第二章 电力系统的运行状态及稳定性分析2-1 电力系统的运行状态 一、电力系统运行的正常和非正常状态 1、正常状态遵守的约束条件不等式约束条件： 等式约束条件：m l n PGi PLj PSk j 1 k 1 i 1 n m l Q Q Q Gi Lj Sk j 1 k 1 i 1

f min f f max U i min U i U i max PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Sij min Sij Sij max

有功电源：发电机

无功电源：并联电容器 同步调相机同步电动机 静止补偿器1

二、电力系统运行状态分类1、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运行调度的基础。

2、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束已经接近上下限，以安全调度为主。

3、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，系统仍能同步运行。

4、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列成几个独立的小系统。

5、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列的大系统运行状态过渡。2

正常状态(满足负荷需求，进行经济运行)

恢复状态(重新并列， 恢复对用户供电)

警戒状态(预防性控制)

系统崩溃(切机、切负荷、 断开线路)

紧急状态(紧急控制)

2-2 电力系统稳定性的基本概念电力系统稳定性分类：20世纪60年代前：前苏联、我国：静态稳定，动态稳定。 西方：静态稳定，暂态稳定。 20世纪70年代起，国际通用：静态稳定，暂态稳定

一、定义： 静态稳定：在一个特定的稳定运行的条件下，电力系统受到任何一个小的扰动，经过一段时间，它能够自动恢复到或者靠近小扰动 前的运行条件。

暂态稳定：在一个特定的稳态运行条件下，电力系统受到一个特定的大干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到另一个 允许的稳态运行条件。4

二、电力系统静态稳定分析发电机输出的电磁功率方程：G

Pe X

Eq U 0 X

sin

功角在时间上表示励磁电势和受电端电压之间的相角差；根据同步发电机相量图，推导同步发电机输出电磁 功率方程' ' E U jx t dI q ' ' X I cos E q sin d ' Eq Ut Pe U t I cos sin ' Xd5

因为：

I

所以：

二、电力系统静态稳定分析发电机输出的电磁功率方程：G

Pe X

Eq U 0 X

sin

Pea

功角特性曲线

Pm 0

b

P T

0

a 90 b

180

6

二、电力系统静态稳定分析同步发电机的功率流程：P1

P 1 P m P M P FePm P2 P Cu1Pm

P2

PMP 1 ——原动机输入机械功率

PFe

PCu1

PM ——机械损耗(轴间摩擦、空气摩擦、通风设备) PFe ——定

子铁心损耗 Pm ——电磁功率Pe PCu1 ——带载运行时的定子铜耗 P2 ——发电机输出功率7

遭受微小扰动后a、b两个运行点的过渡过程分析： a点：(静态稳定工作点): 大于 0 时，转子转速上升，转子制动， 趋于0。 小于 0 时，转子转速下降，转子加速， 趋于0。 b点： (静态不稳定工作点)PePm 0功角特性曲线

a

b

PT

大于 0 时，转子转速上升，转子加 速， 趋于无穷大。 小于 0 时，转子转速下降，转子制 动， 趋于无穷大。

0

a 90 b

180

8

二、电力系统静态稳定分析发电机输出的电磁功率方程：G

Pe X

Eq U 0 X

sin

功角在空间上表现为发电机转子磁场轴线与定子合成磁场轴线 之间夹角。

用图示功角的双重物理意义

在发电机运行时, E0超前U ( 0 0), 转子磁极轴线超前定子合成 磁极轴线一个 角。稳定运行时，转子磁极拖动定子合成磁极同步旋 转，定子合成磁极给转子磁极一个反作用力(制动转矩)。

转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制 动转矩而作功,实现机电能量转换,将由原动机输入的 机械能转变为电能输出。功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了发 电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，通 过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。11

静态稳定储备

Pmax PT 储备系数： K P 100% PTPT为原动机输入的电磁功率

对静态稳定储备系数的要求： 正常运行情况下应大于15% 事故后要求不小于5%PePm 0功角特性曲线

a

Pmax

b

PT

0

a 90 b

180

12

整步功率特性曲线

Pe

dPe d

EqU 0 X

根据上面在点a及点b能否稳定运 行分析，得出静态稳定判据：功角 与发电机电磁功率 P 的增量有 e 相同符号时， dPe 即 0 系统是静态稳定的 d

0

90180

当 当

dPe 0 系统临界稳定 d dPe 0 系统是不稳定的 d

dPe EqU 0 整步功率 cos d X

三、电力系统暂态稳定分析

G

P e

以发电机内电势E q 表示的功率方程式为：

B

Pe

EqU 0 X 12

sin

Pm 0A

P T

当 当

A B A Bmax

转子已将加速期间 储存的动能还给系统 发电机失去稳定t 1 t 0 t 2

O

0 2 3' 0 1

加速面积： A 减速面积： B

Pm0 Pe sin dt Pe sin Pm0 dt14

t 1

2-3 研究电力系统稳定的基本模型同步发电机基本原理

2-3 研究电力系统稳定的基本模型同步发电机基本原理