6电力系统稳定性分析

矩与机械转矩的平衡关系的能力。
2、功角稳定分类 (1)电力系统静态稳定：指电力系统受到小干扰后，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：指电力系统受到大干扰后，各发电
机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的 能力，通常指第一或第二摆不失步。
(3)电力系统动态稳定：指系统受到小、大干扰后，在自动
（二）电压稳定 1、定义：电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特
性和控制设备的作用，能维持所有母线电压在可接受范围。
2、电压不稳定的原因 电压不稳定现象，一般出现在电源远离负荷中心或愉电系统
带重负荷的情况，当无功电源（发电机、调相机、电容器，
高压输电线）突然切除，或者电力系统的无功电源不足，负 荷（特别是无功负荷）慢慢增加到一定程度时，有可能使电 压大幅度下降，以致发生所谓电压崩喷现象。这时系统中大 量电动机停止转动，发电机甩掉大量负荷，最后导致电力系 统的解列，甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。
a
b

P
b
b
a
b b
PE EqU sin xd0
P 90 b a
0
Eqm
0 b 0 0 PE 90 P 180 a a P a a a T
b b P P a a P P b b b T a a a T b b a a P b b P b b b T P E m q b b
第一节 概述
一、电力系统稳定性的定义 给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果
能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状
态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允
许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统
是稳定的。
二、电力系统稳定性的分类 根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压
稳定于一个固定值。功角稳定，是系统稳定的首要条件。
功角稳定的本质：并列运行的发电机，当它们的电角速度
都相等时，称它们处于同步运行状态。功角稳定的本质就是
系统受到干扰之后，发电机转子的转速可以稳定于同步转速， 这样线路上的电流、电压、发电机输出功率等电磁参数都能
在扰动之后能保持稳定。
功角稳定取决于系统中每一台发电机维持或恢复其电磁转
如（a）图所示，在点a切除无功电源，电压下降，到点
b
电压崩喷，到点 c 局部电力系统瓦解。
如（b）图所示，由于负荷（特别是无功负荷）的逐渐增加，
到点 a 开始电压崩溃，到点 b 开始发生振荡。
E U q 功 角 特 性 ： P s in, 称 为 功 角 。 E x d
无功电源切除电压崩溃 负荷增加电压崩溃
2、 减小元件的电抗 （1）采用分裂导线 （2）提高线路额定电压 输电线路电抗的标么值与电压的平方成反比 （3）采用串联电容补偿 一般，串联电容补偿度 愈大，线路 V 等值电抗愈小，对提高稳定性愈有利。 但补偿度 过大，可能造成很大的短路电流，还可能出现负阻 尼效应。


3、改善系统的结构和采用中间补偿设备
a点：静态稳定运行点 b点：静态不稳定运行点
P M P 0 K 稳定判据：整步功率系数 p P 100% 0
a a
三、提高系统静态稳定性的措施 1、利用自动调节励磁装置 2、减小元件的电抗 3、改善系统的结构和采用中间补偿设备

1、利用自动调节励磁装置 ' E 无自动调节励磁器： q 基本恒定

大干扰：短路故障，突然断开线路、变压器或发 电机，大量负荷的切除或投入等。 系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态 有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。

二、暂态稳定物理过程分析 1、各阶段功角特性

正常运行 发生短路
EU P sin II X II
EU P sin III X III
aaPP a a aT a aP 90 0 b E
非周期失稳
dPE 0 d
PM
a

a
b
b b
转移到a点
d ( 1) 0 dt d 1 ( PT P E ) dt TJ
b
P
a
b
b
a
b b

自动调节励磁器作用一般： 自动调节励磁器作用很强：
U
PE q m
PU G m
PUmPEqmPEqm
G
PE q m
G
基本恒定 基本恒定 1.15 自动调节励磁 90° 器可增大极限 L 点功率、极限 功角和静态稳 定储备系数， 即可增强系统 静态稳定性。
2.52
1.813
124.68° 117.15°
• （1）增加输电线路的回路数 • （2）中继电力系统和中继补偿设备
G
～
PUm Pq PEm G Em q
G
～
PUm Pq PEm G Em q
可互换功率
G
～
调相机 静止电容器 输电线路中间降压站
地方电力系统
中间点电压得到维持，减小系统之间的电气距离
第三节 电力系统暂态稳定
一、暂态稳定的概念 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 稳态运行状态的能力。暂态稳定研究的是电力系统在 某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。
PE EqU xd sin

1800
a
b
a
b
b点是静态不稳定运行点
0
图7-1 (b)
aaPP a a aT a aP 90 0 b E
• a点稳定，处于功角特性的上升沿，该点的斜率大 于0；b点不稳定，处于功角特性的下降沿，该点 的斜率小于0。 • 简单系统的稳定判据：运行点处功角特性的斜率 （导数）大于0，即： P M P 0 K (7-2) 整步功率系数 p P 100%
a点：小扰动后能自行恢复到原先 的平衡状态，静态稳定运行点。
1800
a a P P b b P P
图7-1 (b)
a T a a a
b b T b
b
a
aaPP a a aT a aP 90 0 b E
b
a
b
PM
a

a
d ( 1) 0 dt d 1 ( PT P E ) dt TJ
b
P
a
b
b
a
b b
PE EqU xd sin
短路切除
EU X X X I I I I I I P sin I P P P X I I m a x I I I m a x I m a x I
注意发电机模型与静态稳定分析的不同
P
PI PIII PT PII
0
δ

PT P 0
自发振荡， 静态失稳
0
0
非周期性失步， 静态失稳
静态稳定
0
0
0
0
0
0

二、简单电力系统静态稳定的物理过程分析 d
a
a
b
PM
a

a
( 1) 0 dt d 1 ( PT P E ) dt TJ
b
P
a
b
b
a
b b
PE EqU xd sin
0
PEqm 900
K X c c X
PE
PUmG PEmq PEmq
180 0
00
PUmPEqmPEqm
G
c b a
PUmPEm Em P
G q q
PU G m
E
q
P
0
0
PE
PEqm 900
PUmG PEmq PEmq
180
0
00
• 无自动励磁调节器时， 稳定极限由SEq=0确定， 为图中的a点。 • 安装电压偏差比例式励 磁调节器，如果Ke （偏差放电倍数）选择 合适，稳定极限近似由 SE’q=0确定，为图中的 b点。 • 安装PSS或强力式调节 器，稳定极限近似由 SUG=0确定，为图中的 c点。
0
整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。 整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步 功率系数等于0，则是稳定与不稳定的分界点，即静 态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对 应的功角就是功角特性的最大功率所对应的功角。
• 静态稳定储备系数
K ( 15 % ~20 %) p
P
0
稳定极限点对应的功率
第一部分 电力系统基础主要内容
• • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 电力系统的基本概念 电力网元件参数及等值电路 电力系统潮流计算 电力系统运行方式的调整和控制 电力系统故障分析 电力系统稳定性分析
第六章 电力系统稳定性分析
• 第一节 概述 • 第二节 电力系统静态稳定 • 第三节 电力系统暂态稳定
稳定和频率稳定三类。
（一）功角稳定
G
～
E q
不考虑发电机的励磁调节器作用——空载电势Eq恒定 不考虑原动机调速器的作用——发电机的机械功率PT恒定

xd
xT
U G
U L
U I
xL
1、功角稳定的含义和本质
功角δ
：发电机电势与系统电压的相角差。
功角稳定性：即系统受到干扰之后，Ｅq与Ｕ之间的夹角能
b
a

PM
a

a
d ( 1) 0 dt d 1 ( PT P E ) dt TJ
b
a
a
周期衰减振荡
P
t 0
a
b
b
a
b b
PE EqU xd sin
t
b
1800
t 0
a点是静态稳定运行点
a
图7-1 (b)
调节和控制装置的作用下，不发生振幅不断增大的振荡而失
步，即保持长时间运行稳定性的能力。
远距离输电线路的输电能力受这3种稳定能力的限制，有一个极限。它
既不能等于或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定
极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因而线路输
送能力相对国外来说要小一些。
（三）频率稳定 1、定义：电力系统在受到扰动后，凭借系统本身固有的特
性和控制设备的作用，能维持系统频率在可接受范围。
2、频率不稳定的原因： 电力系统的频率不稳定现象出现在有功电源开断或负荷突然
增大时，由于电源和负荷间有功功率的严重不平衡，会引起
电力系统领率突然大幅度下降，威胁电力系统的正常运行 （如汽轮机叶片强烈振动，发电厂辅助机械的不正常工作）。 如果不立即采取措施，使频率恢复正常，将会使整个发电厂 解列，电力系统有功功率不平衡加剧，频率进一步下降，产 生所谓频率崩溃现象，导致全系统的瓦解。
EU U2x x PEq sin d qsin2 xd 2 xx d q
某一运行情况下的输送功率
根据我国现行的《电力系统安全稳定导则》：
正常运行方式的静态稳定储备要求 Kp 10 % 事故后运行方式的静态稳定储备要求
P
M
简单系统中发电机为凸极机时的静态稳定分析
PEm
90
0

a
1800
b点：小扰动后，转移到a点或失 去同步，静态不稳定运行点。
b b P P
b b T b

b
a
图7-1 (b)
aaPP a a aT a aP 90 0 b E
曲线
1 表示电力系统失去少量电源△P，但电力系统尚有 2 表示失去很大电源△P ，同时电力系统又无足够备
足够的备用电源，所以能够很快使频率恢复。
曲线
用电源，所以频率就一直下降，以至崩溃。
t
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第二节 电力系统静态稳定
一、静态稳定的概念 静态稳定是指电力系统在某一正常运行状态下受到 小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢 复到原始运行状态的能力。静态稳定问题实际上就是 确定小扰动下系统的某个运行稳态点能否保持。