1、第十一章第十一章 電力系統暫態穩定性電力系統暫態穩定性9-1 暫態穩定性概述暫態穩定性概述9-2 簡單電力系統暫態穩定的分析計算簡單電力系統暫態穩定的分析計算9-5 提高系統暫態穩定性的措施提高系統暫態穩定性的措施9-3 發電機轉子運動方程的數值解法發電機轉子運動方程的數值解法9-4 復雜電力系統暫態穩定的分析計算復雜電力系統暫態穩定的分析計算9-1暫態穩定性概述暫態穩定性概述9-1暫態穩定性概述暫態穩定性概述9-2 簡單電力系統暫態穩定的分析計算簡單電力系統暫態穩定的分析計算圖圖9-1 簡單電力系統及等值電路簡單電力系統及等值電路1、正常運行方式、正常運行方式sinxUEP2、故障運行方式、

2、故障運行方式2、故障運行方式、故障運行方式在正序網的故障點上接一附加電抗構成正序增廣網絡在正序網的故障點上接一附加電抗構成正序增廣網絡xxxxxxxxxxTLTdTLTd)2)()2()(2121式中式中: :x為附加電抗，當故障是單相接地時，為附加電抗，當故障是單相接地時，02xxx當故障是兩相接地當故障是兩相接地時時 0202xxxxx當故障是三相接地當故障是三相接地時時0 x發電機輸出的電磁功率發電機輸出的電磁功率為為sinxUEP3、故障切除后的運行方式、故障切除后的運行方式sinxUEP一般情況下，以上三種運行方式下電抗之間有如下關系一般情況下，以上三種運行方式下電抗之間有如下關系則

3、相應三種運行方式下，發電機輸出的電磁功率之間則相應三種運行方式下，發電機輸出的電磁功率之間的關系為的關系為xxxMMMPPP圖圖9-2簡單電力系統正常運行、故障后及故障切除后的功角特性曲線簡單電力系統正常運行、故障后及故障切除后的功角特性曲線cremaxck0功角功角隨時間變化的關系曲線。隨時間變化的關系曲線。在這種情況下，該系統在受在這種情況下，該系統在受到此種擾動后是暫態穩定的。到此種擾動后是暫態穩定的。故障是在大于故障是在大于 角度后才被角度后才被切除，則系統將可能失去穩切除，則系統將可能失去穩定性，定性，c圖圖9-3 功角隨時間變化曲線功角隨時間變化曲線accrcminakdPPdPd

4、MWcccTaaa000)(1、發電機在加速期間，功角由、發電機在加速期間，功角由 移到移到 時過剩轉時過剩轉矩對轉子所做的功為矩對轉子所做的功為0c 轉子在加速期間所儲藏的動能增量等于面積轉子在加速期間所儲藏的動能增量等于面積Sabcd，這塊面積稱為這塊面積稱為。2、在減速期間，由、在減速期間，由 過程中，轉子克服制動過程中，轉子克服制動轉矩消耗的有功為轉矩消耗的有功為maxcdPPdMWccTabmaxmax)( 轉子在減速期間所消耗的動能等于面積轉子在減速期間所消耗的動能等于面積Sdefg，這，這塊面積稱為減速面積。塊面積稱為減速面積。 一個暫態穩定的系統，發電機轉子在加速過程中所一個暫

5、態穩定的系統，發電機轉子在加速過程中所獲得的動能必須在減速過程中全部釋放完，它的功角達獲得的動能必須在減速過程中全部釋放完，它的功角達到最大值到最大值 ， 這就是等面積定則。這就是等面積定則。max0)()(max0dPPdPPWWccTTbaedfgabcdSS即有即有dPPdPPccTmmTmax0)sin()sin(積分后得積分后得:)()cos(cos)cos(cos)(lim.0lim.0lim.0lim.0ccrccrmcmcPPPPdPPdPPcrccmmlim.lim.0)sin()sin(00mmmcrmcrcPPPPP000lim.coscos)(arccosmcrPP0a

6、rcsin 應用前述公式即可求極限切除角應用前述公式即可求極限切除角c.lim 。 顯然，顯然，為了保持系統的暫態穩定性，必須在功角為了保持系統的暫態穩定性，必須在功角c.lim時，意味著加速面積時，意味著加速面積大于減速面積，運行點會越過大于減速面積，運行點會越過k 點而使系統失去同點而使系統失去同步。步。 等面積定則只限于分析簡單系統的暫態穩定等面積定則只限于分析簡單系統的暫態穩定性，當功角特性可在平面坐標上表示時，才可用性，當功角特性可在平面坐標上表示時，才可用等面積定則確定極限切除角。等面積定則確定極限切除角。9-3 發電機轉子運動方程的數值解法發電機轉子運動方程的數值解法為了保持電力

7、系統的暫態穩定性，需要知道必為了保持電力系統的暫態穩定性，需要知道必須在多長時間內切除短路故障，即須在多長時間內切除短路故障，即極限切除角極限切除角c.lim 對應的對應的極限切除時間極限切除時間tc.lim，這就需要找出發電機受，這就需要找出發電機受到大干擾后，轉子相對角到大干擾后，轉子相對角隨時間隨時間t變化的規律，即變化的規律，即 =(t)曲線，此曲線稱作搖擺曲線。曲線，此曲線稱作搖擺曲線。數值計算方法數值計算方法: :分段計算法和改進歐拉法。分段計算法和改進歐拉法。發電機轉子運動方程是非線性的常微分方程，一發電機轉子運動方程是非線性的常微分方程，一般用數值計算方法求其近似解。般用數值計

8、算方法求其近似解。9-4 復雜電力系統暫態穩定的分析計算復雜電力系統暫態穩定的分析計算 復雜電力系統中任一臺發電機輸出的電磁功率，復雜電力系統中任一臺發電機輸出的電磁功率，是該發電機電勢相量相對其他發電機電勢相量相角是該發電機電勢相量相對其他發電機電勢相量相角差（差（i - j ）的函數。若得到大干擾后各臺發電機）的函數。若得到大干擾后各臺發電機轉子之間相對功角隨時間變化的曲線，可根據任意轉子之間相對功角隨時間變化的曲線，可根據任意兩臺發電機之間的相對角（兩臺發電機之間的相對角（i - j ）隨時間的變化）隨時間的變化來判斷暫態穩定性，若相對角（來判斷暫態穩定性，若相對角（i - j ）隨時間

9、不）隨時間不斷增大且超過斷增大且超過180時，可判斷該系統不能保持暫態時，可判斷該系統不能保持暫態穩定。穩定。9-5 9-5-1 由于快速切除故障減小由于快速切除故障減小了加速面積，增加了減速面了加速面積，增加了減速面積，從而提高了發電機之間積，從而提高了發電機之間并列運行的穩定性。另一方并列運行的穩定性。另一方面，快速切除故障，還可使面，快速切除故障，還可使負荷中電動機的端電壓迅速負荷中電動機的端電壓迅速回升，減小了電動機失速和回升，減小了電動機失速和停頓的危險，因而也提高了停頓的危險，因而也提高了負荷運行的穩定性。負荷運行的穩定性。cremaxck0釆用自動重合閘裝置，就是當線路發生故障后

10、，釆用自動重合閘裝置，就是當線路發生故障后，斷路器將故障線路斷開，經過一定時間后自動重斷路器將故障線路斷開，經過一定時間后自動重合閘裝置將線路恢復正常運行。若短路故障是瞬合閘裝置將線路恢復正常運行。若短路故障是瞬時性的，則當斷路器重合后系統將恢復正常運行，時性的，則當斷路器重合后系統將恢復正常運行，即重合閘成功。這不僅提高了供電可靠性，而且即重合閘成功。這不僅提高了供電可靠性，而且對暫態穩定也是有利的。對暫態穩定也是有利的。9-5-2 比較圖9-4a、b可見，不裝設自動重合閘時，系統不能保持暫態穩定；裝設自動重合閘后，在運行點轉移到k點時自動重合成功，重合成功時運行點將從功角特性曲線 上的k點

11、躍升到功角特性曲線 上的g點，使減速面積增大，系統可以保持暫態穩定。b圖圖9-4 自動重合閘提高運行穩定性自動重合閘提高運行穩定性ab外部短路而使發電機端電壓外部短路而使發電機端電壓UG低于額定電壓的低于額定電壓的85%時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器將勵磁裝置的調節電阻強行短接，使勵磁機的勵磁將勵磁裝置的調節電阻強行短接，使勵磁機的勵磁電流大大增加，提高了發電機電勢，增加了發電機電流大大增加，提高了發電機電勢，增加了發電機輸出的電磁功率，減少了轉子的不平衡功率，提高輸出的電磁功率，減少了轉子的不平衡功率，提高了暫態穩定性。了暫態穩定性。 9-5

12、-3 圖圖9-5 強行勵磁裝置強行勵磁裝置1、對于汽輪機釆用快速的自動調速系統或者快、對于汽輪機釆用快速的自動調速系統或者快速關閉進汽門；速關閉進汽門；9-5-4 2、聯鎖切機，、聯鎖切機，即在切除故障的同即在切除故障的同時，連鎖切除送端時，連鎖切除送端發電廠中的一臺或發電廠中的一臺或兩臺發電機。兩臺發電機。3、釆用機械制、釆用機械制動，即釆取轉子直動，即釆取轉子直接制動的方法。接制動的方法。圖圖9-6 減少原動機輸出機械功率對暫態穩定影響減少原動機輸出機械功率對暫態穩定影響acac電氣制動就是當系統中發生故障后，在送端發電電氣制動就是當系統中發生故障后，在送端發電機上迅速投入電阻，以消耗發電

13、機發出的有功功率，機上迅速投入電阻，以消耗發電機發出的有功功率，減小發電機轉子上的過剩功率。減小發電機轉子上的過剩功率。9-5-5 圖圖9-7 制動電阻接入方式制動電阻接入方式當電阻串聯接入時，斷路器正常時是閉合的，投入當電阻串聯接入時，斷路器正常時是閉合的，投入制動電阻時將斷路器斷開。制動電阻時將斷路器斷開。并聯接入時，開關正常并聯接入時，開關正常時是斷開的，投入制動時是斷開的，投入制動電阻時將其閉合。電阻時將其閉合。圖圖9-8a a、b b中比較了有無電氣制動的情況。中比較了有無電氣制動的情況。圖圖9-8 電氣制動的作用電氣制動的作用acacm運用電氣制動時，制動電阻的選擇要適當。欠制運用

14、電氣制動時，制動電阻的選擇要適當。欠制動時，制動電阻太大，會使制動作用不足，系統照動時，制動電阻太大，會使制動作用不足，系統照樣失步；過制動時，制動電阻太小，發電機雖在第樣失步；過制動時，制動電阻太小，發電機雖在第一次振蕩中沒有失步，但在故障切除的同時切除制一次振蕩中沒有失步，但在故障切除的同時切除制動電阻后的第二次振蕩中失步了。欠制動和過制動動電阻后的第二次振蕩中失步了。欠制動和過制動都不能保持系統的暫態穩定。都不能保持系統的暫態穩定。 圖圖9-9 制動電阻太小時的情形制動電阻太小時的情形acac9-5-6 為提高系統的暫態穩定性和故障后的靜態穩定性為提高系統的暫態穩定性和故障后的靜態穩定性

15、也可采用強行串聯補償。即在切除線路的同時切除也可采用強行串聯補償。即在切除線路的同時切除部分并聯的電容器組，以增大串聯補償電容的容抗，部分并聯的電容器組，以增大串聯補償電容的容抗，部分地甚至全部地抵償由于切除故障線路而增加的部分地甚至全部地抵償由于切除故障線路而增加的線路感抗。線路感抗。在變壓器中性點接地的電力系統中發生不對稱接在變壓器中性點接地的電力系統中發生不對稱接地短路時，將產生零序電流分量。地短路時，將產生零序電流分量。 9-5-7 圖圖9-10 中性點接入小電阻中性點接入小電阻若此時在系統中若此時在系統中Y Y0 0接接線的變壓器中性點以一小線的變壓器中性點以一小電阻接地，則零序電流將電阻接地，則零序電流將在這一電阻中產生功率損在這一電阻中產生功率損耗，這種功率損耗與發電耗，這種功率損耗與發電機的電氣制動一樣可以減機的電氣制動一樣可以減少轉子的不平衡功率，有少轉子的不平衡功率，有利于系統的暫態穩定。利于系統的暫態穩定。當輸電線路較長（如當輸電線路較長（如500KM以上），且經過的地以上），且經過的地區也沒有變電所時，可以考慮設置中間開關站，如區也沒有變電所時，可以考慮設置中間開關站，如圖圖9-11所示。所示。9-5-8 圖圖9-11 輸電線上設置開關站輸電線上