電力系統(tǒng)基礎ppt課件

1、第9章 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基本概念,內(nèi)容提要：簡述電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的含義和分類；介紹靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定的基本概念；導出同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程；電力系統(tǒng)的電磁功率特性；重點：功角、靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定的基本概念；同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程；電力系統(tǒng)的電磁功率特性；難點：簡單電力系統(tǒng)的電磁功率特性；,1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念,同步運行狀態(tài)：指系統(tǒng)中所有并聯(lián)運行的同步電機都有相同的電角速度。

2、此時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的參數(shù)接近不變，稱系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性：指電力系統(tǒng)在運行中受到微小的或大的擾動之后能否繼續(xù)保持系統(tǒng)中的同步電機（主要是同步發(fā)電機）間同步運行。同步運行穩(wěn)定性的判據(jù)：根據(jù)受擾后系統(tǒng)中并聯(lián)運行的同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對位移角的變化規(guī)律來判斷。因此又稱功角穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)：長大干線在傳輸大量功率時，受端系統(tǒng)的電壓會下降，有時會出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的電壓持續(xù)下降，或電壓長期滯留在安全運

3、行所不能容忍的低水平上而不能恢復。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，會造成大量用戶供電中斷，甚至整個系統(tǒng)瓦解，后果非常嚴重。（如美國的8.14大停電）,2 功角的基本概念,,Eq,,,,,,,,,,,,,V,,I,jXd,jXT1,jXL,jXL,jXT2,圖示簡單電力系統(tǒng)：,根據(jù)相量圖：,發(fā)電機輸出有功功率：,得：,可見，當發(fā)電機電勢 和受端電壓 一定時，傳輸功率 是角度 的正弦函數(shù)，角

4、度 是電勢 和電壓 的夾角，因與功率有密切的關(guān)系，又稱為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角的關(guān)系 ，稱為“功角特性”或“功率特性”。,,,功角 是電勢 和電壓 的相位差，它除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表示各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對空間位置。而各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對運動的性質(zhì)，恰好是判斷各發(fā)電機之間是否同步運行的依據(jù)。,,3 靜態(tài)穩(wěn)

5、定的基本概念,a點：a 電磁功率增大（擾動） 機組減速,,,,,,,,機組加速,,,以a為中心，來回振蕩,,穩(wěn)定在a點,結(jié)論：a為穩(wěn)定運行點。,b點：,,電磁功率增大（擾動）,,,機組加速,,直到失去同步,,電磁功率減?。〝_動）,,,機組減速,,結(jié)論：b為非穩(wěn)定運行點。,正常運行時：發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率達到平衡。,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的基本概念：是指電力系統(tǒng)在運行中受到微小擾動后，獨立

6、的恢復到它原來的運行狀態(tài)的能力。簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：電磁功率增量和功角增量總具有相同的符號。,寫成極限形式：,4 暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念：分析雙回線突然切除一條輸電線的情況。,,,,,,,,,,,,Eq,,,,,,,,,,,,,V,,I,jXd,jXT1,jXL,jXL,jXT2,,,正常運行時：,切除一回線時：,由于,所以,,,,,,,,,第一種可能：,,,,在 點，,,,以 點為中心振蕩,結(jié)論：從a點經(jīng)過

7、振蕩，最后穩(wěn)定在c點穩(wěn)定運行。,第二種可能：,,,,越過 點,,,結(jié)論：從a點開始振蕩，幅值逐漸增大，直至失去同步。,繼續(xù)加速，直至失去同步,暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念：電力系統(tǒng)具有暫態(tài)穩(wěn)定性，是指電力系統(tǒng)在正常運行時受到一個大擾動后，能從原來的運行狀態(tài)（平衡點），不失同步的過渡到一個新的運行狀態(tài)，并在新的運行狀態(tài)下穩(wěn)定運行（或者是經(jīng)過多個大擾動后又回到原來的運行狀態(tài)）。暫態(tài)穩(wěn)定的判定：根據(jù)電力系統(tǒng)受到擾動后發(fā)電機轉(zhuǎn)子的相對運動情況

8、，即功角的變化情況來判斷。如果功角經(jīng)過振蕩后能穩(wěn)定在某一個數(shù)值，表明發(fā)電機組之間恢復同步運行，系統(tǒng)具有暫態(tài)穩(wěn)定性；如果電力系統(tǒng)在大擾動后，功角不斷增大，表明發(fā)電機組之間已失去同步，系統(tǒng)失去了暫態(tài)穩(wěn)定性。,5 電壓穩(wěn)定的基本概念,“電壓崩潰”現(xiàn)象：長大輸電線的末端電壓會隨著負荷功率的增大而緩慢下降，當負荷功率達到一定的極限時，節(jié)點電壓將發(fā)生不可控制的急劇下降。電壓失穩(wěn)與負荷的動態(tài)特性密切相關(guān)，電壓失穩(wěn)是負荷失穩(wěn)的一種外在表

9、現(xiàn)。在實際的電力系統(tǒng)中，電壓失穩(wěn)通常發(fā)生在系統(tǒng)遭受大擾動、發(fā)電機保持了暫態(tài)穩(wěn)定性的故障后的運行狀態(tài)下。1978、12，法國電網(wǎng)電壓崩潰1987、7，日本東京電網(wǎng)電壓崩潰,,,,單端供電網(wǎng)絡受端有功功率和電壓的關(guān)系：,,,穩(wěn)定,不穩(wěn),在右半段，隨著電壓的降低，負荷從電力系統(tǒng)吸收的有功功率增加，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。而在左半段，隨著電壓的下降，負荷得到的功率減少，導致電壓繼續(xù)下降，直至電壓崩潰?？梢?，右半段為“電壓穩(wěn)定區(qū)”，左半段為

10、“電壓不穩(wěn)定區(qū)”負荷節(jié)點靜態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)：P和V的變化符號相反，即：,6 頻率穩(wěn)定的基本概念,電力系統(tǒng)的頻率是由系統(tǒng)的有功平衡決定的。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，或解列后的局部系統(tǒng)有功功率發(fā)生較大的缺額，頻率就會大幅度的下降。如不采取措施，就會發(fā)生頻率崩潰；當系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，發(fā)電機的出力和負荷都會發(fā)生變化，這就是頻率調(diào)節(jié)效應，用電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)來表示。電力系統(tǒng)或被解列后的局部系統(tǒng)出現(xiàn)較大有功功率缺額時頻率大幅度

11、下降，影響汽輪發(fā)電機組出力下降或跳閘，造成頻率進一步下降，系統(tǒng)有功功率進一步減少的惡性循環(huán)，使電力系統(tǒng)或局部系統(tǒng)大停電。這種現(xiàn)象稱之為頻率崩潰，它是電力系統(tǒng)最嚴重的故障，因為它使整個系統(tǒng)或解列的局部系統(tǒng)瓦解，失去全部負荷。,7 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程,其中： 為轉(zhuǎn)動慣量， 為角加速度， 為原動機轉(zhuǎn)矩， 為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩。,寫成標么制的轉(zhuǎn)子狀態(tài)方程為：,其中： 為功角， 為基準轉(zhuǎn)速

12、， 為慣性時間常數(shù)，,慣性時間常數(shù)的物理意義：當發(fā)電機空載時。如原動機將一個數(shù)值等于額定轉(zhuǎn)矩的恒定轉(zhuǎn)矩加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止狀態(tài)啟動到額定轉(zhuǎn)速所需要的時間，就是發(fā)電機的額定慣性時間常數(shù)。從一般的計算手冊得：,其中： 的單位為s（秒）， 為反映發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量和尺寸的量，單位為 ，n為轉(zhuǎn)速（r/min）， 為發(fā)電機額定容量（KVA）。,在多機電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計算中，確定系

13、統(tǒng)統(tǒng)一的基準功率后，還必須將各發(fā)電機的額定慣性時間常數(shù)歸算到統(tǒng)一基準值的標么值：,發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算中最基本的方程。在多機系統(tǒng)中，對第i臺發(fā)電機有：,最為復雜，它不僅與本機有關(guān)，還與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和其他發(fā)電機有關(guān)。,V,Eq,jXd,jXT1,jXL,jXL,jXT2,I,8 簡單電力系統(tǒng)的功率特性,8－1 隱極式發(fā)電機的功率特性對以下單機－無窮大系統(tǒng)：,,,,,,,,,,,,,,,得發(fā)電機電勢點

14、 的有功功率和無功功率為：,根據(jù),發(fā)電機輸送到系統(tǒng)的功率為：,當電勢 和電壓V恒定時，單擊無窮大系統(tǒng)的功率特性曲線見下圖。,,,,,,,,當發(fā)電機無勵磁調(diào)節(jié)時，電勢 為常數(shù)。此時極限功率為,對應的功角為90。一般情況下，可按 的條件來確定功率極限值以及對應的功角。,8－2 凸極發(fā)電機的功率特性,特點：凸極發(fā)電機的縱軸和橫軸不對稱，,采用等值隱極機法，用計算電勢 和

15、 表示凸極發(fā)電機的等值電路，可得含凸極發(fā)電機的簡單電力系統(tǒng)的功率方程：,若給定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可由 和 ，計算 和 ：,經(jīng)推導，用 表示的功率特性為：,特點：與隱極發(fā)電機相比，多了一項與發(fā)電機電勢 ，即勵磁無關(guān)的兩倍功角的項，該項是由于發(fā)電機縱、橫軸磁阻不同所引起的，稱為磁阻功率。磁阻功率的出現(xiàn)，使功率與功角成非正弦關(guān)系。由

16、 即可求出極限功角以及與之對應的功率極限 。,例9－1 試求單機無窮大系統(tǒng)的功角特性。（1）隱極機，（2）凸極機，,解： （1）,（2）,9 復雜多機電力系統(tǒng)的功角特性：任意一臺發(fā)電機的功率特性的通式：,其中， 和 為相應阻抗角的余角，即：,式中，輸入阻抗 是節(jié)點導納矩陣自導納 的倒數(shù)，轉(zhuǎn)移阻抗 是節(jié)點導納矩陣互導納 的負倒數(shù)。,復雜多機電力系統(tǒng)

17、發(fā)電機功率特性的特點：任一臺發(fā)電機輸出的電磁功率，都與所有發(fā)電機的電勢及電勢間的相對角有關(guān)，因此任何一臺發(fā)電機組的運行狀態(tài)的變化，都要影響到所有其余發(fā)電機的運行狀態(tài)；任一臺發(fā)電機的功率特性，是它與其余所有發(fā)電機的轉(zhuǎn)子間的相對角的函數(shù)，是一個多變量函數(shù)，因此畫不出平面的功率特性。,小結(jié)：功角的基本概念靜態(tài)穩(wěn)定的基本概念暫態(tài)穩(wěn)定的基本概念電壓穩(wěn)定的基本概念頻率穩(wěn)定的基本概念同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程簡單電