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SCU-SEEI-ltq 电力系统分析理论 Autum 2010 Liu Tianqi 第9章 电力系统运行稳定性 电力系统稳定性的基本概念 电力系统的功率特性 (电磁功率特性) 电力系统的小干扰稳定 电力系统的暂态稳定 9.1 电力系统稳定性概念 稳定的一般概念 电力系统稳定性问题 稳定计算分析的目的 电力系统稳定性问题 电力系统功角稳定 电力系统电压稳定 电力系统频率稳定 小干扰：负荷和参数的波动。 如：个别小容量电动机的投切； 架空线风吹摆动等。 大干扰：大容量负荷的突变。 如：大容量负荷的投切； 系统主要元件（发电机 变压器 线路） 的投切； 短路，断线故障。 稳定计算分析的目的 小干扰（静态）稳定: 应用相应的判据，确定电力系统的稳定性和输电线的输送功率极限，检验在给定方式下的稳定储备。 暂态稳定: 在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定性进行校验，并对继电保护和自动装置以及各种措施提出相应的要求。 9.2 电力系统的机电特性 同步电机的转子运动方程 简单电力系统的电磁功率特性 励磁调节对功率特性的影响 1. 发电机转子运动方程 1) 转子运动方程 2). 几何角和电气角 p是发电机的极对数 4) 用标幺值表示的转子运动方程 考虑极对数的定义和几何角与电气角的关系，以及角加速度与参考轴的选择无关 式（9-7）两边同除以基准转矩 标幺值表示的转子运动方程 状态方程形式的转子运动方程 5) 惯性时间常数的意义 令 额定惯性时间常数 多机系统中，第i台发电机的运动方程 2. 简单电力系统的功率特性 1) 隐极式发电机的功率特性 功角特性：传输功率随功角变化的特性 静态（小干扰）稳定性的初步概念 1) 平衡点a的运行特性 稳定极限 简单电力系统静态稳定的实用判据： 稳定极限： 系统保持稳定时发电机所能输送的最大功率。 极限情况为： 静态稳定储备系数：表征系统的稳定程度 2) 凸极式发电机的功率特性 磁阻功率 功率极限 (功率特性图9-5) 3. 励磁调节对功率特性的影响 无励磁调节时发电机端电压的变化 自动励磁调节器对功率特性的影响 用各种电势表示的功率特性 无励磁调节时发电机端电压的变化 自动励磁调节器对功率特性的影响 (1) (9-28)求 (等值电路图9-6) (2)用(9-36) 求 (3)用(9-36)求 小扰动法的原理 简单电力系统的小扰动分析 励磁调节对静态稳定的影响 一、小扰动法的原理 1. 李雅普诺夫运动稳定性定义 2. 线性系统的稳定性 3. 非线性系统的线性近似稳定性判断法 4. 用小扰动法分析电力系统静态稳定的步骤 线性系统的稳定性 X(t)有非零解的必要条件: 非线性系统的线性近似稳定性判断法 非线性系统的稳定性 (1) A矩阵的 所有特征值的实部均为负，线性化方程的解是稳定的，系统稳定 (2) A矩阵有一个特征值的实部为正，线性化方程的解是不稳定的，系统不稳定 (3) A矩阵有零特征值或实部为零，则要考虑非线性部分R(?X)才能判定 4. 用小扰动法分析电力系统静态稳定的步骤 (1) 列各元件微分方程和网络方程 (2) 微分方程和网络方程的线性化 (3) 求线性化小扰动状态方程及矩阵A (4) 对给定运行情况进行潮流计算，求得A矩阵各元素的值 (5) 确定或判断A矩阵特征值实部的符号，判定系统在给定运行条件下是否稳定 二、简单电力系统的小扰动分析法 系统和发电机的条件 不计发电机阻尼作用的静态稳定性分析 计及发电机阻尼作用的静态稳定性分析 1. 系统和发电机的条件 简单电力系统 (单机无穷大系统) 给定运行情况： 隐极式发电机 不计励磁调节作用 2. 不计发电机阻尼作用的静态稳定性 系统状态方程 状态方程的线性化 不计阻尼作用的小扰动方程 稳定性的判定 (1) SEq0 时， p1 , p2 为一正一负两个实根 (2) SEq0 时 p1 , p2 为一对共轭虚数 自由振荡频率 也称为固有振荡频率 不计阻尼作用的静态稳定性分析 3.计及发电机阻尼作用的静态稳定性 阻尼转矩: 线性化的小扰动方程 特征方程和特征值 特征方程和特征值 特征方程和特征值 线性化小扰动方程 特 征 值 由特征值判定稳定与否 9.4 电力系统暂态稳定性 基本假