电力系统稳定-研究生讲座
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电力系统稳定概述
转子角（功角）稳定
X
E
jIX
E G
U 1
P jQ
E U PE sin X
U
I
0
电力系统稳定概述
转子角（功角）稳定
转子角
情况2
情况3
情况1
时间s
功角稳定
a：稳定平衡点（SEP）
b：不稳定平衡点（UEP） b
a
b
a
0
90
180
等面积定则
功角稳定和电压稳定
功角稳定 电压稳定
电 能
送端
受端
电力系统稳定 系统维持在平衡点运行的能力
稳 定 的 分 类
功角稳定 保持同步运行的能 力同步机转矩平衡
电压稳定 保证电压在可接受 范围无功平衡
暂态稳定 大干扰第 一摇摆周 期时段： 10秒
中期稳定 严重故障 ，电压和 频率大幅 波动快速 和慢速动 态过程 几分钟
dV dV 0 电压稳定； 0 电压不稳定。 dQ dQ
电压崩溃
Z LN
ES
VR
PR jQR
Z LD
I
电力系统稳定概述
Es I Z LN Z LD
I Es ( Z LN cos Z LD cos )2 ( Z LN sin Z LD sin ) 2
电力系统分析 Power System Analysis
电力系统稳定问题概述
概念：
电力系统能够运行于正常运行条件下的平衡 状态，在受到干扰后能够恢复到允许的平衡 状态。 传统上稳定是一个维持同步运行的问题。 电压不稳定时，系统可能仍然维持同步。
电力系统稳定概述
分类： 转子角（功角）稳定 电压不稳定和电压崩溃 中期和长期稳定
P
PI
e
PIII
C
PT P0
a
k
A
B
h
d c
PII
b
0
0 k
c
h
一个力学实例
能量函数＝动能＋势能
临界能量 Vcr mgH 稳定裕度
1 2 V0 mv mgh 2
UEP
Vcr V0
Vcr V0 0 稳定 Vcr V0 0 不稳定 V V ＝0 临界 0 cr
“8.14”美加大停电
2003年8月14日下午3时06分，美国俄亥俄州克里夫兰市郊外一条 过热的电线下垂到一棵树上，引发一系列激烈的连锁反应，导致 了北美有史以来最大规模的停电。 由于这条输电线路失灵，使俄亥俄州其它电路承受极大的压力， 过量电流传给俄亥俄州南部的一家电力公司，造成这家公司自动 切断电路，在该州南部和北部之间形成了一道“电路墙”，阻隔 了南北电流的互通。 北边的克里夫兰因为电力不足，于是先从密歇根继而从加拿大的 安大略省把大量的电吸过来，使更多的电线和发电厂超重负荷， 供电系统瘫痪的危机延伸到纽约州的西北部，很快造成整个纽约 州大停电。 此次停电持续了29个小时，影响了美加东部9300平方公里的区域， 使北美地区5000多万人口受到停电影响。100多个发电厂，包括22 个核电厂，几十条高压输电线停运。系统失去了61.8GW负荷。成 为有史以来对美加东部影响最大的停电。
2 对陈旧的电网的改善
2.3 发展分散配置电网 “网眼式”分散配置电网是一种比较安全的电网，采 用这种方式可有效避免大面积停电事故。德国境内的 电力网络由4家电力供应商各自独立分散的区域电力网 络构成。一旦发生停电事故，电力供应商即可将停电 区域尽快限制在局部地区内，而不会造成大面积停电 事故。此外，德国与周边多个国家均有电力进出口网 络，在紧急情况下可通过调度别国电力缓解本国电力 紧缺。而在美国采用的大面积互连电网中，如果一个 环节出现故障，就可能因为缺少回路分支而导致大面 积停电事故发生。
3 研发新的自动控制技术
在电力市场的条件下，系统的运行条件越来越接近于 稳定极限。要想在这样的运行条件下尽可能的安全运 行，必须有足够的运行信息，和能够快速反应的自动 控制装置，以便能够尽可能快的处理系统事故。例如 在线计算。在2003年美国的停电事故中，如果拥有实 时的在线阻塞数据，在系统崩溃之前的一个小时中应 该有足够的时间去处理事故，降低事故的危害。其次 是低频减载与低压减载装置对防止事故的扩大，维持 系统稳定具有不可忽视的作用。1996年夏的美国大停 电中正是低频减震装置将系统分开，阻止了系统的全 面崩溃。因此在今后的发展中要对装置提出更高的要 求。
1 Es I F Z LN
Z LD 2 Z LD F 1 ( ) 2( ) cos( ) Z LN Z LN
电力系统稳定概述
1 Z LD VR Z LD I Es F Z LN
Z LD Es 2 PR VR I cos ( ) cos F Z LN
受端电压、电流和功率对负荷需求量的函数关系
长期稳定 统一系统 频率慢速 过程 几十分钟
大干扰电压稳定 大干扰开关动作 ULTC、负荷动 态过程保护和控 制协调动作
小扰动稳定
无振荡失稳 同步转矩不足
振荡失稳 阻尼转矩不 足控制措施 失稳
小扰动电压稳定 稳定状态：P-V 、Q-V稳定裕度 ：无功储备
厂站模式
区域模式
控制模式
扭振模式
电力系统稳定概述
电力系统的大停电事故
世界著名的几次大停电事故： 1965年美国东部大停电事故 1977年纽约大停电事故 1978年法国大停电事故 1982年加拿大魁北克系统大停电事故 1983年瑞典电力系统停电事故 1987年东京电力系统大停电事故 1989年加拿大魁北克系统大停电事故
大停电事故的经验教训
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。
电力系统的大停电事故
我国电力系统稳定破坏事故： 1972年湖北电网大面积停电事故 1972年浙江电网瓦解事故 1974年陕西电网振荡事故 1979年水丰厂静稳破坏事故 1980年安徽电网大面积停电事故 1982年华中电网稳定破坏事故 1983年华东电网解列事故 1990年广东电网大停电事故 1996年北京部分电网稳定事故
“8.14”美加大停电
惨痛的教训可以化为珍贵无比的经验。 美加州电力危机，从某种程度上使人们 对电力改革的长期性和复杂性有了新的 认识，改革举措的出台也因此变得比较 谨慎了。可以预计最近美、英的大停电 事故的发生对整个电力系统今后的发展 产生深刻的影响。
1 控制适当的电网规模
随着社会的进步和电力改革的发展，大型互联电力系统有了日新月异的 发展。电网规模越大，效益就越好，可靠性、互补性就越明显，这几乎 已经成为人们的共识。但同时以往只是在小范围发生的事故现在随着电 网规模的扩大往往影响整个大的电网。纵观世界范围的大规模停电事故 时间表，可以得出这样的结论：大规模的停电事故主要是集中在九十年 代以后。并且在最近的几年的事故不但规模巨大，而且发生频繁。九十 年代以前，除了美国几乎没有什么特大规模的停电事故发生。造成这一 现象的其中一个原因就是美国的电网发展比较早，在六、七十年代就已 经具有相当的规模。而世界的其它的国家则是在最近的十几年才达到这 种规模。所以以前即便是整个电网全部崩溃，由于电网规模的限制，事 故无法超出电网的范围，所以不会有太大的事故。可以说现在的电网规 模为今天的大停电提供了 “物质基础”。而且电网的规模越大，调度、 运行久存在具体的困难。因此应该在系统发展的过程中，控制适当的电 网规模。
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SEP
电力系统稳定概述
电压不稳定和电压崩溃
概念：电力系统在额定运行条件下，遭受扰动 之后系统中所有母线都持续地保持可接受的电 压的能力。
电力系统稳定概述
电压稳定的准则：对系统中的每一母线，在给 定的运行条件下，当注入母线的无功功率增加 时其母线电压幅值也同时增加。 如果系统中至少有一个母线的电压幅值（V）随 注入该母线的无功（Q）的增加而减小，则该系 统是电压不稳定的。（对每个节点）
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 的问题
大停电对电力系统未来发展的影响和电 力系统未来的发展方向
“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
“8.14”美加大停电
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。
I SC ES / Z LN； cos 0.95滞后； tan 10.0
1.0 I/ISC 0.8 PR/PRMAX
