电力系统暂态稳定性
电力系统分析十一章电力系统的暂态稳定性
P
EU X
sin
一般状况下，有：
X X X
所以 P P P
第三节 简朴电力系统暂态稳定性 旳定量分析
在功角由0 变化到 c 旳过程中，PT Pe ，多出
旳能量使发电机转速上升，过剩旳能量转变成转子
旳动能而贮存在转子中。加速过程中所做旳功为：
Sa
c Md
0
( P c
0 T
一、引起电力系统大扰动旳重要原因
（1）负荷旳忽然变化 （2）切除或投入系统旳重要元 件 （3）电力系统旳短路故障
由于暂态分析计算旳目旳在于确定电力系统在给定旳大 扰动下各发电机组能否继续保持同步运行，因此重要研究发 电机组转子运动特性，考虑其重要影响原因，对影响不大旳 原因加以忽视或近似考虑。
二、暂态稳定计算中旳基本假设
第四节 发电机转子运动方程旳数值解法
为了保持电力系统旳暂态稳定性，需要懂得必 须在多长时间内切除短路故障，即极限切除角对应 旳极限切除时间，这就需要找出发电机受到大干扰 后，转子相对角δ随时间t变化旳规律，即δ =ƒ(t)曲线， 此曲线称作摇摆曲线。
发电机转子运动方程是非线性旳常微分方程，一 般用数值计算措施求其近似解。
第十一章 电力系统旳暂态 稳定性
第十一章
1 电力系统暂态稳定性概述 2 定性分析 3 定量分析 4 提高暂态稳定性旳措施
第一节 电力系统暂态稳定性概述
暂态稳定性是指电力系统受到大干扰后，各同 步发电机保持同步运行，并过渡到新旳或恢复 到本来稳定方式旳能力，一般指第一或第二振 荡周期不失步。一般扰动后旳系统状态与扰动 前不一样。一般考察扰动后3－5秒。最多10s。 假如电力系统在某一运行方式下，受到某种形式旳大扰动， 通过一种机电暂态过程后，可以恢复到原始旳稳态运行方式或 过渡到一种新旳稳态运行方式，则认为系统在这种状况下是暂 态稳定旳。 电力系统旳暂态稳定性不仅与系统在扰动前旳运行方式有 关，并且与扰动旳类型、地点及持续时间有关。因此，为了分 析系统旳暂态稳定性，必须对系统在特定扰动下旳机电动态过 程进行详细旳分析，因此一般采用旳是对全系统非线性状态方 程旳数值积分法进行对系统动态过程旳时域仿真，通过对计算 得到旳系统运行参数(如转子角)旳动态过程旳分析，鉴别系统旳 暂态稳定性。
电力系统中暂态稳定性分析与评估
电力系统中暂态稳定性分析与评估电力系统的暂态稳定性是指系统在受到外界扰动或内部负荷变化后，恢复到稳定工作状态的能力。
暂态稳定性是电力系统运行安全和稳定性的重要指标，对于保障电力系统的可靠性和供电质量具有重要意义。
因此，对电力系统的暂态稳定性进行准确的分析与评估是现代电力系统研究和运行管理的关键之一。
电力系统的暂态稳定性分析与评估主要包括以下几个方面：1. 暂态稳定性分析方法暂态稳定性分析的方法主要包括直接分析方法和仿真计算方法。
直接分析方法是指通过分析电力系统的等值负荷特性、传输线参数和发电机参数等因素，来判断系统的暂态稳定性。
仿真计算方法是指通过建立电力系统的数学模型，利用计算机模拟系统的运行情况，通过计算和仿真来分析系统的暂态稳定性。
2. 暂态稳定性指标评估暂态稳定性时常用的指标包括最大角度差、最大振荡幅度、系统频率衰减等。
其中，最大角度差是指在系统受到外界扰动后，各个节点之间相位角的最大差异；最大振荡幅度是指系统在恢复过程中，振荡幅度的最大值；系统频率衰减则是指系统频率降低的速度。
通过计算这些指标，可以评估系统的暂态稳定性并判断其是否满足要求。
3. 暂态稳定性评估的影响因素暂态稳定性受到许多因素的影响，其中主要包括：负荷变化、发电机失效、传输线损耗、自动电压调节器（AVR）和励磁调节器（EXC）的响应速度、电力系统的控制策略等。
这些因素对暂态稳定性的影响是复杂而多样的，因此在评估暂态稳定性时需要综合考虑这些因素的影响。
4. 暂态稳定性改善措施对于暂态稳定性不足的电力系统，可以采取一些措施来提高其暂态稳定性。
常见的改善措施包括增加发电机容量、改善传输线参数、增加无功补偿措施、改善调度策略等。
通过对系统的改善措施进行评估和优化，可以提高系统的暂态稳定性，降低系统发生暂态稳定性问题的风险。
总结而言，电力系统中暂态稳定性的分析与评估是确保电力系统运行安全和稳定的关键环节。
通过采用适当的分析方法，评估系统的暂态稳定性指标，考虑影响因素并采取相应的改善措施，可以有效提高电力系统的暂态稳定性。
电力系统分析第十七章《电力系统暂态稳定性》课件
右边展开
(tn
t
)
(tn
)
(tn
)t
1 2
(tn
)t
2
左边展开
(1)+(2
(tn )得到
t)
(tn
)
(tn
)t
1 2
(tn
)t
2
tn-1 tn tn+1
t
(1) (2)
(tn t) (tn ) (tn ) (tn t) (tn )t 2
(3)
而 所以
(tn
)
N
TJ
Pa
(n)
( n 1)
(PT
PIII )d
减速面积
Aedfg，转子 减小的动能
转子增加的动能 = 转子减小的动能
即
(P c 0 T
PII )d
max c
(PIII
PT )d
等面积定则：当加速面积和减速面积大小相等时，转子动能增量为零， 发电机重新恢复到同步速度。
保持暂态稳定的条件：最大可能的减速面积大于加速面积。
5. 对发电机等值电路用E 和 X d表示。(称之为经典模型，见5-4节)
( i. Tf 较大，f不衰减; ii. 强行励磁 )
17-2 简单电力系统暂态稳定的分析计算
假设简单电力系统在输电线路始端发生短路。
一、各种运行情况下的功率特性
系统正常运行
总电抗为
XI
X d
X T1
1 2
XL
X T2
确定短路前系统电压V0与Xd后的电势E0
二、基本假设及简化
1.
2. 只研究暂态过程的起始阶段，不考虑原动机调速器的作用；( PT=constant ) 3. 忽略定子电流的非周期分量；(PE可以突变。 i. Ta 很小，衰减快; ii. M平均=0 ) 4. 不对称故障时，不计零序和负序电流对转子运动的影响；
电力系统暂态稳定性分析
第十章 电力系统暂态稳定性分析主要内容提示：本章讨论简单电力系统的暂态稳定性及提高暂态稳定的措施。
重点是利用等面积定则分析判断系统的稳定性。
电力系统的暂态稳定性，是指电力系统在正常运行状态下突然受到某种较大的干扰后，能够过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来的运行状态的能力。
造成大干扰的原因：如发电机、变压器、线路、大负荷的投入或切除，以及短路、断路故障等。
§10—1 简单电力系统的暂态稳定性 一、物理过程分析如图10-1（a ）所示的单机对无限大系统，设在线路首端发生单相接地短路，分析其稳定性。
正常时：如图10-1（b ）所示的等值电路。
2020212⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+='+++'=U X P U X Q U E X X X X X T lT dⅠⅠⅠδδsin sin IM P X UE P ='=ⅠⅠ 故障时：如图10-1（c ）所示的等值电路，在短路点加上附加电抗∆X 。
()()∆X X XX X X X X X X T l T d T l T d ⎪⎭⎫⎝⎛++'+⎪⎭⎫ ⎝⎛+++'=212122Ⅱδδsin sin M P X UE P ⅡⅡⅡ='=故障切除后：如图10-1（d ）所示的等值电路。
δδsin sin 21M T l T d P X UE P X X X X X ⅢⅢⅢⅢ='=+++'=（d ）图10-1 单机－无限大系统及其等值电路（c ）故障时等值电路（d ）切除故障后等值电路（a ）系统图（b ）正常时等值电路以上三种情况，ⅡX ＞ⅢX ＞ⅠX ，所以ⅡP ＜ⅢP ＜ⅠP ，如图10-2所示三种状态下的功率特性曲线。
设正常运行时发电机向无限大系统输送的有功功率为0P ，原动机输出的机械功率T P 等于0P 。
图中a 点表示正常运行时发电机的运行点，与之对应的功率角0δ为正常运行时的功率角。
电力系统分析第10章电力系统暂态稳定性分析
8
例题10-1
¾ 一简单电力系统的接线如图所示，设输电线路某一回路的始 端发生两相接地短路，试计算为保持暂态稳定而要求的极限 切除角。
z 解：选择基值，计算参数。
E& ′ = ? j0.295 j0.138
j0.243 j0.122 U = 1.0
−
E′U xⅢ
sinδ )
初始 条件
⎧⎪⎨ωt ==tcωc ⎪⎩δ = δc
求出故障切除后的δ-t曲线，当δ达到最大值δm后开始下降，说明运行点开
始向平衡点k移动，系统能保持暂态稳定；
δ >180°，系统不稳定
11
求解转子运动方程的算法
转子运动方程是非线性的微分方程，一 般不能求得解析解，用数值方法求出近似解 ¾分段计算法：就是把时间分成一个一个小 段，在每个小段时间里，把变加速运动看成 是等加速运动。计算方法简单。 ¾改进欧拉法：一种单步法。
G % E&′ jxd′
T1
jxT1 jxT1
jxT1
L
T2
jxL jxL
jxT2 U&
(Ⅰ)正常运行方式
jxL jxL
U& jxT2
jxΔ (Ⅱ)故障情况
××
jxL
jxTU2&
( Ⅲ ) 故障切除后3
大扰动后发电机转子间相对运动
P
PT = P0 0
运行点
功率特性曲线 PⅠ：正常运行； ΔωP PⅠ PⅡ：故障中； δ
f0
零序等值电路
E′ =
⎛⎜⎝U
+
Q0 xⅠ U
⎞2 ⎟⎠
+
电力系统暂态稳定性分析
电力系统暂态稳定性分析电力系统是现代社会中不可或缺的重要基础设施之一。
而在实际应用中，电力系统的暂态稳定性显得尤为重要。
因为只有通过对电力系统暂态稳定性的合理分析和控制，才能保证电网可靠稳定地运行。
一、电力系统暂态稳定性的定义和意义电力系统的暂态稳定性是指在外部扰动下，系统输出电压、频率等瞬态量能够快速、准确地恢复到稳态，并保持稳态运行的能力。
在电力系统中，如果发生负荷突增或存在故障等不良输入，可能会破坏电网的暂态稳定性，引发电力系统崩溃，严重时可能会导致系统停电，造成重大损失。
因此，电力系统暂态稳定性的分析与控制是保证电网安全稳定运行的重要手段。
二、电力系统暂态稳定性分析方法电力系统暂态稳定性分析主要通过进行暂态稳定裕度计算来判断电网的稳定性强度。
暂态稳定裕度是指电网从瞬态到稳态的过渡过程中的最大幅值比率，反映系统的动态响应能力的强度。
根据动力系统和电力系统的基本理论，可以通过等效电路模型对电力系统的暂态响应进行分析。
常见的电力系统暂态稳定性分析方法有以下几种：1、经典暂态稳定性分析法经典暂态稳定性分析法主要应用于简单的电气传输系统，适用于该系统中断、恢复稳定及系统响应分析。
经典暂态稳定性分析法的基本思想是将系统分为电源、传输线路和负荷三个基本部分，通过分析动态电路的等效模型建立系统的微分方程，并求解这些微分方程，从而得到系统的暂态稳定裕度。
2、现代稳定性分析法现代稳定性分析法采用全电网范围内的时域仿真方法，利用电力系统的数字仿真技术对电力系统暂态稳定性进行计算分析。
广泛应用于电网大规模短路和断电故障事故分析，可有效预测事故发展情况。
3、直接暂态分析法直接暂态分析法是通过求解电力系统暂态变化过程中的微分方程，推导系统的响应情况，对系统的暂态稳定性进行判断，主要用于分析输电线路和变电站的暂态稳定。
三、电力系统暂态稳定性控制为保障电力系统的暂态稳定性，需要对系统进行控制，研究电网暂态稳定性的控制技术是保障电网安全稳定运行的关键。
电力系统中的暂态稳定性分析
电力系统中的暂态稳定性分析随着电力系统的不断发展，人们对电力系统的可靠性和稳定性的要求也越来越高。
在实际运行中，电力系统会遇到众多的故障和异常情况，这些情况都有可能影响电力系统的稳定性。
因此，了解电力系统中的暂态稳定性问题变得格外重要。
电力系统暂态稳定性是指在电力系统遭受较大扰动后，系统能否恢复稳态状态的能力。
在电力系统中，稳态稳定性和暂态稳定性都是极其重要的，但本文仅着重分析暂态稳定性问题。
电力系统暂态稳定性问题的分析方法主要有两种：解析方法和数值模拟方法。
下面分别进行介绍。
一、解析方法解析方法是通过对电力系统中各个元件进行理论分析、推导和计算，来判断该系统的暂态稳定性。
解析方法主要包括以下几种。
1、功角稳定裕度法功角稳定裕度法主要是通过计算系统的功角稳定裕度来评估电力系统的暂态稳定性。
功角稳定裕度是指系统在扰动后，稳态下转动机构的相对转角和额定值之间的差值，即稳态下的功角偏差。
系统的稳态下功角稳定裕度越大，电力系统的暂态稳定性就越好。
2、突变理论法突变理论法是一种通过计算系数矩阵来评估电力系统暂态稳定性的方法。
其实质是基于李雅晋突变函数的方法。
通过对系统进行线性化处理，得出系统变量间的线性关系，然后通过分析该线性关系的特征值和特征向量，得出系统的稳定性。
3、直接对抗法直接对抗法是一种通过计算各种装置（例如补偿电容器等）和负荷特性等的控制参数，以实现恢复或维持稳态的方法。
这种方法一般使用现代控制理论和优化算法等进行求解，可以获得比较精确的结果。
二、数值模拟方法数值模拟方法主要是根据电力系统的物理特性，进行数值模拟分析，来研究电力系统的暂态稳定性问题。
数值模拟方法主要包括以下几种。
1、电力系统数学模型电力系统数学模型是指将电力系统中各个元件的特性以及其相互之间的关系通过数学方程的形式表示出来，并将其组成一个完整的数学模型。
这种数学模型一般使用电力系统仿真软件（如PSCAD）进行求解，可以准确地计算出系统的稳定性。
电力系统的暂态稳定性
PT=P0
f
a
d
P
Ⅱ
bc
δ
δ0δc δm δh
• 积分得：
左侧＝转子在相对运动中动能的增量； 右侧＝过剩转矩对相对位移所做的功――线下方的 阴影面积――称为加速面积；
故障切除后
∵ ∴
P
k
P∴T=P
0
f
PⅢ
e
d
P
Ⅱ
c δ
δc δm δh
右侧＝制动转矩对相对角位移所做的功
＝线上方的阴影面积（称为减速面积）
• 第二个是励磁绕组 微分方程：
• 还有两个即发电机 的转子运动人程：
• 以上的递推计算公式反映了两类方程交替求解 的过程，最终的目的当然是求δ 随t的变化曲线。 最后需指出．计及自动调节励磁的作用时，已 不能再运用等面积定则先求极限切除角度然后计 计算极限切除时间。而是只能先给定一个切除 时间tc计算按此切除时间切除短路时，系统能 否保持暂态稳定。对于发电机与无限大容量系
第八章
电力系统的暂态稳定性
第八章 电力系统的暂态稳定性
• 暂态稳定概述 • 简单系统的暂态稳定分析 • 自动调节系统对暂态稳定的影响 • 复杂电力系统的暂态稳定计算 • 提高暂态稳定的措施
暂态稳定概述
• 什么是电力系统的暂态稳定性 1、大干扰 2、与运行方式和干扰方式的关系 3、电力系统暂态稳定性的校验
二、提高发电机输出的 电磁功率
(一)对发电机施行强行 励碰
(二)电气制动
第五节提高暂态稳定性的措施
(三)变压器中性点经小 电阻接地
第五节提高暂态稳定性的措施
三、减少原动机输出的 机械功率
第五节提高暂态稳定性的措施
四、系统失去稳定后的措施 (一)设置解列点 (二)短期异步运行及再同步的可能性 • 这里仅讨论一台机与系统失去同步的过程。发电机受
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10 电力系统暂态稳定性
10. 1习题
1) 什么是电力系统暂态稳定性？
2）电力系统大扰动产生的原因是什么？
3）为什么正常、短路、短路切除三种状态各自的总电抗不同？对单机无限大供电系统为什么Ⅰ＜Ⅲ＜Ⅱ？PⅠ·max＞PⅢ·max＞PⅡ·max？
4）短路情况下Ⅱ如何计算？
5）什么是加速面积？什么是减速面积？什么是等面积定则？
6）单机无限大供电系统，设系统侧发生三相短路，试问短路时功率极限是多少？
7）什么是极限切除角？
8）若系统发生不对称短路，短路切除后最大可能减速面积大于短路切除前的加速面积，系统能否暂态稳定？若最大可能减速面积小于加速面积发生什么不稳定？
9）分段法中t=0时和故障切除时过剩功率如何确定？
10）写出分段法的计算步骤。
11）为什么说欧拉法是折线法？每段折线如何确定？
12）改进欧拉法在何处做了改进？
13）写出改进欧拉法的计算步骤。
14）用图解说明单相自动重合闸为什么可以提高暂态稳定性？
15）试说明快关汽轮机汽门、连锁切机有何相同与不同？
16）提高电力系统暂态稳定的具体措施有哪些种？原理是什么？
17）提高电力系统暂态稳定的措施在正常运行时是否投入运行？
18）解列点的选择应满足什么要求？
19）异步运行时为什么系统需要有充足的无功功率？什么是振荡中心？
设已知系统短路前、短路时、短路切除后三种情况的以标幺值表示的功角特性曲线：=2、=0.5、=1.5及输入发电机的机械功率=1。
求极限切除角。
20）供电系统如图10- 1所示，各元件参数：
发电机G：P N=240MW，U N=10.5kV,，，X2=0.44，T J =6S，发
电机G电势以E‘表示；变器T1的S N为300MVA，U N为10.5/242kV，X T1=0.14 T2的S N为
280MVA，U N为220/121kV，X T2=0.14电力线路长l=230km每回单位长度的正序电抗X1=
0.42Ω/km，零序电抗X0=4X1。
P=220MW
G T1 L T2 S
图10-1 习题10-20 系统接线
当在线路始端发生两相接地短路时，求极限切除角和极限切除时间。
并作0.15s切除故障时的δ与t关系的摇摆曲线。
21）简单电力系统如图10-2其中X1=0.44, X2=0.22, X3=0.22, U s=1.0,=1.2,
=0.2, 原动机输入机械功率P T= 1.5, 机组惯性时间常数T J =30s, 系统母线容量无限大，电压U S=1。
试求
①双回线运行时初始功角；
②Q1突然跳开成单回运行，系统是否能保持暂态稳定？若稳定，求最大摇摆角。
③系统在双回线运行时K点发生三相短路，设短路是永久性的，且Q1、Q2不跳开
系统是否暂态稳定。
10. 2 习题解答
19）70.29º
20）⑴极限切除角63.42º，极限切除时间：0.273s
⑵0.15s切除时摇摆曲线：
t(s) δ
0.0 34.45º
0.05 35.63º
0.1 38.75º
0.15 43.74º
0.2 50.53º
0.25 59.00º
0.3 68.70º
0.35 77.29º
21）⑴31.67º
⑵66.32º
⑶因为＜P m=1.5，不能保持暂态稳定。