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第十五章电力系统运转稳固性的基本看法12-2-22_图文

第十五章电力系统运转稳固性的基本看法12-2-22_图文

尺度的十次电网大停电 负荷损掉落
?

1965年北美大停电 - 损掉落 2,100万千瓦 1978年法国电网电压瓦解 - 2,900万千瓦 1982年加拿大魁北克大停电 - 1,547万千瓦 1982年瑞典电压瓦解 - 1,140万千瓦 1987年日本东京电压瓦解 - 817万千瓦 1994年中国南方电网瓦解 - 173万千瓦 1996年7月美西部大停电 - 1,058万千瓦 1996年8月美西部大停电 - 3,050万千瓦 2003年意大利大停电 - 1,421万千瓦 2003年美加大停电 - 7,000万千瓦

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

1

事故合营点:

?

系统发生扰动时,系统的频率和角度基本保持稳固,简直 没有泛起功角掉落稳迹象,都是部门泛起掉落稳情形,然后发 展成为大面积电压瓦解事故。这些电压瓦解事故虽然发生 概率很低,事故的启事也不合,然则一旦泛起便组成严重 损掉落。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

2

第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法
15-1 概述
15-2 功角的看法 15-3 静态稳固的泉源看法 15-4 暂态稳固的泉源看法 15-5 负荷稳固的看法

15-6 电压稳固性的看法
15-7 发电机转子运动方程

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

3

电磁暂态剖析 假定

改变电机的转速保持稳固
重点

暂态历程当中的电流、电压的变换 电机暂态剖析
研究

转子机械运动纪律
重点

电力系统的稳固性效果

保证电力系统稳固是电力系统运转的须要条件。
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 4

本章框架

功角 静态稳固 看法 稳固性 运动方程 暂态稳固

电压稳固

负荷稳固

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

5

15-1 概述——稳固效果的提出
一、联网的须要性 1.1831年法拉第创作缔造电磁感应定律,电能成为二次动力,就地应用。 2.1885和1890年创作缔造了单相变压器和三相变压器。 3.1891年泛起了三订交流输电,远距离输电成为能够,泛起了由发电机、 线路和负荷组成的最质朴的电力系统。 4.由于现实运转中发现受端系统在缺乏电源支持的情形下异常懦弱,逐 渐泛起了多电源点的互联运转,从而组成了早期的互联电网。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

6

联网的效益
多个地域联网组成大型互联电网后: ? 有益于地域间电力的平衡和经济调剂 ? 有益于部署机组的磨练和事故备用容量 ? 有益于充实应用系统中克己的水利资源 ? 有益于完成负荷点的多路供电以前进供电可靠性 ? 有益于前进系统的抗进击才干 ? 有益于前进系统的供电质量 ——由于互联系统在经济上的显着优点,电力系统互联的规模越来 越大。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

7

我国电力系统生长历史(电压水平)

? KV

500KV 330KV 220KV 35-110KV
1953年 松常线 369KM 1972年 刘汉线 534KM 1981年 平武线 595KM

HVDC
1989年 葛上线 1064KM

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

8

2、电力系统稳固效果的提出
?

电网互联手艺可以公正应用动力资源,具有显着的经济 效益,是以取得了很是迅速的生长,但它同时也带来了 一些新的效果。 随着电力群集互联水平的不只前进,系统愈来愈重大, 运转要领愈来愈严重,保证系统安然可靠运转的难度也 愈来愈大,使电网的平牢结实效果愈来愈凹陷。 在现代大电网中,各区域、各部门相互联系、亲近相关、 在运转历程当中相互影响。假定电网结构不完善,缺乏必 要的安然措施,一个部门的小扰动或异常运转也能够或许引 起全系统的连锁回声,以致组成大面积的系统瓦解。

?

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

9

3、稳固性看法

?

电力系统受滋扰后,仰仗系统自己固有才干和控制设 备的作用,在无限的时间内,恢复到原始运转状态或 稳固到新的稳态运转状态。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

10

稳固性体现图

稳固运转

滋扰

暂态历程

新的稳态运转

掉落去稳固
稳固 不稳固

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

11

四、电力系统稳固研究的内容
基本效果——早期稳固研究的内容

1.联网后发电机组能否仍能按以下特殊功率顺遂地送出功率, 假定不克不及,应当若何一定发电机的最大允许输入功率? PN ? U N I N cos? N
2.线路可以传送的功率能否依然只受经济电流密度和最大允许 电流(热稳固极限)限制,假定不是,应当若何一定线路允 许的最大传送功率? 3.线路泛起短路或跳闸等事故时系统能否依然正常运转,假定 不克不及,应当引入甚么样的掩护装配和/或稳固控制装配?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

12

电力系统稳固研究的内容 随着电网互联规模的增大,赓续泛起大量新的稳固效果: ? 怎样在群集结构较量懦弱的情形下防止由于某一装备 或线路的误差发生连锁回声,招致全系统的稳固事故; ? 若何防止长距离重负荷的联系线惹起的低频振荡情形; ? 若何防止由于大型互联系统频率保持才干徐徐削弱且 能够的有功进击加大能够惹起的频率稳固效果; ? 若何防止带负荷调压变压器和无功功率缺额能够惹起 的电压稳固效果。 对电力系统稳固效果的研究生长至今,已组成为一个研究 内容与日俱增、研究措施多种多样、应用领域很是辽阔的 综合性研究领域

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

13

五、稳固分类

按电力系统遭受扰动的巨细,分为 静态稳固 暂态稳固

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

14

扰动巨细

看法 1 2 正常的负荷和 参数的摇动

启事 个体电念头的接入和切除; 加负荷和减负荷; 倾轧输电线因风吹摆动惹起线间距离(影响线

小滋扰

3

路电抗)的眇小变换; 4 1 发电机转速能够发生眇小变换。 负荷的突然变换,如投入或切除大容量的用户

等; 大滋扰 系统结构变换, 2 突然增添或减小发电机着力,如切除一台容量 功率、电流和 较大的发电机; 电压变换大 3 发生短路误差和断线误差,无误差断开线路也

属于这一类滋扰。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

15

1981年中国水利电力部制订的《电力系统平牢结实导则》中对电力系统稳 定作了以下划定: 分类 静态稳固 定 义

指电力系统遭到小滋扰后,不发生非周期性的掉落步, 自动恢复到肇端运转状态的才干。

暂态稳固

指电力系统遭到大滋扰后,各同步发电机保持同步运 行并过渡到新的或恢复到原来稳态运转要领的才干。 通常指第一或第二振荡周期不掉落步。
指电力系统遭到滋扰后,不发生振幅赓续增大的振荡 而掉落步。

静态稳固

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

16

六、研究措施
?

小滋扰:对系统行动特点影响与滋扰所在和巨细有关。在运

行点对特点曲线线性化,分辨系统静态稳固或不稳固。

?

大滋扰:结构变换对运转点有很大偏移,不克不及线性化——机

电暂态历程,分辨暂态稳固,用数值措施求解。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

17

15-2 功角的看法

? ? ? ?

一 二 三 四

电路剖析 功角特点 功角 功角特点图

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

18

一、电路剖析
G

无限大容量母线
T-1 L T-2
P Q V

隐极机

? E q jX d

jXL jXT1 jXL jXT2

? V

?

不推敲电 阻及导纳

图15-1 质朴电力系统及其等值电路

? I

系统总阻抗: 发电机输入电磁功率:

X d? ? X d ? X T 1 ?
Pe ? P ? VI cos?

1 X L ? XT 2 2

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

19

2、功角特点/功率特点
? Eq
? jIX d?

? E q jX d
? jIX d? cos ?

jXL jXT1 jXL jXT2

? V

φ

? I

? I

φ

? δ V

Eq sin ?
I cos? ? Eq sin ? X d?

IX d? cos? ? Eq sin ?

Pe ? P ? VI cos?
发电机输入电磁功率:
Pe ? EqV Xd? sin ?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

20

Pe ? f (? )
P=f(δ)

P1 P0

Pe

δ0 δ1

δ

图15-3

功角特点

当发电机电势Eq和受端电压V均恒准时,传输 功率Pe是角度δ的正弦函数。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

21

界说:
?传输功率的巨细与相位角δ亲近相关,称δ为“功角 ”或“功率角”。 ?传输功率与功角δ的关系,称为“功角特点”或“ 功率特点”。 ?功角δ除表征系统的电磁关系以外,还注解了各 发电机转子之间的相对职位。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

22

3、功角δ
? ? 为电势 E q 与电压 V 之间的相位角。 ? Eq
? jIX d ?

?

? ? Ia
? I
? IR

? jI X ? a d?

? V

? jI R X d ?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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功角相对空间的职位
PT PE

E
Eq

ωN

ωN

δ1
V

q

δ0

Eq

V

Pe

P1 P0

P=f(δ)

δ0 δ1

δ

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

24

Pe PT
wN

电磁转矩和机械 转矩用对应的电磁功 率和机械功率形貌

? ? ?

发电机转子上作用着两种转矩: 1 电磁转矩Me,它向系统输入,是制动性转距; 2 机械转矩MT,它由原念头输入,是加速性转距。

正常运转时,转矩平衡,转速恒定

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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Pe PT
wN

Eq

wN

V

送端系统 PT=Pe=P0
?0

受端系统

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Pe PT
wN1 N

Eq

wN

V

?0:PT>Pe
Eq

?1: PT1=Pe
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Pe ?
V

E qV X d?

sin ?

?1 0

27

功角的物理意义 ① 体现电势Eq和V之间的夹角,即体现系统的电磁关系。 ② 体现了各发电机转子间的相对空间职位,又称为“职位 角”。 经由历程δ,可以把电力系统间的电磁运动和机械运动联 系起来。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

28

电力系统稳固性概述及一个质朴的机械较量

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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四、功角特点图
Pe P1 P0

Pe ?

E qV X d?

sin ?

?0 ?1

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

30

15-3 静态稳固的泉源看法

15-3 静态稳固的泉源看法
同步运转


转矩平衡

? 一、功角特点剖析 ? 二 、静态稳固泉源看法

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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界说

电力系统的功角稳固——静态稳固 (Steady Stability) 电力系统静态稳固是指电力系统遭到小滋扰后,不发生 非周期性的掉落步,自动恢复到肇端运转状态的才干。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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例如: ? 个体电念头的接入和切除,加负荷和减负荷; ? 倾轧输电线因风吹摆动惹起的线间距离的眇小变换; ? 发电机转子的改变速率不是相对匀称的,即功角是有眇小 变换的。 电力系统的静态稳固效果现实上就是一定系统的某个运 行稳态能否保持的效果。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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一、功角特点剖析
P
Pmax

a? P0 a ?? a

b ?? b b?

??

0

?

a

90

?b

180 δ

?

稳态运转时有两个平衡点a和b。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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a点:
? 正的??滋扰
?P ? PT ? Pe ? 0
e

加速

? 减小
Pe

回到a点(振荡) P ? 负的??滋扰
?P ? PT ? Pe ? 0

a'

PT

a
?P

?P

b

加速

? 增大

a''
??

??

回到a点(振荡)

0 ? a?? ? a ? a?

?b

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

35

?

? ?a

?a ? ? a?
t
a点能稳固运转

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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b点:
? 正的??滋扰
?P ? PT ? Pe ? 0

加速 掉落步 加速

? 增大

?P增大
? 负的??滋扰
|?P|增大
Pe

? 增大
?P ? PT ? Pe ? 0

? 减小

? 减小
Pe

回到a点
b''

PT

a

?P

b
?P b' ??
??

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0

?a

? b?? ? b ? b?

?
37

? ?b ?b ? ? b? ?a

?

t
b点是不稳固运转点
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Pe

Pe
a

PT

b

0

?a

?b

?

故a点为静态稳固点,b点为静态不稳固点,正 常运转时一定在a点。

P
Pmax

a? P0 a ?? a

b ?? b b?

??

0

?

a

90

?b

180 δ

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

40

二 、静态稳固泉源看法
?

界说

dPe S? d?

假定在使命点处S大于0,系统在该点是静态稳固的 假定S小于0,则系统是静态不稳固的 S的数值巨细可以诠释静态稳固的水平,或许说体现了发电机 保持与系统同步运转的才干

因此系统的稳固判据可以体现为

dP S ? e ?0 d?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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Pe
PT
a

b

0

?a

90

?

?b

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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电力系统静态稳固性是研究电力系统在某一运转要领下 遭到眇小滋扰时的稳固性效果。假定在电力系统中有一瞬时 小滋扰,在滋扰消掉落伍,系统能回复到原始运转状态;而在 一个永世性的小滋扰作用下,系统履历一个暂态历程后,能 到达一个新的稳态运转状态,则这一系统被以为是静态稳固 的、否则系统在小滋扰下将是静态不稳固的。 静态稳固研究的是系统对眇小滋扰的顺应才干,或 者说推敲的是系统在运转点处保持同步运转的才干,系 统能否能够保持静态稳固主要与系统在扰动发生前的运 行要领有关,与小滋扰的巨细及详细发生所在有关。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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15-4 暂态稳固的泉源看法

电力系统的功角稳固——暂态稳固 (Transient Stability) 电力系统暂态稳固是指电力系统遭到大滋扰后,各同步 发电机保持同步运转并过渡到新的或恢复到原来稳固要领的 才干。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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一、暂态稳固性与滋扰的型式有关,浅易有3种基本形式: (启事)
1.

电力系统的结构或参数突然变换,有数的是短路。无故 障断开线路也属这一类滋扰; 突然增添或增添发电机着力; 突然增添或增添大量负荷。

2. 3.

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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系统中发生种种短路后

断路器行动

断开误差元件 瞬时性误差时则重剖析功 自动重合闸 永世性误差时则重合不告成

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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?

由于大滋扰的形式不合,系统在某一运转要领下遭到大干 扰后的暂态稳固情形也不类似,即统一个电力系统在某一 运转要领和某种滋扰下是暂态稳固的,但在此外一种运转方 式和此外一种滋扰下能够不稳固。

?

在剖析某一系统的暂态稳固性时,首先必须一定出系统的 初始运转要领。系统的滋扰方规则应视详细情形而定。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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电力系统的暂态稳固剖析基本的假定

1.

不推敲短路电流中非周期重量的作用并假定发电机定子 电阻为零。 暂态历程当中,群集中的频率基本稳固,仍为50Hz。 当误差为纰谬称误差时,只计正序基频重量的影响。

2.

3.

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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2、 电路剖析
G T-1
L

T-2

V

? Eq

jXd

jXT1

jXL jXL

P,Q ? jXT2 V

? I
X d?II
P? ? P?? ? EqV X d ?? EqV sin ? sin ?

图15-7

切除一回输电线路

X d?I

X d??

切除一回线路后

1 ? X d ? X T1 ? X L ? X T 2 2

X d??? ? X d ? X T 1 ? X L ? X T 2

X d ? ??

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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图15-8 暂态稳固的看法

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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图15-9 掉落去暂态稳固

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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3、暂态历程剖析

X d ? II ? X d ? I
假定Eq保持稳固

1 X d?I ? X d ? X T 1 ? X L ? X T 2 2 X d ? II ? X d ? X T 1 ? X L ? X T 2
Pe

PI ?

E qV Xd ?I E qV X d ? II

sin?
PII

PI

<
PII ?

sin?
0

?
54

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

正常时

Pe

PI
a

PT ? P0

0

?a

?

原念头功率:PT=P0

运转在a(?a):wG?wN

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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切除一回线路
Pe

PI
a

PT ? P0

假定

0

?a

?

所有历程当中调速器不动,PT=P0稳固。
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 56

? 情形1

t=0,? =?a
系统使命在b点

Pe PII

PI
a

?P ? PT ? Pe ? 0
加速,?w>0

PT ? P0

c
b

? 增大
c点

0

?a ?c

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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c点: PT ? Pe

?w>0
过c点
?P ? PT ? Pe ? 0
Pe

PI
a

PT ? P0

dPII

加速,?w>0

c
b
?w
0

? 增大
d点:

?a ?c ?d

?

? =?max ?w=0
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 58

d点: PT ? Pe ?w<0 ,加速

? 减小
?w 过c点, <0
? ? 减小, P ? PT ? Pe ? 0

Pe

PI
a

PT ? P0

dPII

c
b
?w
0

加速

?w=0,?P ? PT ? Pe ? 0
加速,?w>0

?a ?c ?d

?

? 增大……

稳固在c点: ?w=0,PT=Pe
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 59

角度、角速率随时间变换图形: Pe

? ??w ?
? max ?c ?a b
d

PT ? P0

a

dPII

PI

c
b

0

?a ?c ?d

?w

?

c

?w

t

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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Pe
PT ? P0
a

PI
dPII

c
b

可见
0

?a ?c ?d

?w

?

在情形1的运转要领下,系统是暂 态稳固的。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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? 情形2

现在始运转功率较高时

c'点 Δw>0 d 增大

Pe

PI
a

PT ? P0

c PII c?

? 过c'点, P ? PT ? Pe ? 0

b

0 ?a ?c 发电机间不再同步,系统掉落去了暂态稳固性

Δw>0, δ增大

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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Pe

PI
a

PT ? P0

c PII c?

b
?a ?c

?w
? cr

0

?
临界角

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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角度、角速率随时间变换图形:

? , ?w
?
?c
?a

? cr

?w

0
情形2下系统不具有暂态稳固性

t

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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2、暂态稳固泉源看法

电力系统在正常运转要领下,遭到大滋扰后,能

从原来的运转状态(平衡点),不掉落去同步地过渡到新的
运转状态,并在新运转状态下稳固地运转——同步运转,

即以为电力系统在这个要领下是暂态稳固的。
暂态稳固的判据:大扰动后功角随时间变换的特点

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

65

假定电力系统在某一运转要领下遭到某种形式的大扰 动,经由一个电机暂态历程后能够恢复到原始的稳态 运转要领或过渡到一个新的稳态运转要领,则以为系 统在这类情形下是暂态稳固的。

暂态稳固性不只与系统在扰动前的运转要领有关,而 且与扰动的类型、所在及一连时间有关。
浅易接纳的是对全系统非线性状态方程的数值积分法 阻拦对系统静态历程的时域仿真,经由历程对盘算取得的 系统运转参数(如转子角)的静态历程的剖析分辨系统 的暂态稳固性。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

66

15-5 负荷稳固的看法

?

在电力系统的负荷中,主要因素是工农业临盆用电负 荷。其中,电念头负荷又占主要因素。在电念头负荷 中,一部门为同步电念头,大部门为异步电念头。
同步M负荷——受扰前后能否一连保持同步运转的稳 定性? 异步M负荷——运转稳固性效果?

?

?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

67

运转电压太低或 机械负荷太重

异步M

M吸收功率小

迅速加速以致停转

电厂发电机 输入功率变换 发电机转子相对运动, 严重时掉落去同步

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

68

一、负荷静态稳固看法
?

?

?

节点的负荷——综合告负荷,数目浩荡的各用电装备以且 变配电装备 稳固剖析中以一台等值异步电念头来代表 异步电念头的简化等值电路

jXσ I V jXm I0 R/S

图12-1 异步电念头简化等值电路

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

69

一、转距-转差特点 异步M的电磁转矩
M a MM Me 异步电念头 电磁转距 b

0

s
异步电念头 机械转距

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

70

2、转距-转差特点剖析
1 情形1 M sa ? sa'点
?M ? Me ? M M ? 0

a' ΔM a

Me

b MM
?s

Δs减小 a点

0 sa sa'

s

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

71

2

情形2 sb ? sb'点 M a Me

?M ? Me ? M M ? 0

b MM b'

?M
?s

?s增大
电念头停转 0

sb sb'

s

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

72

3、负荷稳固的看法
?

?

负荷稳固性就是负荷在正常运转中遭到扰动后能保持在某 一恒定转差下一连运转的才干。 用ΔM/Δs>0作为负荷静态稳固的判据。

dPe / ds ? 0
M a
MM
0
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

Me b

s
73

15-6 电压稳固性的看法

? ? ? ? ? ?

天下上电压稳固大事故: 1978年12月19日,法国电网 1983年12月27日,瑞典电网 1987年7月23日, 日本东京电网 1989年3月13日, 加拿大魁北克电网 1996年7月2日, 美国西部联络电网(WSCC)

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

74

我国十大电压稳固事故:

?1972年7月20日 ,浙江 ?1972年7月27日,湖北

?1990年9月20日,广东 ?1993年3月14日,新疆

?1980年7月27日,安徽
?1982年8月7日,华中 ?1989年8月4日,贵州

?1993年4月24日,海南
?1995年9月9日,宁夏 ?1997年2月27日,西北

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

75

一、电压掉落稳的特点

?

?

?

事故发生具有突然性和隐藏性。运转职员在电压不稳 定事故发生早期很难觉察。 事故生长具有弗成控性。电压不稳固一旦发生,不克不及 实时地接纳紧迫控制来阻挡电压的降低,事实能够会 招致全系统大面积电压瓦解。 事故发生时系同浅易处于负荷过载状态。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

76

2、电压稳固的界说 (1) IEEE(国际电气与电子工程学会): ? IEEE Working Group 15-05-05,K12 ? IEEE Working Group on voltage stability: ? (Publications) 90TH0358-2-PWR,93TH0620-5-PWR (2) CIGRE(国际大电网聚会聚会会议): ? CIGRE Task Force 38-02-10~12 ? CIGRE Task Force 38-01-03 ? CIGRE Working Group 34-08,14-07

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

77

(3) 电压稳固性(Voltage Stability) 是指在正常运转情形下或许遭受滋扰

后,电力系统保持所有母线电压在可以接
受的稳态值的才干。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

78

电压掉落稳现实举例
? ?

功角稳固性? 电压稳固性:

?

zs:发电机和输电线路阻抗 zLD:负荷阻抗

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

79

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

80

①给定功率因数时,P-|zs/zLD| 曲线

() 1 z s / z LD ? 1

z s / z LD ? 1

zs 稳固,z LD ?? P ?

z s / z LD ? 1

从电网取得更多功率

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

81

() 2 z s / z LD ? 1

z s / z LD ? 1

zs 稳固,z LD ?? P ?

z s / z LD ? 1

电网投递功率减小

() 3

z s / z LD ? 1

负荷节点取得最大功率

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

82

② V-|zs/zLD| 曲线

随负荷阻抗减小,负 荷节点电压单调降低

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

83

③负荷等值阻抗特点

异步M 机械功率>电磁功率,n降低, s增大,等值阻抗减小

?

用户的用电装备关于电 网来讲,泛起为某种阻 抗,以取得功率,同时 又将从电网罗致的电磁 功率转化为别种形式的 功率,以知足临盆和人 们临盆的种种须要。

从电网吸收更多的电磁功率

完成新的功率平衡

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

84

电力系统中其他静态负荷都具有异常特点:

?

?

当负荷罗致的电磁功率和输入的其他形式的功率掉落去 平衡时,负荷自动调剂其等值阻抗的巨细,以求得新 的功率平衡。 当输入的电磁功率大于输入功率时,等值阻抗将增大, 反之则减小。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

85

④曲线剖析

?

?

?

系统运转在曲线的上升段:负荷 有功功率需求↑→(群集和负荷 自己固有特点)负荷阻抗↓→ ↓→ 电网投递的功率增添;节点 电压有所降低;系统平衡、稳固。 系统运转在曲线的降低段:功率 需求↑→因需求负荷阻抗↓→ 电 网投递的功率↓;功率不平衡加 剧→负荷阻抗将一连↓→负荷节 点电压↓↓→ 电压瓦解情形。 电压掉落稳是负荷保持功率平衡而 调治阻抗的特点与群集传输特点 相互作用的效果。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

86

(4) 电压瓦解(Voltage Collapse)
是指电力系统在遭受一系列误差后招致系 统内大面积、大幅度的母线节点电压一连性下 降的历程。 重视
电压瓦解比电压稳固性要严重许多,系统母线电压的 瓦解既可以是功角不稳固组成的,也可以是电压不稳固造

成的,也能够或许是二者合营作用组成的。它是一个形貌电压
降低的历程和情形的术语。
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 87

⑤不合功率因数的影响
?

负荷的功率因数不合, V-|zs/zLD|曲线和P-|zs/zLD|曲线形 式稳固。功率因数减小,P、V减小( |zs/zLD| 稳固)。

M
机械功率↑→s↑→cosφ↓

现实的P-|zs/zLD|曲线要 比恒功率因数时的曲线 要低许多。

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

88

电压↓↓→负荷的功率因 数迅速↓ →无功功率↑ → 输电线电压消耗↑ →减轻

电压瓦解

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

89

⑥适用盘算中的P-V曲线
?

P
Pm
不稳

电压稳固 临界点
稳固
?

Vcr
单端供电群集受端有 功功率和电压的关系

V
?

右半段,随着电压的降 低,负荷从电力系统吸 收的有功功率增添,系 统总是稳固的。 左半段,随着电压的下 降,负荷取得的功率减 少,电压一连降低,直 至电压瓦解。 可见,右半段为“电压 稳固区”,左半段为 “电压不稳固区”

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

90

⑦负荷节点静态电压稳固的判据
?

负荷节点静态电压稳固的判据:P和V的变换符号相 反,即:
P
Pm
不稳 稳固

Vcr

V

dP ?0 dV

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

91

总结
?

?

系统现实运转中,经由历程监视各负荷节点P-V曲线的变换和 dP/dV判据的盘算,对系统电压稳固性有较清晰熟悉。 电力系统供电点接入的负荷代表了多种类型的用电装备和 与其相关的配电群集元件的组合,综合负荷的输入功率特 性不容易一定。 ? 假定用一台等值电念头来取代综合负荷有局限性——当 供电点电压降低过量时,虽然从综合负荷特点看仍能保 持稳固,然则个体电念头或其他用电装备能够曾经掉落去 稳固或许因电压太低而加入运转。 ? 大负荷(大量负荷)掉落去稳准时,系统的有功负荷骤减, 使各发电机的有功功率发生大的变换,惹起发电机间的 相对运动,严重时也能够或许招致电力系统同步运转稳固性 的损掉落。
电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 92

7/29/2013

较量
功角稳固性:同步发电机间保持同步运转的才干;以 发电机转子间相对角的运动纪律作为断定稳固性的凭证,

如前面所讲的静态稳固、暂态稳固等。
电压稳固性:保持所有母线电压的才干。在系统的电 压稳固性剖析中,主要关注负荷点电压的行动,是以电 压稳固性有时也称为负荷稳固性。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

93

(5) 电压安然性(Voltage Security)

它不只指一个系统不发生功角掉落稳的才干, 还网罗在泛起任何适当而可信的意料事故或有害

的系统厘革后,系统保持电压稳固的才干。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

94

较量 电压稳固性:强调在正常运转和某种误差条件下维 持所有母线电压在可以吸收的水平的才干。 电压安然性:强调在随便任性适当而可信的意料事故或 者系统厘革后都能确保系统电压稳固的才干。 电压安然性比电压稳固性请求更高。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

95

(6) 电压不稳固 (Voltage Instability) 当系统泛起扰动、负荷增大或许系统厘革后使

得一些母线电压急剧降低或许向下漂移,而且运转
职员和自动装配的控制曾经没法终止这类电压式微,

从而使得系统的完全性遭到破损,功率不克不及正常的
传送给用户,则称此时系统是电压不稳固的。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

96

较量 电压不稳固事实能够会招致灾难性效果——电压 瓦解;

电压瓦解不用定由电压不稳固惹起,也能够或许由功
角不稳固惹起。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

97

15-7 发电机转子运动方程

? ? ? ?

一、转子运动方程 2、参考轴与角度 3、用标幺值体现的转子运动方程 四、惯性时间常数的意义

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

98

一、转子运动方程 由改变物体的力学定律 发电机的电磁转矩

?Ma=MT - Me为不平衡转矩kg?m

原念头的机械转矩

JA ? ?M a
迁徙改变惯量 kg?m?s2 机械角加速 度rad/s2

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

99

1、以机械角度体现

JA ? ?M a
d? A? dt

从某一结实参考轴算起 的机械角位移(rad)

d? ?? , dt

机械角速率(rad/s) 转子运动方程
d? d 2? JA ? J ? J 2 ? ?M a ? M T ? M e dt dt
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 100

2、以电角度体现
机械 角度 角速率 角加速率
? ? A

d? d 2? JA ? J ? J 2 ? ?M a ? M T ? M e dt dt
电气
? w ?

单元
rad rad/s rad/s2

如发电机的极对数为p

? ? p? ? ? w ? p? ? ? ? pA ? ?
101

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

d? d 2? JA ? J ? J 2 ? ?M a ? M T ? M e dt dt

等式双方乘以p
dw d 2? J? ? J ? J 2 ? p?M a dt dt

? ? p? ? ? w ? p? ? ? ? pA ? ?

角度以甚么轴为参考?
重视

单元均是著名单元
电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 102

7/29/2013

2、参考轴与角度
? wi Ei

参考轴 角度 角速率

结实
? w

同步
? ?w

?i
?i

wN

? i ? ? i ? ? N , ?w i ? w i ? w N
d? i d? i d? N ? ? ? wi ? w N dt dt dt d 2? i d 2? i dw i ? ? ? ?i 2 2
dt dt dt

? N 同步改变轴

w?0
结实参考轴

可见角加速率与参考轴的选择有关。
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 103

wi

? Ei

?i
?i ? j

? ij
?j

wj

? Ej

?ij =?i -?j称为相对角 ?wij =wi -wj为相对角速率 ?i称为相对角 ?wi称为 相对角速率

wN
同步改变轴

?N

w?0
结实参考轴

相对角和相对角速率与参考轴的选择有关

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

104

3、用标幺值体现的转子运动方程 d 2? i d 2? i dw i ? 2 ? ? ?i 2 dt dt dt

dw d 2? d 2? J? ? J ? J 2 ? J 2 ? p?M a dt dt dt J?? N ?M a 著名值
转矩基准值MB=SB/ΩN, 上式双方除以MB
SB ?p MB
p? N ? w N

J? N ? N d 2? ? ?M a * 2 SB p? N dt J? 2 1 d 2? N ? ? 2 ? ?M a* SB w N dt

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

105

J? 2 1 d 2? N ? ? 2 ? ?M a * S B w N dt
J? 2 N TJ ? SB

温习:转矩即是功率除 以角速率

P M? 为惯性时间常数,单元为s ?

d 2? ?N ? 2 ? ?M a? ? MT ? ? M e? ? ( MT ? M e ) w N dt SB TJ ? 1

w?

( PT ? ? Pe? ) ?

1

w?

?Pa? 考试考试推导

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

106

d 2? 1 1 ? 2 ? ?M a? ? M T ? ? M e? ? ( PT ? ? Pe? ) ? ?Pa? w N dt w? w? TJ
式中的单元:
称谓 单元 弧度 标幺值 弧度每秒 基准

?

功率角 角速率 特殊角速

w*

wN

wN
TJ

惯性经常 机械、电磁功率
时间

秒 标幺值

107

PT * , Pe*
t
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SB

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

d 2? ? 2 ? ?M a ? w N dt TJ

写成状态方程的形式

d? ? ? w ? w N ? ?w ? dt ? ? wN d?w ? ?M a* ? ? dt TJ ?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

108

四、惯性时间常数的意义

J? 2 N TJ ? SB 惯性时间常数TJ是反映发电机转子机械惯性的主要参数。

1、TJ的单元
kg ? m ? s 2 ? 1 / s 2 kg ? m / s

J:kg.m.s2

= s(秒)

ΩN:rad/s
SB:SB=MBΩN MB:kg.m ΩN:rad/s

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

109

2、TJ的物理意义
选择MB=MN=SN/ΩN Ω*=Ω/ΩN

d 2? TJ ? ? 2 ? ?M a * w N dt 1
d 2? i d 2? i dw i ? 2 ? ? ?i 2 dt dt dt

适当变换后得
TJN d? * ? ?M a * dt

以发电机特殊容量SN为基准, 通常称为特殊惯性时间常数

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

110

TJN

取MT*=1、Me*=0,则ΔMa*=1。

d? * ? ?M a * dt

双方积分,得

TJN ? d? * ? ? ?M a* dt ? ? dt
0 0 0

1

?

?

TJN = ?

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

111

TJN的物理意义:

TJN =?
当发电机空载时,如原念头将一个数值即是特殊转矩

MN的恒定转矩(MT*=1)加到转子上,则转子从运动状态
(Ω*=0)启动到转速达特殊值(Ω*=1)时所需的时间t,
就是发电机组的特殊惯性时间常数TJN。

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

112

3、TJ的求取
浅易手册上只给出反映发电机迁徙改变部门质量和尺寸
的GD2值
飞轮转矩
TJN
t?m2 r/min

2.74GD 2 n 2 ? ? 10 ? 3 SN
kVA

s

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

113

重视

TJN

2.74GD 2 n 2 ? ? 10 ? 3 SN

在电力系统稳固盘算中,当已选好全系一切一
的基准功率SB时,必须将各发电机的特殊惯性时间 常数归算到统一基准值下

TJi ? TJNi

S Ni SB

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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

114

TJi ? TJNi

S Ni SB

将几台发电机合并成一台等值发电机,合并后等

值机的惯性时间常数为
n TJN 1 S N 1 ? TJN 2 S N 2 ? ? ? TJNn S Nn ? ? ? TJi SB i ?1

TJ?

7/29/2013

电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

115

在多电机力系统中,关于第i台发电机有(略去体现 标幺值的星号)
取决于原动 机及其调速 系统

TJi d 2? i 1 ? ?M ai ? M Ti ? M ei ? ( PTi ? Pei ) 2 w N dt wi

?i ? 1,2,?, n)

复 杂

若何表达Pei? 若何求解方程式?
7/29/2013 电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法 116

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法
Pe

复 习
基本看法

?

Pe ?
? Eq

E qV

启事 风险 ? sin
jXL/2 分类
? jXT2 V

功角 看法 稳固性
117

X d效果 ?

jXd jXT1

剖析措施
X d?
7/29/2013

? I

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法

复 习
Pe

同步运转
a



转距平衡

PT

b

静态稳固
0

?a

?b

?
b点呢?

稳固性
功角 118 看法

a点能稳固运转
7/29/2013

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法

复 习
Pe
PT
a

b

0

?a

90? ? b

?

静态稳固

小滋扰后恢复稳固的才干
dPe ?0 d?

稳固性
119 功角 看法

7/29/2013

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法

复 习
Pe
PT
a

PI

G

T-1

L

T-2

V

稳固运转 c
0 ?
a

PII

b

小扰动
大扰动?
?

静态稳固
暂态稳固

P,Q

?c

? cr ? b

大滋扰后能在新的运转状
态下稳固运转的才干
7/29/2013

稳固性
静态稳固
功角 看法 120

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法
M a MM Me

复 习
b

负荷稳固
0

暂态稳固

s

?M ? Me ? M M

?M /?s >0
dPe / ds ? 0
7/29/2013 静态稳固

稳固性
功角 看法 121

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法

复 习
突然性、隐藏性、弗成控性 特点 电压稳固 界说 电压稳固性、电压瓦解、 电压安然性、电压不稳固 7/29/2013
静态稳固 122 功角 看法 负荷稳固

暂态稳固

稳固性

第15章 电力系统运转稳固性的基本看法

复 习
电压稳固 负荷稳固

运动方程

暂态稳固

稳固性
静态稳固 功角 看法 7/29/2013 123

我国十大电压稳固事故

湖北1972年7月27日大面积停电事故,组成武 汉、黄石、黄冈地域所有停电。由于电网继电保 护装配误行动,使丹江口到汉口的220kV输电线 路断开,组成武汉和黄石地域电压瓦解,使受端 系统所有瓦解,经济损掉落约2700万元。

7/29/2013

124

天下电压稳固大事故

1978年12月19日,法国电网因输电线过载 装配运作跳闸,电网瓦解,组成法外洋乡四 分之三的地域停电,最长停电时间8个半小时, 其经济损掉落至少与50年经济调剂使命所取得 的经济效益相当。

7/29/2013

125

天下电压稳固大事故

瑞典大停电事故使南部系统全停电,停 电负荷11 400 MW,占所有系统负荷的67%,

电网所有恢复时间用了7 h 以上,事故损掉落
2~3亿瑞典 克 郎,约3 000 ~5 000万美元。

7/29/2013

126

天下电压稳固大事故

日本东京大停电事故停电8168 MW,影响 用户280万户,停电时间最长达3 h 21 min, 两个500 kV变电站及一个275 kV变电站全站停

电,影响日本13条铁蹊径停运达3 h 50 min,
东京地铁及私营铁路停运长达3 h,自来水中

断,银行盘算机系统中止,组成社会生涯重大。

7/29/2013

127

天下电压稳固大事故

加拿大 1989年3月13日破晓2时44分,电网监控室图板正告 灯突然闪灼,显露在电网的北端发生了误差。使命职员操作一

个电压控制器,关闭了一条向南部若干都市输电的支线。就在
手艺职员正对这突发事宜疑心时,一系列回路断电事故在各个 区域同时发生,一会儿切断了魁北克省所有的供电系统。所有 电网在不到90秒钟所有瘫痪了,电力保送周全中止。电网所管

辖的区域处于一片阴霾,工厂临盆、居夷易近生涯遭到很大的影响。

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天下电压稳固大事故

停电事故使该电力公司损掉落19400兆千瓦时的电 力,保送到美国的电力损掉落l326兆千瓦时,破损损掉落

约3亿美元,而带给用户的经济损掉落高达10亿美元。
虽然事发后省内大部门地域在9个小时内恢复供电, 但仍有一些地方阴霾一连了许多天。

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天下电压稳固大事故
该事故的启事被地理学家绝不辛勤地查清晰了了:不是人为的因素,

令人惊讶的是,此次事宜的“罪魁罪魁”竟是太阳!一次冒失
的太阳风暴跟人类开了个不小的玩笑。在此之前不久,日面上 泛起了一个大黑子群,它的面积到达3570(单元为太阳半球面 积的百万分之一)。太阳还泛起过一次强度很强的x一15级耀斑, 太阳射向宇宙空间的粒子逾越百万吨。此次太阳风暴对地球磁

场发生了强烈影响,强烈的磁场变换使得发电机、变电站、电
网系统电压、电流不稳,一些装备被烧坏,从而招致加拿大电 力中止。与此同时,美国新泽西州的供电系统也遭遭到破损。
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天下电压稳固大事故
1996年7月2日,美国西部电网发生大停电事故,
启事是Jim Bridger电厂的一条345kV出线对树闪络,惹起 跳闸,而该厂的此外一回345kV线路由于掩护的不准确行动而 被切除,从而触发了一系列的连锁回声,最后招致电压崩 溃,西部电网解列至少五个“孤岛”。事故组成150~200

万个用户停电,损掉落严重。事故后的剖析以为,仅仅一条
345kV线路跳闸着实不会构玉成部电网的瓦解,此次大停电事 故是由于事故前电网的异常运转条件,加上掩护的不准确 行动而扩大事故所招致的。
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天下电压稳固大事故
事隔仅一个月,1996年8月10日,美国西部电网

再次发生大面积停电事故。其时,横贯美国西部的炎热天
气应用电负荷显着增添,高温又使华盛顿和俄勒岗州的多 回线路在事故前约1h无序跳开,使系统变得懦弱,从而引 发电压振荡,使俄州和加州之间的三回500kV宁靖洋交流联 络线和±500kV直流联系线和其他地域的一些500kV线路

和发电机跳闸。事故招致西部电网解列为四个“孤岛”,
使约400万个用户停电。事故的启事和损掉落情形尚在进一步

剖析查询会见当中。
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我国电压稳固事故

在我国国际,1995年10月29日,××供电局见习值

班职员背背歇息纪律,在变电所内学习驾驶汽车,撞裂
220kV母线刀闸支架,刀闸支柱瓷瓶断裂,招致母线短路。 由于9套掩护拒动和误动,组成2个220kV变电所、500kV 深圳变电所的220kV母线和13个110kV变电所所有停电, 深圳市大面积停电,火车站、海关等主要用户停电,共

损掉落负荷80万kW。

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我国电压稳固事故
1996年1月19日,由于××训练吊车司机背章作业,
误碰石景山热电厂至八里庄变电所的220kV石景山—八里 庄(简称石—八)双回线,招致220kV石—八一、二回线 前后跳闸,惹起北京西部地域较大面积停电,组成1个 220kV变电所,7个110kV变电所,10个35kV变电所和北京 第二热电厂全停电。此次事故是开国以来北京地域是最 严重的一次,特殊是组成许多主要负荷的长时间停电。

事故中损掉落负荷31万kW(约占北京地域负荷的8%),直
接经济损掉落约335万元。
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作 P166



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电力系统剖析 第十五章 电力系统运转稳固性的基本看法

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