第十七章 电力系统暂态稳定性

nullnull 《电力系统 》（II）Huazhong University of Science and Technology 主讲教师:马佳E-mail：majia@hust.edu.cnCH17 电力系统暂态稳定性暂态稳定分析计算的基本假设 简单电力系统暂态稳定的分析计算 各种运行情况下的功率特性 大扰动后的转子的相对运动 等面积定则，极限切除角，暂态稳定性极值比较法 发电机转子运动方程的数值解法 复杂电力系统暂态稳定的分析计算 暂态稳定实际计算中系统各元件的数学模型CH17 电力系统暂态稳定性电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设电力系统机电暂态过程的特点 大扰动形式（扰动性质已知，可定量） 大容量负荷投切； 发电机、线路、变压器等元件投切； 短路故障； 机电暂态过程特点 电磁暂态过程：运行变量快速变化，电压电流磁链的非周期分量，ms级； 机械暂态过程：运行变量慢速变化，功角转速等，转子运动方程，秒级； 暂态稳定分析：考虑发电机转子运动的机电相互作用，关注功角随时间变化基本假设 忽略发电机定子电流非周期分量和转子电流周期分量对转子运动的影响； 发电机定、转子绕组电流、系统电压、发电机电磁功率均可以突变； 发电机Park方程中定子绕组电压方程为代数方程，电力网络各元件的电磁暂态亦忽略不计； 发生不对称故障时，不计负序和零序电流对转子运动的影响； 忽略暂态过程中发电机附加损耗 不考虑频率变化对系统参数的影响电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设基本假设 发生不对称故障时，不计负序和零序电流对转子运动的影响；基本假设 忽略发电机定子电流非周期分量和转子电流基频分量对转子运动的影响； 发电机定、转子绕组电流、系统电压、发电机电磁功率均可以突变；电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算的基本假设近似计算中的简化 对发电机采用简化的数学模型 转子绕组只有自由直流分量 阻尼绕组开路 大扰动瞬间，励磁绕组总磁链守恒 保持不变，原因：时间常数大（秒级），有强励电流增量补偿 实用计算中，可假定E’保持不变，发电机模型用E’，X’d表示 不考虑原动机调速作用 电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算各种运行情况下的功率特性 发电机采用暂态电抗的暂态电势表示； 不考虑原动机调速器的作用电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算——大扰动后发电机转子的相对运动第一摇摆考虑阻尼电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算等面积定则 Sabcd——加速面积，转子动能增加； Sdefg——减速面积，转子动能减少； Sdefs’——最大可能减速面积；电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算极限切除角 Sabcd——加速面积，转子动能增加； Sdes’——最大可能减速面积；功角单位为：rads电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—简单电力系统暂态稳定的分析计算简单电力系统暂态稳定判断的极值比较法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法分段计算法 将计算时段（比如 T=5s）分为很小的区间，一般取区间间隔为0.01s，称为计算步长； 每个步长区间内，近似认为转子作恒加速运动；加速度与转子不平衡功率对应电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法分段计算法 将计算时段（比如 T=5s）分为很小的区间，一般取区间间隔为0.01s，称为计算步长； 每个步长区间内，近似认为转子作恒加速运动；电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法分段计算法 将计算时段（比如 T=5s）分为很小的区间，一般取区间间隔为0.01s，称为计算步长； 每个步长区间内，近似认为转子作恒加速运动；电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法分段计算法 将计算时段（比如 T=5s）分为很小的区间，一般取区间间隔为0.01s，称为计算步长； 每个步长区间内，近似认为转子作恒加速运动；电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法改进欧拉法算法原理 微分方程初值问校正预估欧拉法改进欧拉法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法改进欧拉法算法原理 改进欧拉法的递推公式校正预估欧拉法改进欧拉法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法电力系统暂态稳定性—发电机转子运动方程的数值解法改进欧拉法与分段计算法精确度相同，对简单电力系统（包括某些多机电力系统的简化计算），分段计算法计算量小得多改进欧拉法的递推公式对系统扰动（故障/操作）发生后的第1个时间段的计算，改进欧拉法直接按扰动发生后的网络计算电磁功率；不同于分段计算法电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)Step2 计算正常状态下的发电机电势与功角Step3 各种状态下的发电机电磁功率特性电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)一回线路首端f点发生三相短路；0.1秒后线路两端断路器跳闸；判断系统暂态稳定性Step1 各种状态下的系统等值电路及发电机对系统转移阻抗Step2 计算正常状态下的发电机电势与功角电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)Step4 绘制发电机各种状态下的功率特性Step5 计算极限切除角 Step6 计算故障切除时刻发电机的功角——应用分段计算法；暂态失稳电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)一回线路首端f点发生两相短路接地；0.1秒后线路两端断路器跳闸；判断系统暂态稳定性Step1 各种状态下的系统等值电路及发电机对系统转移阻抗电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)Step2 计算正常状态下的发电机电势与功角Step3 各种状态下的发电机电磁功率特性电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-1)Step4 绘制发电机各种状态下的功率特性Step5 计算极限切除角 Step6 计算故障切除时刻发电机的功角——应用改进欧拉法；暂态失稳0.02 0.04 0.06 0.08 0.10电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)电力系统暂态稳定性—暂态稳定分析计算举例(Ex19-3)Step8 若采用自动重合闸成功，求极限重合闸角和极限重合时间tRlim0.94 0.95 0.96电力系统暂态稳定性—复杂电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—复杂电力系统暂态稳定的分析计算复杂电力系统大扰动后各发电机转子运动的特点G1加速G2减速发生大扰动时，各发电机输出电磁功率按照扰动后的网络特性重新分配； 有的发电机承受因电磁功率小于原动机力矩而加速，有的则反之；电力系统暂态稳定性—复杂电力系统暂态稳定的分析计算电力系统暂态稳定性—复杂电力系统暂态稳定的分析计算复杂电力系统暂态稳定的近似计算 经典模型 发电机用暂态电抗后的暂态电势表示 负荷用恒定阻抗表示 不计原动机的调节作用，PTi=常数计算初始潮流，确定各发电机电势、功角、电磁功率等变量的初值； 确定系统扰动发生时刻（故障时刻、故障切除时刻、重合闸时刻，等），计算各种状态下的发电机电磁功率； 采用分段计算法/改进欧拉法计算各发电机功角随时间变化的曲线；稳定性判据：发电机之间功角差变化趋势，（计算判据：>180°）；本章小结本章小结Huazhong University of Science and Technology暂态稳定的判别依据是并列运行发电机转子之间的相对位置角（相对功角）在扰动发生后随时间变化的趋势，为此需求解转子运动方程式； 由于发电机转子运动具有机械惯性，暂态稳定计算时常采用简化假设，忽略对转子运动影响不大的快速变化过程，要理解各种简化假设条件成立的原因； 等面积定则可用于简单电力系统暂态稳定性的分析，该具有物理概念明确的优点，但是对于3机及以上的多机系统，该方法难以应用； 基于等面积定则的简单电力系统暂态稳定性极值判别法，包括转子运动方程的数值解法，是本科课程要求掌握的基本，学生应能做到熟练应用；习题习题Huazhong University of Science and Technology补充题：考虑暂态电势E’q为常数，列写复杂电力系统暂态稳定计算的程序流程，给出相应的计算公式；Ex 17-1，17-2，17-6 nullTo be continuedHuazhong University of Science and Technology