU X

90 90 90
o
dP d
0
系统小干扰稳定 临界状态
o
dP
o
d
0
系统不稳定
几点说明
1、上述结论仅适用于简单电力系统； 2、功率极限和稳定极限是不同的两个概念， 对于简单无励磁调节的电力系统，两者可是为相等 3、多级系统的静态稳定性是不能简单用功率稳定判据 给予判定的。
提高小干扰稳定的措施
3、减小线路电抗； 采用分裂导线 采用串联电容补偿 4、改变网络结构； 增加输电线路回数 采用中间补偿装置（并联电容补偿和静 止补偿装置） 5、改善原动机调节性能。
电力系统的暂态稳定
暂态稳定概念 系统在某个运行情况下突然收到较大的扰动之后，能否 经过暂态过程达到新的稳态运行状态或回到原来的状态。 引起电力系统大扰动的原因 负荷突然变化，如投入和切除大容量用户 投切主要元件，如发电机、变压器和线路等 系统中发生短路故障
左图反映了实际电力系统中， 各电压等级的输电线路的实际 输送能力与线路长度的关系。
随着线路长度的增加，线路允 许的输送功率迅速下降。
电力系统的小干扰稳定 首先通过一个简单的单机无穷大系统说明基本概念 单机无穷大系统：受端系统的容量比送端发电机的 容量大的多，以致在发电机输送任何功率的情况下， 受端电压U的大小和相位均为恒定。
电力系统的暂态稳定
大干扰下将 有两种结果
发电机转子间的相对角度逐渐减小 ，过渡新的平衡点，系统稳定
发电机转子间的相对角度不断增大 ，发电机失稳，系统不稳定
对于电力系统的暂态稳定性问题 ，仍用无穷大系统来进行分析
暂态故障及其等值电路
正常情况
故障情况
故障切除后
电力系统的暂态稳定
加速面积：转子角度从起始角度δ0增 大至故障切除瞬间所对应的角度δc过 程中发电机转子增加的动能，即abcd 所围成的面积：
在b的时候，如果小扰动使δb 出现一个增量Δδb，则发电机输 出的电磁功率将减小到b’点，小 于机械功率，这时过剩的转矩将 使δ进一步增大，与之相应的电 磁功率又将进一步减小，如果这 样继续下去，δ的不断增大标志 着发电机与无限大系统非周期性 地失去同步，系统中电流、电压 和功率大幅度地波动，系统无法 正常工作，最终导致系统瓦解 若小扰动带来负的增量Δδb， 这时电磁功率增加到b’’，大于机 械功率，转子将减速，δ随之减 小，当减小到a点后，又开始加 速，经过一段时间的振荡，最终 稳定在a点。
第六章 远距离大容量输电
刘轩东
西安交通大学高电压技术教研室
6.1 电力系统的稳定性分析 电力系统的静态稳定 电力系统的暂态稳定 6.2 直流输电和柔性交流输电 高压直流输电（HVDC）
柔性交流输电（FACTS）
概述
远距离大容量输电的必然性（资源分布不均匀） 煤炭资源主要集中在华北和西北地区
减少故障切除时间，目前短路后0.06s可切除线路，保护 0.02s，开关动作0.04s
2、采用自动重合闸装置 重合闸成功增加了减速面积，从而提高系统的稳定性 3、强行励磁装置
发电机强行励磁装置在系统故障后，增大励磁电流，减 少电势的衰减，提高暂态稳定性
提高系统暂态稳定的措施 关键在于尽量减少加速面积，增加减速面积 4、控制原动机输出机械功率
电力系统的暂态稳定
大干扰下，系统的结构发生变化，发电机的输出功率便 哈，在发电机转轴上产生了不平衡转矩，导致发电机的转 子加速或者减速。 各发电机的转动惯量不同，各机组转速变化也不同。各 发电机之间将产生相对运动，转子间的相对角度发生变化 。转子间的相对角度变化又反过来影响发电机的输出功率 ，从而功率不平衡加剧。 这种变化互相联系、互相影响，形成了以发电机转子机 械运动和电磁功率变化为主体的机电暂态过程。
快关气门
连锁切机：在切除故障的同时，连锁切除送端发电厂中 的一、二台发电机 5、电气制动 发电机定子并三相电阻
消耗发电机有功功率 ，减小功率差额 限制短路电流
变压器中性点小电阻接地
变压器中性点小电抗接地
直流输电
高压直流输电
换流站：可控硅阀系统
特点：稳定性好，控制灵活，短路电流 小，联络两个频率不同的交流系统
电力系统的面积定则
（简单判定电力系统暂态稳定的基本准则） 加速面积Sabcd<Sdefg
系统保持暂态稳定
加速面积Sabcd>Sdefg
系统不能保持暂态稳定
说明：该定则仅适用于简单电力系统； 对于多机系统，该原则不是用，通常用相对功角 的变化趋势予以判定。
提高系统暂态稳定的措施 关键在于尽量减少加速面积，增加减速面积 1、快速切除故障
输送功率:（架空线路） •三相交流
交流对地电压有效值U a
Ud 2
Pa 3U a I a Cos
3 2 U d I d Cos
导体允许通过的交 流电流有效值
直流对地电压 • 双极直流
Pd 2U d I d
时
导体允许通过的电 流
当
Cos 0.943
Pa Pd
当线路输送功率小于自然功率时，情 况相反，首端至末端电压不断升高。
输电线路的自然功率和电压分布
当线路输送功率小于自然功率，线路末端电压升高将对电力系统本 身的设备及用户设备安全构成危害，特别是当线路空载时，末端电压 上升更多，必须采取措施加以限制。
自然功率是反映线路传输能力的重要指标，对于长距离线路的传输 功率为1.1~1.2Pn比较好，对于距离小于100km的短距离线路，输送 能力可以高达4~5Pn，主要受热极限限制。
结论
1.当输送功率相同时,其线路造价低（建 设费用） 线路：2根 架空线路杆塔结构较简单
线路走廊较窄 2. 当输送功率相同时,其功率损耗小（运 行费用） 3.电缆
两端设备
• • • • 换流器 滤波器 无功补偿设备 换流站造价高
500km
交直流等价输电距离
二、直流输电的优缺点及适用场合
优点
2e 2 H H 2
不腐蚀阴极
2.单极两线直流输电
整流 送端
I
逆变 受端
I
• 无大地回流
3.双极直流输电
整流
I
逆变
I
高压直流输电与高压交流输电的比较
（一）经济上 • 线路 • 两端设备 • 架空线路>500km，电缆线路>50km时采用直流 输电具有更高的经济性 （二）技术上 • 接线方式 • 电容电流 • 可靠性和灵活性 • 稳定性 • 潮流的调节 • 短路电流 • 联络线
系统中某些节点电压的持续降低，以致使负荷重的感应电动机堵转 或引起其他保护装置的动作，这类稳定性问题称为电压稳定性
概述
功角稳定性分类
小干扰稳定：又称为电力系统静态稳定性，它实质上是要求系统的 给定平衡点（即给定的稳态运行方式）遭受小扰动后能够保持渐近稳 定性； 在各种稳态运行条件下，为了适应负荷和其他因素的随机变化， 要求系统具有一定的小干扰稳定性裕度； 暂态稳定：系统突然收到较大的扰动（投切大用户或主要元件、发 生短路故障）后，各同步机保持同步运行并过渡到新的或者恢复原来 稳态运行方式的能力；
分裂导线能够提高自然功率：


单根导线自然功率：100%
两分裂导线自然功率：125% 三分裂导线自然功率：140% 四分裂导线自然功率：150%
输电线路传输功率极限
输电线路传送功率与自然功率，线路长度和两端电压相角差的关系：
这表明，当线路长度一定时，最大可能传输功率出现在θ12=π/2时 ，显然P1或者P2总是大于Pn的。
减速面积：故障切除后，转子 在制动过程中动能的减少等于 制动转矩所做的功，即defg所 围成的面积：
电力系统的暂态稳定
等面积原则：加速过程中所获得的等 能在减速过程全部释放完，使转子在 某一点又重新回到同步转速，即加速 面积等于减速面积：
极限情况为在h点刚好达到同步转速，因此极限切除角可 以推导出：


水力资源主要集中在西南地区
东南地区负荷较为集中
输电方式的研究现状 特/超高压交流输电 特/超高压直流输电
其他输电方式：半波输电、紧凑型交流输电、柔性 交流输电、分频输电等。
概述 线路传输容量的制约因素
热极限：功率损耗导致过度发热造成弧垂无法恢复性延展或接头融 化 电压约束：为保持线路的电压降在允许范围内，必须限制线路上流 过的功率 稳定性约束：维持线路两端的电力系统同步运行，有静态稳定和暂 态稳定约束
b点是不稳定的，系统无法维持在b点运行