电力系统分析第九章.ppt

－* 第九章 电力系统稳定性分析 本章主要分析电力系统的另一种暂态过程——电力系统的机电暂态过程。 在分析电磁暂态过程中，假设旋转电机的转速保持不变，重点研究暂态过程中电流、电压的变化。 属于机电暂态过程的工程技术问题主要是电力系统的稳定性问题。 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，能否经过一定时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。 d轴 q轴 正常运行时发电机与无限大容量系统同步 δ为常数。 若干扰使得发电机转速不为同步转速， δ不为常数。 电流和电压将不断振荡 §9-1 电力系统稳定性的基本理论和数学模型 二、电力系统稳定性的基本概念和定义 功角稳定性：发电机之间失去同步，造成发电机转子之间角度的单调增加或增幅振荡； 电压稳定性：系统中某些节点电压的持续降低，以致负荷中感应电动机堵转或引起其它保护装置的动作； 次同步谐振：发电机组轴系上各质量块之间的扭转振荡。 1. 小干扰稳定性 小干扰稳定性又称为电力系统静态稳定性，要求系统的给定平衡点遭受小扰动后能够保持渐近稳定性。 2. 大干扰稳定性(暂态稳定性) 暂态稳定性是指电力系统受到大的干扰后，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态运行的能力。 §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 基本分析方法和步骤： (1)计算给定稳态运行情况下各变量的取值，即求出对应于无扰运动的平衡点； (2)将微分方程和代数方程在稳态值附近线性化，然后消去其中的代数变量，从而得出一组纯微分方程； (3)根据微分方程系数矩阵A的特征值的性质判别系统的稳定性。 一、简单电力系统的小干扰稳定性分析 单机无穷大系统 发电机采用经典模型，E’恒定 稳态时，有ω(0)=1，Pm(0)=Pe(0)=P(0)。 1. 不考虑阻尼作用(D=0) §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 同步转矩 系数矩阵的特征方程： §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 (1)当给定平衡点属于δ(0)90°，即KS0，特征值为正实数和负实数，显然正实特征值的存在说明给定平衡点是小干扰不稳定的。 (2)当给定平衡点属于δ(0) 90°，即KS0，特征值为一对纯虚数，则相当于Δδ和Δω不断地作等幅振荡。 a’ a’’ b’ b’’ 平衡点b是小干扰不稳定的 KS0是保证系统小干扰稳定的充分必要条件。 §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 在0δ90°范围内，随着δ的增大，KS的数值逐渐减小，相应地系统的小干扰稳定程度降低。 稳定储备系数： 2. 考虑阻尼作用(D≠0) 阻尼转矩 (1)当KS0，即δ(0)90°时，特征值中总有一个正实数，说明平衡点是小干扰不稳定的。 (2)当KS0，即δ(0)90°时，若4ω0TJKSKD2，特征值为两个负实数，平衡点是小干扰稳定的；若4ω0TJKSKD2，特征值为一对共轭复数σd±jωd。系统的稳定性由KD决定。 §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 例9-1 图示简单电力系统中，各元件的参数和系统的运行方式：发电机 ；变压器 ；线路 。试计算当D分别取0、-6.0、6.0时系统的 小干扰稳定性。 解 根据系统的特征值判断稳定性 §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 当D=0时 Δδ和Δω作等幅振荡。 当D=6.0时 Δδ和Δω作衰减振荡，系统小干扰稳定。 当D=-6.0时 Δδ和Δω作增幅振荡，系统小干扰不稳定。 §9-2 电力系统小干扰稳定性分析 三、电力系统低频振荡现象和电力系统稳定器 小干扰不稳定通常表现为全系统线性化微分方程系数矩阵A的特征值中至少出现一对实部为正的共轭复数。 单机无穷大系统，低频振荡产生的原因是当负荷较重时，励磁调节系统放大倍数KA过大，或者时间常数TA过小，或者两者同时存在时，励磁调节系统的影响相当于在转子运动方程式中额外地加入了一个负的阻尼系数，即产生了一个负阻尼转矩。 采用电力系统稳定器(PSS)抑制低频振荡。 在目前实际的多机电力系统中，对于低频振荡现象的解释，大都沿用单机无穷大系统的分析结果，并在部分或全部发电机的励磁系统中加装PSS抑制低频振荡。 §9-3 电力系统暂态稳定性分析 一、电力系统遭受大干扰后的物理过程 遭受大干扰后系统的结构和参数发生了较大的变化，使得系统的潮流及各发电机的输出功率也随之发生变化。 干扰后各发电机组的功率不平衡并不相同，另外各机组的转动惯量也不同，使得各机组转速变化的情况各不相同。 干扰后由于发电机端电压和定子电流的变化，引起励磁调节系统的调节过程； 由于机组转速的变化，引起调速系统的调节过程； 由于网络中母线电压的变化，引起负荷功率的变化。 上述各种变化过程既相互联系，又相互影响，形成一个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。 暂态过程的两种结