电力系统运行稳定性的基本概念
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E 2 cos zs V2 P cos z LD z z LD s 2 cos zs z LD
V2 1
E2 zs z 2 s cos zLD zLD
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
用机械参数表示的转子运动方程式
功角既表征了发电机转子之间的相对位移角，也表征了发电机电势之间相
位差，是联系发电机转子机械运动和电气物理过程的重要变量； 电压稳定性主要取决于系统负荷动态特性； 发电机转子运动方程式是分析电力系统稳定性的基础，必须准确理解其中 参数的物理意义及表达形式；
Huazhong University of Science N 相对同步旋转轴的角速度
δij —发电机转 子间的相对位 移角 发电机是否同 步的判断依据
i
Ei
j
Ej
M a 作用在转子上的不平衡力矩 kg m
i j N
i
ij
j
N
同步参考轴
p 发电机转子相对空间静止参考轴的电气角位移 p 发电机转子相对空间静止参考轴的电气角速度
参考轴与发电机电气角位移的定义
i i N
相对同步旋转轴的位移角
i i N 相对同步旋转轴的角速度
d d d N N dt dt dt J d J d N J d dt dt dt
M B SN N
M a* 1.0 TJN
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
转子惯性时间常数
TJN n SN 2.74GD 2 n 2 10-3 ( s ) SN ——转速（rpm） ——额定功率（kVA）
J 2 N TJ ——发电机转子惯性时间常数 SB J 2 N ——发电机额定惯性时间常数 SN
To be continued
0
静止参考轴
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
用电气参数表示的转子运动方程式
dp p dt J d ( p ) p M M M a T e dt d dt J d p M a dt
d dt J d pM p M M a T e dt
M B SB N
J N d p M a p M T M e S B dt MB MB J 2 M a M T M e N 1 d S B N dt MB MB
电力系统运行稳定性的基本概念—负荷稳定的概念
负荷的稳定性：负荷在正常运行中受到扰动后能保持某一恒定转差下继续运行的 能力。
jX
I 2R Me s
V 2 X R V2 2 R s R s X 2 R X s 2 V X s R s R X s V2
E 2 cos zs V2 P cos z LD z z LD s 2 cos zs z LD
单电源供电系统： 没有功角稳定问题 存在电压稳定问题
电力系统运行稳定性的基本概念—电压稳定性的概念
电压失稳机理：与负荷动态特性有关，系统负荷具有自动调节自身等值阻抗 的特性
X d X d XT1
VG T-1 G
L
T-2 V S P+jQ
Eq jX d
jX T 1
VG
jX L jX L
jX T 2 V
P jQ
1 X L XT 2 2
Eq
P
EqV X d
sin
jX d I
V
V
V
电力系统运行稳定性的基本概念—功角的概念
功角的概念
d dt J d M M M a T e dt 式中： J 转子相对空间静止参考轴的 机械角位移 rad 转子转动惯量 kg m s 发电机转子机械转速 rad s
2
参考轴与发电机电气角位移的定义
i i N
大电网稳定事故
1982年8月7日华中电网稳定破坏事故； 1994年南方电网“4.26”事故；
2003年8月14日美加大停电事故 1978年12月19日法国大停电事故 1983年12月27日瑞典大停电事故
1994年南方电网“5.25”事故；
1996年京津唐“5.28”事故； 1999年山西电网“7.20”事故； 2006年华中电网“7.1”事故； 1999年7月29日台湾大停电事故； 1996年8月10日美国西部大停电事故；
电力系统的暂态稳定性：电力系统在运行中受到大的扰动后，能从原来的运行状 态，不失去同步地过渡到新的运行状态，并且稳定运行的能力
VG T-1 G
Eq jX d
L
T-2 V S P+jQ
jX T 1
VG
jX L jX L
jX T 2 V
P jQ
EV 1 X L X T 2 PI q sin 2 X d I X d II X d X T 1 X L X T 2 EqV PII sin X d II 暂态稳定性判据：（ ij t )
d dt d N N M a* M T * M e* dt T T J J
J 2 N TJ ——发电机转子惯性时间常数 SB TJN J 2 N ——发电机额定惯性时间常数 SN
转子惯性时间常数的意义
N d N M a* TJN d N M a* dt TJN d N M a* dt 0 0 dt TJN
a
x
P 1
a x
2
1
0
P f ( )
P0
1
z
b
z
b
0
0
0 1
90
/deg
180
电力系统运行稳定性的基本概念—静态稳定的初步概念
电力系统的静态稳定性：电力系统在运行中受到微小扰动后，独立地恢复到它 原来的运行状态的能力，也称作平衡点稳定性
Pe 0：静态稳定
电力系统运行稳定性的基本概念—暂态稳定的初步概念
i
Ei
j
Ej
d dt J d pM p M M a T e dt
i j N
i
ij
j
N
同步参考轴
0
静止参考轴
电力系统运行稳定性的基本概念—发电机转子运动方程式
转子运动方程式的标幺值形式——对转矩采用标幺值
Huazhong University of Science and Technology
2012-2013学年度第二学期
2013.03.17—2013.05.11
《电力系统分析 》（II）
主讲教师：孙海顺
E-mail：haishunsun@
CH15 电力系统运行稳定性 Huazhong University of Science and Technology 的基本概念
GD 2 ——转动惯量（t m 2）
TJN
多机系统各发电机转子运动方程式
S Ni TJi d 2 i 1 T T ——系统统一功率基准 M M P P ( i 1, 2,..., n ) Ti ei Ji JNi Ti e 2 SB N dt i
ij (t ) i (t ) j (t ) ——判断系统稳定性最直接的判据
I
jX m
I
R s
2M e max Me s scr scr s
M e max
V2 R ; scr 2 X X
2M e max Me M e ( s) ——异步电机转矩转差特性 s scr scr s M M (s) ——异步电机机械转矩特性
电力系统运行稳定性的基本概念—电压稳定性的概念
X d I X d X T 1
电力系统运行稳定性的基本概念—暂态稳定的初步概念
电力系统的暂态稳定性：电力系统在运行中受到大的扰动后，能从原来的运行状 态，不失去同步地过渡到新的运行状态，并且稳定运行的能力
VG T-1 G
Eq jX d
L
T-2 V S P+jQ c’:临界点，功 角增大到此点时 若转速仍高于同 步转速，暂态失 稳
发电机并联运行的稳定性问题 功角的概念
发电机电势间相位差——电气量 发电机转子相对位置——机械量，用电气角度表示
静态稳定的初步概念
暂态稳定的初步概念
负荷稳定/电压稳定的概念 发电机转子运动方程式
电力系统运行稳定性的基本概念—概述
发电机并联运行的稳定性问题
发电机感应电势的频率与其转速有 严格的关系； 全系统统一频率，发电机并联运行 必须严格保持同步； 同步电机转子运动状态，不平衡是 绝对的，平衡是相对的； 功率失衡后的暂态过程中，发电机 之间出现相对运动，能否保持同步， 即同步运行稳定性 表征发电机同步运行的变量：发电 机转子之间的相对位置角——功角
jX T 1
VG
jX L jX L
jX T 2 V
P jQ
EV 1 X L X T 2 PI q sin 2 X d I X d II X d X T 1 X L X T 2 EqV PII sin X d II 暂态稳定性判据：（ ij t )
X d I X d X T 1
Huazhong University of Science and Technology
