,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力工程,电力工程,第四章 电力系统稳定性,第一节 稳定性基本概念,第四章 电力系统稳定性第一节 稳定性基本概念,60,年代以来，国际上出现过多次大面积停电事故。例如，,1977,年,7,月,13,日，美国纽约电力系统由于遭受雷击，保护装置不正确动作，调度中心掌握信息不足以及通信困难等原因，造成事故的连锁发展和扩大，致使全系统瓦解。事故前后延续,25h,，影响,900,万居民供电，直接和间接经济损失达,3,5,亿美元。,60年代以来，国际上出现过多次大面积停电事故。例,1978,年，在意大利发生切除,2500,万,kW,负荷达,1,小时的事故。,1978,年，法国发生切除,3000,万,kW,负荷（其中,70,为法国电力系统负荷）长达,30min,以上的事故。,1980,年，南斯拉夫发生一次系统性事故，,70,负荷停电，为了回复供电从邻国获得,90,万,kW,的电力,1978年，在意大利发生切除2500万kW负荷达1小时,一、基本概念,电力系统中各同步发电机只有在同步运行状态下，其送出的电功率为定值，同时在电力系统中各节点的电压及支路的功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。反之，如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电功率和全系统各节点电压及支路的功率将发生很大幅度的波动，如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续地处于失步状态，即电力系统失去稳定的状态，保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。只有在保持电力稳定的条件下，电力系统才能不间断地向各类用户提供合乎质量要求的电能。,一、基本概念 电力系统中各同步发电机只有在同步运行状态,电力系统稳定问题的出现最早应追溯到本世纪初。当同步发电机由单机运行发展到与其他同步发电机并列运行后，就出现了同步发电机间并列运行的稳定性，也就是电力系统稳定问题。开始时，由于电网比较紧凑，同步发电机间的电气联系比较紧密，所以只有在少数特殊情况下才出现稳定问题。随着电力系统规模的扩大，传输距离越来越长，特别使从远方水电厂到负荷中心的长距离输电线的出现，由于发电机间的联系比较松散，就出现了输送功率的稳定极限问题。,电力系统稳定问题的出现最早应追溯到本世纪初。当同,电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行方式下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，而是随着时间不断增大或振荡，则系统是不稳定的。,电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状,下面如图的简单系统为例来加以说明稳定性概念。,下面如图的简单系统为例来加以说明稳定性概念。,到目前为止，国际上还没有统一的有关电力系统稳定的分类标准。电力系统稳定一般按电力系统承受干扰的大小分为静态和暂态稳定两大类。所谓小干扰或大干扰只是相对的和有条件的区分，很难用具体的数值来给定。小干扰一般指正常的负荷波动；大干扰则用以指电力系统各元件中的短路故障或突然断开等。,到目前为止，国际上还没有统一的有关电力系统稳定的分,小干扰对系统行为特性的影响一般与干扰的大小和发生的地点无关，在稳定运行的周围，可以使系统线性化，其研究结果不是确定电力系统、运行参数对原始稳态运行值的偏移值，而是确定运行参数变化的性质，得出稳定或不稳定的结论。大干扰时，电力系统的运行参数将发生很大的偏移和振荡，所以必须考虑电力系统的非线性特性，从电力系统的机电暂态过程来判断系统稳定性。,小干扰对系统行为特性的影响一般与干扰的大小和发生的,1981,年水力电力部制订的,电力系统安全稳定导则,中对电力系统稳定作了如下规定：,1,）电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。,2,）电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。,3,）电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。,1981年水力电力部制订的电力系统安全稳定导则,第二节 电力系统的静态稳定,第二节 电力系统的静态稳定,电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰，不发生自振荡或非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻受到小的干扰。例如，个别电动机的接入和切除或加负荷、减负荷；又如架空输电线路因风吹摆动引起的线间距离（影响线路电抗）的微小变化；另外，发电机转子的旋转速度也不是绝对均匀的。因此电力系统静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。,电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰，不发生自,一、简单电力系统的功角特性,一、简单电力系统的功角特性,二、静态稳定分析,二、静态稳定分析,1,系统运行点的静态稳定性,若不计原动机调速器的作用，则原动机的机械功率不变,P,T,。假定在某一正常运行情况下，发电机向无限大系统输送的功率为,P,0,，由于忽略了电阻损耗以及机组的摩擦、风阻等损耗，,P,0,即等于原动机的机械功率。由图可以看出，当输送,P,0,时，可能由两个运行点,a,和,b,（即由两个,值，其,P,E,=P,0,=P,T,）。,1系统运行点的静态稳定性 若不计原动机调速器的作用,（,1,）先分析,a,点的运行情况,如图所示，如果系统中出现某种瞬时的微小扰动，使功角,增加了一个微小增量,，则发电机输出的电磁功率达到与图中,a,相对应的值。这时，由于原动机的机械功率,P,T,保持不变，仍为,P,0,，因此，发电机输出的电磁功率大于原动机的机械功率，即转子过剩转矩为负值，因而，发电机转子将减速，,将减小。由于在转动过程中存在阻尼作用，经过一系列微小振荡后运行点又回到运行,a,点。,（1）先分析a点的运行情况 如图所示，如果系统中出,同样，如果小扰动使,减小了，则发电机输出的电磁功率为点,a,的对应值，这时输出的电磁功率小于输入的机械功率，转子过剩转矩为正，转子将加速，,将增加。同样经过一系列振荡后又回到运行点,a,。由上可见，在运行点,a,，当系统受到小扰动后能够自行恢复到原先的平衡状态，因此系统使静态稳定的。,同样，如果小扰动使减小了，则发电机输出的电磁功率,（,2,）分析,b,点的运行情况,b,点的运行情况则完全不同，如果小扰动使,b,有个增量,，则发电机输出的电磁功率将减少到与,b,对应的值，小于机械功率。过剩的转矩为正，功角将进一步增大。而功角增大时，与之对应的电磁功率又将进一步减小。这样继续下去，功角不断增大，运行点不再回到,b,点。,的不断增大标志着发电机与无限大系统周期性的失去同步，系统中电流、电压和功率大幅度地波动，系统无法正常运行，最终导致系统瓦解。,（2）分析b点的运行情况 b点的运行情况则完全不同，如,如果小扰动使,b,有个负的增量,，情况又不同，电磁功率将增加到与,b,对应的值，大于机械功率，因而转子减速，,将减小，一直减小到小于,a,，转子将获得加速，然后又经过一系列振荡，在,a,点抵达新的平衡。运行点也不再回到,b,点。因此，对于,b,点而言，在受到小扰动后，不是转移到运行点,a,，就是与系统失去同步，故,b,点是不稳定的，即系统本身没有能力维持在,b,点运行。,如果小扰动使b有个负的增量，情况又不同，电磁,2,、静态稳定判断,（,1,）静态稳定判据,我们进一步观察,a,、,b,两个点的异同，以便于找出某些规律来判断系统的稳定与否。,a,、,b,两点对应的电磁功率都等于,P0,，这是它们的共同点。但是,a,点对应的功角,a,小于,90,，在,a,点运行时，随着功角,的增大电磁功率也增大，随功角,的减小电磁功率也减少。而,b,点对应的功角,b,则大于,90,，在,b,点运行时，随功角,的增大电磁功率反而减少，随功角,的减小电磁功率反而增大。,2、静态稳定判断 （1）静态稳定判据,换言之，在,a,点，两个变量,P,E,与,的符号相同，则,P,E,/,0,，或改写成,dP,E,/d,0,（可简写成,dP,/d,0,）；在,b,点，两个变量,P,E,与,的符号相反，则,P,E,/,0,或,dP,E,/d,0,时，系统时稳定的；,dP,E,/d,0,时，系统是不稳的。即根据,dP,E,/d,是否大于零可以判断系统静态稳定与否。,换言之，在a点，两个变量PE与的符号相同，则,综上所述，对于目前所讨论的简单系统，其静态稳定的判据为：,综上所述，对于目前所讨论的简单系统，其静态稳定的,(2),比整步功率,通常把,称为比整步功率，其,大小可以说明发电机维持同步运行的能力，即说明静态稳定的程度。由功率公式可以求得：,(2)比整步功率通常把称为比整步功率，其大小可以说明发电机维,电力工程第12次课电力系统稳定性基本概念ppt课件,当,90,时，比整步功率为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的；但当,越接近,90,，比整步功率就越小，稳定的程度就越低；当,=90,时，,=0,，这是稳定与不稳定的分界点，正好在这一点达到功率极限,P,M,(,见图,4-4),。将此点称为静态稳定极限点，与之对应的功率称为静态稳定极限。,当 90时，比整步功率为正值，在这个范围内,（,3,）静态稳定储备系数,在实际运行时，为了整个系统的安全运行，应该使运行点离稳定极限有一定的距离，即保持有一定的稳定储备，以便使系统有能力应付经常出现的一些扰动而不致丧失静态稳定，稳定储备的大小通常用静态稳定储备系数来表示，即：,式中,P,0,某一运行方式下输送功率,MW;,P,M,静态稳定极限，,MW,。,（3）静态稳定储备系数 在实际运行时，为了整个,通常可以认为，,K,p,值的大小表示了电力系统由功角特性所确定的静态稳定度。,K,p,越大，系统静态稳定程度越高，但输送功率却受到限制。反之，,K,p,值过小，则系统静态稳定程度小，大大降低了系统运行的可靠性。,通常可以认为，Kp值的大小表示了电力系统由功角特性,我国现行的,电力系统安全稳定导则,规定，系统在正常运行方式下,K,p,应不小于,15,20,；在事故后的运行方式下，,K,p,不应小于,10,。所谓事故后的运行方式，是指事故后系统尚未恢复到它原始的正常运行方式的情况，此时由于部分设备,(,包括发电机、变压器、线路等,),退出运行，可以暂时降低对稳定储备的要求，但应尽快地采取措施以恢复系统正常运行。,我国现行的电力系统安全稳定导则规定，系统在正,三、提高系统静态稳定性的措施,功率极限值越高，静态稳定储备越大，则系统的静态稳定性越高。因此，总的来看，提高电力系统的静态稳定性，主要在于提高稳定功率极限，也就是提高传输功率极限。,由式,可知，发电机稳定,三、提高系统静态稳定性的措施 功率极限值越高，静态稳定储,极限值，可以从提高系统电压、发电机的端电势,E,0,和减少系统各元件的电抗这三方面着手。下面分别从这几方面分析，提出提高电力系统静态稳定性的措施。,由式,可知，要提高功率,极限值，可以从提高系统电压、发电机的端电势E0和减少系统,1,提高系统电压,U,2,提高发电机的端电势,E,0,3,减小系统各元件的电抗以提高功率极限,（,1,）减小发电机电抗。,（,2,）减小变压器电抗。,（,3,）减小输电线路的电抗，这是具有实际意义的一种途径。,a,）采用分裂导线,b,）采用串联电容补偿,1提高系统电压U,电力工程第12次课电力系统稳定性基本概念ppt课件,电力工程第12次课电力系统稳定性基本概念ppt课件,Thank You!,Thank You!,