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电力系统稳定运行的基本概念PPT(共 55张)

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第15章 电力系统运行稳定性的基本概念

第15章 电力系统运行稳定性的基本概念
单机接无穷大母线的相量图→ 轴同相位→ 单机接无穷大母线的相量图→Eq 与转子q 轴同相位→ δ 反映发 电机q 轴轴线与同步旋转V 之间的相角差
Pe P1 P0
PT 1 0
Pe = f (δ) PT
Pe
Eq
δ1
Eq
ωN
PT
o δ0 δ1 δ
δ0
V
ωN
15.2 功角的概念
3. 功角 与发电机转子运动的关系 功角δ
15.2 功角的概念
1. 引出
本节目标：什么是功角？ 本节目标：什么是功角？它如何把发电机转子运动与电力系统 联系起来？其含义如何？ 联系起来？其含义如何？
15.2 功角的概念
2. 什么是功角？ 考虑单机—无穷大系统，隐极机 什么是功角？ 考虑单机—无穷大系统，
jIX.
dΣ
X d ∑ = X d + XT1 +
θ =pΘ ω = pΩ α = pA
极对数
J d 2θ = MT - M E 2 p dt
15.7 发电机转子运动方程
3. 功角表示的转子运动方程
发电机和同步旋转轴相对于静止轴的电气角
θi = ∫ ωi dt + θi0
0 t
Jd θ = MT - M E 2 p dt J d 2δ = MT - M E 2 p dt
2
θ N = ωN t + θ N0
发电机相对于同步旋转轴的电气角 δi = θi - θ N
= ∫ (ωi - ωN )dt + θ0 - θ N0
0 t
dδi dθi = = ωi - ωN dt dt
d 2 δi d 2 θi dωi = 2 = 2 dt dt dt

电力系统运行的稳定性分析PPT课件

电力系统运行的稳定性分析PPT课件
电力系统中的各同步发电机只有在同步运行(即所有发电机以相同的速度旋 转)状态下，送出的电功率为定值，并维持系统中任何点的电压、频率和功率潮 流为定值。
如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电 压及相应线路的潮流将发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能 迅速恢复同步，即电力系统失去了稳定运行的状态。这种由于机组失去同步造成 的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题。
。
第1页/共57页
第一节 概述
一、基本概念：
3.功角：表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发电机电势间的夹
角。
传输功率的大小与相位角δ密切相关，称δ为“功角”或“功率角”。
~
E q
jxd
jxT 1
U=常数
ω
jx L
U U0 jxT 2
Èq
q
第2页/共57页
δ
IU
第一节 概述
二、电力系统的稳定性分析
Xd
PE=P0与功率特性曲线有两个交点a和b， 即电机的两个运行点。 下面就对a点 和b点进行分析
第23页/共57页
a点扰动过程分析：
稳态时： d d 0 0
扰动使a→a´→δ↑(δ+Δδ) ,PEa´>P0 →ΔPa ´=PT-PEa´<0→ΔM<0→减速→δ↓→a´→a a→a"→δ↓（δ-Δδ）, PEa">P0 →ΔPa"=PT-PEa">0→ΔM>0→加速→δ↑→a"→a
第16页/共57页
二．隐极发电机的功-角特性
-----即发电机的电磁功率与功角之间的关系 一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统

电力系统运行稳定性的基本概念

电力系统运行稳定性的基本概念
结论：a —— SEP ，b —— UEP
判据：dMe/ds>0
实际： s=5 %左右
注意： IM失稳过程中 (n↓、s↑ → s=1、n=0 )
吸收大量Q——可能导致系统电压失稳！
15-6 电压稳定性的概念
定义：系统维持各节点电压在允许范围内的能力
1、单端供电系统的传输功率特性：
V
E2
1
zs zLD
TJ N

J2N SN
2 J2N SN
2
2H
2、时间意义：
d J dt Ma
MB MN SN / N
TJ N
d * dt

M a*
MT* M / M N 1 , Me 0
1

TJ N
0 d*
M a*
dt
0
V
ψ
Lqiq
α
δI
d轴 Ldid
δ
ψfd
b相轴线
c相轴线
15-2 发电机转子相对位置和电势相位——功角的概念 3、δ与(同步/功角)稳定性的关系
Eq
fd
G
v
N
V
G
正常稳定 运行状态
P P G.m
G.e
0 const
G N
扰动
过渡过程
P P G.m
G.e
G
t
——在c点附近若干次震荡后→ c
t
c点：SEPNew → PT = Pe 、ωG=ωN 、δ= δc
15-4 暂态稳定的初步概念 2、暂态稳定过程分析
(2) 不稳定情形：
运行点 过c后: c → c’， PT < Pe，—— c’ ：△ω >0 → δ ↑——越过c’ ——PT > Pe → ωG ↑ 、δ ↑ ↑ → Pe ↓ ↓ → ωG ↑ ↑ →----- → 运行点“ 一去不复返” ！

电力系统运行稳定性的基本概念

电力系统运行稳定性的基本概念
暂态稳定的概念
∆ω < 0, σ ↓ ，工作点向c移动 → 惯性使其越过c而在b点∆ω＝0，
σ不再减小而为σ min。
由于各种损耗功角变化是一种减幅振荡
最后在点c处，同时达到 ∆ω = 0 和 ∆Pa = 0 ，建立了新的稳定运行
7
过程另外结局： 从点c开始，转子减速，相对速度 ∆ω 减小。因为 ∆ω > 0 ，所以功角仍增大。 如果 ∆ω 还未降到零时，功角已达到临界 角 δ cr（对应 c′ 点），则因为 ∆ω > 0 ，故 功角将继续增大而越过点 c′ ，→转子不平 衡转矩→加速。
定义
J Ω2 N TJ = S B 为惯性时间常数。
d 2δ 1 1 M T∗ − M e∗ =( PT∗ − Pe∗ ) =∆Pa ∗ × 2 = ∆M a ∗ = ω N dt ω∗ ω∗ t tB = 1 t= = ω Nt ∗ ωN tB TJ
d 2δ TJ∗ 2 = ∆M a ∗ dt∗
11
∆δ = δ a′ − δ a ∆Pe = Pa′ − P0 PT = P0 →制动性转矩，发电机转速下降，功角 减小。衰减振荡后→恢复到运行点a。
a′
a ′′
∆δ = δ a′′ − δ a
∆Pe = Pa′′ − P0
→加速性的不平衡转矩→恢复到点a。
结论：在点a的运行是稳定的。
4
b点：
正的： ∆δ = δ b′ − δ b 负的： ∆Pe = Pb′ − Pb
暂稳概念： 指正常运行的电力系统，受到大的扰动后，能否不失去同步地过渡 到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地运行。 暂稳判据： 等面积定则，加速面积≧减速面积； 摇摆曲线的绘制。
8
15-7 发电机转子运动方程

第九章 电力系统稳定的基本概念课件

第九章 电力系统稳定的基本概念课件

58
说明：
①面积原则仅适用于简单电力系统； ②对于多机系统，面积原则不适用，通常用相对
功角的变化趋势予以判定。
59
9.4 提高电力系统稳定性的措施
提高静态稳定性：增加发电机的电势； 减小系统各元件的电抗。
提高暂态稳定性：减小暂态过程中作用 在发电机转轴上的不平衡转矩以及不平 衡转矩作用的时间。
14
15
9.1 同步发电机的机电特性
转子的运动特性
电磁功率的变化特性
一、同步发电机的功角特性
16
隐极机
无限大容量母线
T- 1
L
G
E q jXd
jXL jXT1
jXL
T- 2 V
PQ
jXT2 V
I
• 不考虑电 阻及导纳
系统总阻抗： 发电机输出电磁功率：
X d
Xd
XT1
1 2
XL
XT2
Pe P VI cos
30
9.2 静态稳定的概念
在小干扰作用下，系统运行状态将偏离原来的 运行状态（即平衡点），若干扰不消失，系统具有 能自动在偏离原来平衡点很小处建立新的平衡点； 或当干扰消失后，系统具有能自动回复到原有的平 衡点的能力，则称电力系统是静态稳定的。
电力系统的静态稳定问题实际上就是确定系统的某个运行稳态能否 保持的问题。
正常运行时，转矩平衡，转速恒定
23
Pe
Eq
PT
wN
wN
送端系统 PT=Pe=P0
受端系统
0
V
24
Pe
Eq
PT
wN1
wN
V
0：PT>Pe 1： PT1=Pe
Eq
Pe

电力系统的稳定性ppt课件

电力系统的稳定性ppt课件

加速转矩
如后图曲 线3所示
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
同理：
如后图曲线4 所示
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 3 4
4、
而
即提高系统输电能力。
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
提高静态稳定的措施
具体措施：
A 、采用强有力的励磁控制－自动励磁调节器，即 提高发电机内电势；
B、减小元件电抗
超高压输电目前多用自耦变－电抗小，减小线路电抗，如 采用分裂导线、串联电容补偿等。
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
（正常，不小于15%）
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
简单电力系统的静态稳定性
2、小干扰的类型
小负荷的投入、切除 气温、气压等因素引起的系统参数的变
化 发电机出力的轻微变化
第八章 电力系统的稳定性 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
简单电力系统的静态稳定性
(Transient Stability) 暂态稳定的定义 大干扰的类型 单机无穷大系统暂态稳定的分析 提高暂态稳定的措施

电力系统稳定运行课件


第二节 同步发电机的功角特性
其相量图如图5-1所示，有相量图可得：
Eq cosIxdsinU
Eqsin Ixdcos
（5-3）
将式（5-3）代入式（5-1），经整理后可得
PEq
EqU xd
sin
（5-4）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第二节 同步发电机的功角特性
电磁功率特性曲线上的最大值，称为共极限，功率极限可由
d P 0 的条件求出。对于无调节励磁的隐极式发电
d
机，E
=常量。由
q
dPEq
d
EqU cos 0
xd
，求得功率极限对应的
角度，于是功率极限为
P EqmE xq dU sinEqmE xq dU sin90oE xq dU （5-5）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
EqUsinU2xdxqsin2
xd
2 xdxq
（5-7）
第五章 电力系统稳定运行 一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利
第二节 同步发电机的功角特性
对于无自动调节励磁装置的发电机与无限大容量电力系统母线连接时， 则有Eq=定值，U=定值。取不同的δ值代入式中，可以绘制出此种状态下发 电机有功功率的功—角特性曲线，如图5-4所示。有图可见，由于直交轴同 步电抗不相等Xd≠Xq，出现了一个按2倍功率角的正弦sin2δ变化的功率分 量，即为磁阻功率。由于磁阻功率的存在使功—角特性曲线畸变，从而使功 率极限有所增加，但这时P E q功率极限出现在功率角小于处。

电力系统稳定概述PPT课件

1.0 I/ISC
0.8 PR/PRMAX
0.5 VR/ES
正常运行 临界值 非正常运行
0
1
ZLN/ZLD
2
3
电力系统稳定概述
• 中期和长期稳定
• 短期或暂态：0～10s • 中期：10s至几分钟 • 长期：几分钟至十几分钟
电力系统稳定概述
• 中期和长期稳定：系统受扰动后在较长时 间内，出现的持续功率不平衡问题。其中 包括：热力机组的锅炉动态、水利机组的 引水管动态、自动发电控制、电厂和输电 线保护/控制、变压器饱和、负荷和网络的 非正常频率效应等。
大停电事故的经验教训
• 电网结构要合理 • 具备合适的可靠的继电保护和安全自动装
置 • 无功电源和电压控制 • 防止负荷大量转移引起的恶性连锁反应 • 建立好最后一道防线，防止长时间大面积
停电和对最重要用户的破坏性停电
“8.14”美加大停电
• “8.14”美加大停电分析 • 大型互联电力系统和电力市场之间存在的
“8.14”美加大停电
• 负责美加大面积停电事故调查的北美电力 可靠性委员会披露了大停电的一些情况： 这次事故的原因可能是电压变化、输电线 故障和发电厂停电等问题共同造成的。
全美国卫星图片
大停电前卫星图片
大停电后卫星图片
大停电事故
• 2003年8月29日18时26分，英国国家电网中的一条 27.5万伏特的高压输电线路发生“非正常”故障， 几秒钟后又发生另一个故障，造成了此次停电。 从而导致温布尔登、郝斯特等地的电力供应首先 中断。随后伦敦和其毗邻的肯特郡的电力供应也 被中断，停电对超过50万英国人的工作和生活造 成了影响。停电约34分钟后，国家电网开始向伦 敦配电网络恢复供电，但直到两个多小时之后伦 敦电力供应才全面恢复。

电力系统运行稳定性的基本概念.ppt


Pe PT
wN
电磁转矩和机械 转矩用对应的电磁功 率和机械功率描述

发电机转子上作用着两种转矩： 1 电磁转矩Me，它向系统输出，是制动性转距； 2 机械转矩MT，它由原动机输入，是加速性转距。
正常运行时，转矩平衡，转速恒定
3/28/2019 电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念 27
第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
15-1 概述
15-2 功角的概念 15-3 静态稳定的初步概念 15-4 暂态稳定的初步概念 15-5 负荷稳定的概念
15-6 电压稳定性的概念
15-7 发电机转子运动方程
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
1
电磁暂态分析 假设
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
9
二、电力系统稳定问题的提出

电网互联技术可以合理利用能源资源，具有显著的经济 效益，因而得到了十分迅速的发展，但它同时也带来了 一些新的问题。 随着电力网络互联程度的不但提高，系统越来越庞大， 运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也 越来越大，使电网的安全稳定问题越来越突出。 在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切相关、 在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺少必 要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能引 起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解。
3/28/2019
电力系统分析 第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念
7
我国电力系统发展历史

《电力系统稳定》课件

ts
目录
• 电力系统稳定概述 • 电力系统稳定的判据与评估 • 电力系统稳定控制技术 • 电力系统稳定仿真分析 • 电力系统稳定运行管理 • 电力系统稳定发展趋势与挑战
01
电力系统稳定概述
电力系统稳定定义
电力系统稳定是指电力系统在正常运行状态下，受到小的或大的扰动后，能自动 恢复到原来的运行状态，或者依靠控制设备的作用，使系统在新的状态下继续正 常运行的能力。
高度互联的电网结构
各地区电网之间的联系越来越紧密，一旦发生故障，可能引发连锁 反应，导致大范围停电。
多样化的电源结构
多种类型电源的接入，使得电力系统的稳定性变得更加复杂，需要深 入研究不同类型电源之间的相互作用机制。
未来展望
加强基础研究
深入研究电力系统稳定性机理，探索更加有效的预测和控制方法 。
提升智能化水平
结合先进的人工智能和大数据技术，提高电力系统稳定性的智能 化分析和管理水平。
强化国际合作
加强国际间的学术交流和技术合作，共同应对全球电力系统的稳 定性挑战。
THANKS
感谢观看
风险评估
对电力系统的稳定性进行风险评估，制定相应 的控制措施。
控制策略
根据风险评估结果，制定相应的控制策略，提高电力系统的稳定性。
06
电力系统稳定发展趋势与挑战
发展趋势
分布式电源的接入
01
随着可再生能源的发展，分布式电源在电力系统中的比例逐渐
增加，对电力系统的稳定性带来新的挑战和机遇。
智能化技术的应用
暂态稳定仿真分析
通过建立暂态稳定的数学模型，对大扰动下的电力 系统暂态稳定性进行仿真分析。
频率稳定仿真分析
通过建立频率稳定的数学模型，对不同运行 工况下的电力系统频率稳定性进行仿真分析 。
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Ps

rs
E2 rLD

E2 2rs
送达负荷点的功率仅为供电点功率的一
半，输电效率为50%。
负荷节点的电压为：
V E
2 cos
• 分析电压稳定时，假定条件是： P
E2 cos/zs
⑴ 系统频率保持不变；
zLD zs 2cos() zs zLD
⑵ 发电机电势不变； ⑶ 阻抗ZS不变。
• 假设：
输电线路总阻抗为 zs zs s
负荷等值阻抗为 zLD zLD
据电压相量图，由余弦定理可得
E 2 V 2 z s2I2 2 z sV Ic o s
将 I V 代入可得 z LD
V2
E2
2
1 zs 2 zs cos
zLD
zLD
V2 P
• 简单电力系统的暂稳判据： 等面积定则
• [大扰动现象] 切除一回输电线路，如图157所示。
• 切除前的正常运行时
系统总电抗 Xd∑I=Xd+XT1+XL/2+XT2 • 切除一回线路后
系统总电抗 Xd∑II=Xd+XT1+XL+XT2
PI

EqV Xd I
sin
PII

Eq V Xd II
x 1 , x 2 为异步电动机定、转子漏抗之和。
异步电动机的转矩、转差特性如图15-10 所示。
• 负荷稳定判据
dMe 0 或 dPe 0
ds
ds
15-6 电压稳定性的概念
负荷节点的电压稳定。 如图10-14 （P24）所 示单机简单电力系统 不存在功角稳定问题， 但却存在电压稳定问 题。
• 当 值；|zs/zLD| =1时，负荷从电网吸收功率达最大
• 当 但电|zs网/zL能D|>供1给时的，P若反z而LD减↓少，。负荷所需P↑）， （如功电率动失机衡s加增剧大），，负电荷压zL随D进之一迅步速自下动降减，小如 此恶性循环导致“电压崩溃”。
电网固有电压特性：
sin
15-5 负荷稳定的概念
• 负荷稳定性：负荷在正常运行中受到扰 动后能保持某一恒定转差s继续运行的能 力。
• 负荷稳定性是电力系统稳定性的一个重 要方面。
• 异步电动机的电磁转矩为
Me
2 M emax S S cr
S cr S
Memax
2
VL2D x1 x2
zs zLD 1 受端功率P达到最大值，为
Pm
2zs
E2cos
1cos
当 z s z LD 由零变化到无穷大时，受端电压 将由E单调下降到零；
当 zs zLD 1 时，受端功率达到极限，相对 应的电压为临界电压，其值为
Vcr
E
21cos
• 受端电压和功率随负荷阻抗变化的曲线
率因数角变化的一定范围内，功率极限将会 随着功率因数的减小而增大，相应的临界电 压也会升高。
⑷ 当 时，功率极限有最大值，为
E2
E2
Pm.max
4 zs
cos
4rs
• 这种情况下输电系统总阻抗与负荷等值 阻抗的关系如下：
zs zLD rs rLD xs xLD 0 供电点的输出功率为：
cos
E2cos zs
zLD
zLD zs势一定。输电系统阻抗和负荷 功率因数一定时，受端电压和功率为负 荷阻抗幅值或输电系统阻抗与负荷阻抗 比值的函数。 分析：
z sz L D 0 受 端 开 路 P 0
z sz L D 受 端 短 路 P 0
15-2 功角的概念
• 图15-1所示，一个单机-无穷大容量母线的简单 系统，受端电压V的幅值和频率均不变。
系统总电抗 Xd∑=Xd+XT1+XL/2+XT2
由 图 15-2 的 相量 图 容易推得发电机输出 功率为
Pe

EqV sin Xd
• 当Eq 和V恒定时，传输功率 Pe是角度δ 的正 弦函数，因传输功率的大小与δ 密切相关，所 以δ 称为“功角”，功和角的关系Pe=f（δ ） 称为“功角特性”。图15-3就是简单系统的功 角特性。
第15章 电力系统稳定运行的基本概念 15-1 概 述
稳定运行状态：系统中的同步电机（主要 是发电机）都处于同步运行状态。即所有并联 运行的同步电机都有相同的电角速度。
电力系统稳定性问题：电力系统在运行中 受到扰动后能否继续保持系统中同步电机间同 步运行的问题。由于稳定性是根据电机转子之 间相对位移角的变化来判别是否同步的，所以 又称为功角稳定问题。
• 功率极限与负荷功率因数的关系分析：
⑴ cos10
Pm

2
zs
E2
1cos
⑵ 0(功 率 因 数 滞 后 ）
1cocsos1c1os
可见，cos 越小（即 越大），功率极限越
小，相应的临界电压越低；
⑶当负荷为超前功率因数，即 0 时，在功
• 2.暂态稳定分析：
•
非线性微分方程数值解法（时域法）
大干扰下不适合线性化
15-3 静态稳定的初步概念
• 电力系统静态稳定性：系统在运行中受到微小 扰动后，独立地恢复原来的运行状态的能力
• 简单电力系统静态稳定的判据：
dPe 0 d
15-4 暂态稳定的初步概念
• 电力系统暂态稳定性：电力系统在正常 运行时，受到大的扰动后，能从原来的 运行状态不失同步地过渡到新的运行状 态，并在新状态下稳定运行。
V2
E2
2
1 zs 2 zs cos()
zLD
zLD
唯一的变量是负荷等值阻抗ZLD。
由此可得在给定功率因数下的P- |zs/zLD| 曲线和相应的V- |zs/zLD|曲线如图10-15所 示。
• 电网固有功率传输特性： 分析图10-15可知： • 当 系统|zs能/zL供D|<应1较时多，的zL功D↓率，；负荷从电网吸收的P↑，
• 功角δ 在电力系统稳定研究中占有特殊地位， 它除了表示发电机电势和无穷大系统之间的相 位差外（时间概念），更重要的是它还表明了 各发电机转子之间的相对位置。（空间概念） 如图5-14所示。
• 稳定研究方法：
• 1.静态稳定分析：
• 自动控制理论的方法
微分方程线性化（小干扰法）
研究线性微分方程特征根（频域法）