电力系统稳态分析1821讲知识讲解
电力系统稳定讲义
电力系统稳定讲义1. 引言电力系统稳定是指电力系统在各种外部扰动下保持稳定运行的能力。
电力系统稳定是电力系统运行的根本要求之一，对于确保电力系统的可靠性和平安性具有重要意义。
本讲义旨在介绍电力系统稳定的根本概念、稳定性分析方法和稳定控制方案。
2. 电力系统稳定的概念电力系统稳定可分为大范围稳定和小范围稳定两个方面。
大范围稳定主要指电力系统在大幅度扰动或故障发生后，能够迅速恢复到原有稳定状态的能力。
小范围稳定主要指电力系统在小幅度扰动下仍能保持稳定的能力。
3. 电力系统稳定性分析方法3.1 线性化稳定分析线性化稳定分析是一种基于线性化模型进行的稳定性分析方法。
该方法假设电力系统在小扰动下可近似为线性系统，通过线性化处理后，可以使用传统的线性稳定性分析方法进行分析。
3.2 非线性稳定分析非线性稳定分析是一种基于非线性模型进行的稳定性分析方法。
该方法不对电力系统进行线性化处理，而是直接采用非线性模型进行分析。
非线性稳定分析方法更加准确，适用于对电力系统的非线性特性进行深入研究。
3.3 时域稳定分析时域稳定分析是一种基于时域仿真进行的稳定性分析方法。
该方法通过模拟电力系统在不同工况下的响应过程，分析系统运行的稳定性。
时域稳定分析方法能够考虑电力系统的非线性和复杂性，对于深入理解电力系统的稳定性具有重要意义。
4. 电力系统稳定控制方案4.1 动态稳定控制动态稳定控制是指通过调节电力系统的发电机励磁控制、节点电压控制等策略，使得电力系统能够在大范围扰动或故障发生后迅速恢复稳定态的控制方案。
4.2 静态稳定控制静态稳定控制是指通过调整电力系统的功率调度、线路容量等措施，提高电力系统的稳定性。
静态稳定控制主要通过优化电力系统的运行参数来提高稳定性。
5. 电力系统稳定案例研究本章将通过介绍电力系统稳定案例研究，深入分析电力系统稳定性分析方法和稳定控制方案的应用。
通过具体案例的研究，可以更加直观地理解和应用电力系统稳定相关知识。
电力系统稳态分析
—
电压 u(t ) 2U cos(t u )
电流 i(t ) 2I cos(t i )
输入网络端口的瞬时功率 p(t ) 2UI cos(t u ) cos(t i ) UI cos(u i ) cos(2t u i ) 一个周波内的积分： 1 T P p (t )dt UI cos , 其中 u i T 0 P称为有功功率。有功功率可以做功，使得能量在不同的形式之 间进行转换。
电气工程基础课件 page 16
3.1.2 电气元件的电压降落和功率损耗
电力网首末端电压、功率平衡关系
已知同一端的电压和功率
， P jQ S 和电压 U 假设已知线路末端的功率 S 2 R R R LD
求首端电压和功率 1.按照等值电路计算线路末端功率：
U 1 Ss I
P 1 R Q1 X U1
U 2
P 1 X Q1 R U1
2
tg
1
U1
U1 U1
page 14
3.1.2 电气元件的电压降落和功率损耗
线路的功率损耗
U 1 Ss I
1
S 1
R+jX
S 2 I
2
S R
U 2
S LD
j
B 2
j
B 2
2 2 P22 Q2 P22 Q2 PL R QL X 2 2 UN UN
QB 2
1 2 BU N 2
page 19
电气工程基础课件
3.1.2 电气元件的电压降落和功率损耗
电力网首末端电压、功率平衡关系
电力系统运行的稳定性分析PPT课件
如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电 压及相应线路的潮流将发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能 迅速恢复同步，即电力系统失去了稳定运行的状态。这种由于机组失去同步造成 的稳定问题实际上是电力系统的功角稳定问题。
。
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第一节 概述
一、基本概念：
3.功角：表示发电机转子轴线子之间的夹角，又表示各发电机电势间的夹
角。
传输功率的大小与相位角δ密切相关，称δ为“功角”或“功率角”。
~
E q
jxd
jxT 1
U=常数
ω
jx L
U U0 jxT 2
Èq
q
第2页/共57页
δ
IU
第一节 概述
二、电力系统的稳定性分析
Xd
PE=P0与功率特性曲线有两个交点a和b， 即电机的两个运行点。 下面就对a点 和b点进行分析
第23页/共57页
a点扰动过程分析：
稳态时： d d 0 0
扰动使a→a´→δ↑(δ+Δδ) ,PEa´>P0 →ΔPa ´=PT-PEa´<0→ΔM<0→减速→δ↓→a´→a a→a"→δ↓（δ-Δδ）, PEa">P0 →ΔPa"=PT-PEa">0→ΔM>0→加速→δ↑→a"→a
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二．隐极发电机的功-角特性
-----即发电机的电磁功率与功角之间的关系 一台同步发电机与无限大容量电源组成的系统
电力系统稳态分析-各知识点(详细版)
Ij
. (k )
Pjs jQ s j
(k )
Uj
i 1 j 1
U j Z ij I j Z ij I j
j i
. (k )
n
. ( k 1)
4、 牛顿法潮流雅克比矩阵的特点，其稀疏结构和节点导纳矩阵的关系； 极坐标及直角类型的修正方程式，有以下特点： a) b) c) d) 修正方程式的数目分别为 2(n-1)-m 个及 2(n-1)个，在 PV 节点所占的比例不大时， 两者的方程式数目基本接近 2(n-1)个。 雅可比矩阵的元素都是节点电压的函数；每次迭代，雅可比矩阵都需要重新形成。 雅可比矩阵的非对角元是否为零决定于相应的节点导纳阵元素 Yij 是否为零。 和节点导纳矩阵具有相同稀疏结构的分块雅可比矩阵在位置上对称，但雅可比矩阵 不对称。 5、 快速解耦潮流和牛顿法潮流的关系，基本快速解耦潮流与 XB 和 BX 型快速解耦潮流潮流 在系数矩阵求取上有哪些异同，对大 R/X 比值病态问题如何处理。 （1）快速解耦潮流和牛顿法潮流的关系：
Pi ei Gij e j Bij f j f i Gij f j Bij e j
ji ji
Qi f i Gij e j Bij f j ei Gij f j Bij e j
ji ji
潮流方程的极坐标形式:
Pi U i U j Gij cos ij Bij sin ij
确定方法；
fi(x)＝gi(x)－bi＝0 或 f(x)＝0
构造标量函数
n n
F ( x ) fi ( x ) 2 ( gi ( x ) bi ) 2
i 1 i 1
电力系统稳态分析
电力系统稳态分析电力系统稳态分析是电力系统研究和运行的重要内容之一，它主要目的是研究电力系统在稳定运行条件下的各种电气量之间的相互关系和稳态特性，以保证电力系统的安全、经济和可靠运行。
稳态分析主要包括潮流计算、电力负荷特性分析、发电机调度、电压稳定性分析以及短路电流计算等内容。
电力系统的稳态分析与电力系统运行紧密相关。
稳态分析可以提供电力系统各个节点的电压、相角、功率等信息，为电力系统的运行调度提供基础数据。
通过稳态分析，可以确定电力系统中各个节点的潮流分布情况，从而合理安排输电容量，避免出现电网过载的情况。
同时，稳态分析还可以评估电力系统中的潜在问题，例如电压稳定性问题和短路电流问题，从而及时采取相应的措施来保障电力系统的安全运行。
在稳态分析中，潮流计算是其中的核心内容之一。
潮流计算主要目的是确定电力系统中各个节点的电压幅值、相角和功率等信息。
潮流计算的结果可以用来评估电力系统中输电线路的负载状况、发电机的出力调度以及电压稳定性等问题。
在潮流计算过程中，需要对电力系统中的各个节点进行电压平衡方程的求解，通过不断迭代计算，可以得到系统的稳态工作点。
电力负荷特性分析是稳态分析的另一个重要内容。
电力负荷特性分析主要是研究电力负荷与电压、频率、功率因数等之间的关系。
通过电力负荷特性分析，可以确定电力负荷对电力系统稳态运行的影响，从而合理安排发电机的出力调度，保证电力系统的供需平衡。
发电机调度是稳态分析中的另一个重要环节。
发电机调度是指根据电力系统的负荷需求和发电机的技术特性，合理安排发电机的出力和运行工况。
通过发电机调度，可以优化电力系统的运行效果，提高发电机的利用率，以及减少对外购电量的依赖。
电压稳定性分析是稳态分析中的一个重要方面。
电压稳定性分析是指研究电力系统中各个节点的电压长期稳定情况，以及电力系统在系统故障等异常情况下的电压抗扰能力。
通过电压稳定性分析，可以确定电力系统中的潜在电压稳定性问题，并采取相应的措施来加强电力系统的稳定性。
《电力系统稳态分析》课件
电力系统是线性的 电力系统是平衡的 电力系统是稳定的 电力系统是连续的
确保电力系统的稳定运行 提高电力系统的可靠性和效率 预测和预防电力系统的故障和异常 为电力系统的优化和改进提供依据
潮流分析法的定义：通过分析电力系 统中各节点的电压、电流和功率等参 数，来研究电力系统的稳态运行状态。
潮流分析法的步骤：首先建立电力 系统的数学模型，然后求解该模型， 最后分析求解结果。
与注入电流的 与支路阻抗的 与节点电压的
关系
关系
关系
网络方程：描 述网络中各节 点电压和支路
电流的关系
潮流方程：描 述网络中各节 点电压和支路 电流的相位关
系
阻抗矩阵：描 述网络中各节 点电压和支路 电流的阻抗关
系
电力系统稳态分析 的模型主要包括： 直流模型、交流模 型、混合模型等。
直流模型：主要用 于分析电力系统的 稳态特性，如电压、 电流、功率等。
国际标准：IEC 61850标准 国内标准：GB/T 13730标准 标准化发展：提高电力系统稳态分析的准确性和可靠性 发展： 描述变压器的 电压变换和功
率传输特性
线路模型：描 述线路的阻抗 和功率损耗特
性
负荷模型：描 述负荷的功率 需求和运行状
态
控制设备模型： 保护设备模型：
描述控制设备 描述保护设备
的控制策略和 的保护策略和
运行状态
运行状态
节点电压方程： 支路电流方程： 节点功率方程：
描述节点电压 描述支路电流 描述节点功率
交流模型：主要用 于分析电力系统的 动态特性，如频率 、相位、阻抗等。
混合模型：结合直流 模型和交流模型，可 以更全面地分析电力 系统的稳态和动态特 性。
目标函数：最小化 系统运行成本或最 大化系统运行效益
电力系统稳定性分析
关于电力系统安全稳定问题预习的报告上周我对第一章和第二章进行了预习，同时查阅了一些关于电力系统安全稳定相关方面的知识，以下对这一周的学习做一个简单的汇报。
一、关于参考书的第一章和第二章的预习部分1.第一章的主要讲述现代电力系统的基本特性，内容包括电力系统的发展历史、电力系统的结构、电力系统控制、稳定性的设计和运行准则。
在电力系统的发展历史大致总的来说经历了从直流系统到交流系统的转变,尤其HVDC输电得到广泛的应用。
现代电力系统的基本构成，首先在发电厂发出电力，在通过一个复杂的网络，将电力输送给用户。
输电网络由输电线路、变压器和开关设备等单个原件组成。
电力系统的控制，主要包括系统发电控制、输电控制、装置的复杂陈列等。
在发电基础中，发电机控制由原动机控制和励磁控制组成。
系统发电控制的首要目的，是维持整个系统的控制与系统符合和损耗的平衡，从而使所希望的频率以及与相邻系统的功率交换得意保持。
输电控制包括功率和电压控制设备，例如静止无功补偿器、同步调相机、可投切电容器和电抗器、可调抽头变压器、移项变压器和HVDC输电控制等。
电力系统的运行状态包括正常、警戒、紧急、极端和恢复状态。
为了可靠供电，一个大规模电力系统必须保持完整，并能承受各种干扰。
因此，系统的设计和运行应使系统能承受更多可能的故障而不损失负荷，能在最不利的可能故障情况下，不致产生不可控的、广泛的连锁反应式的停电。
设计和运行准则对避免系统遭受严重故障后产生对系统的大干扰方面起着重要的作用。
准则的应用可保证系统在遇到所有经常发生的故障时，在最坏的情况下，系统能从正常状态转变为警戒状态，而不是转变为更为严重的紧急状态或极端状态。
2、第二章的主要讲述，电力稳定问题的导论，基本内容包括基本概念和定义，稳定的分类，稳定问题的历史回顾。
在第一节主要讲述了转子角稳定、电压稳定和电压崩溃，中期和长期稳定。
转子角稳定是电力系统中互联的同步电机，保持同步的能力。
这种稳定包括电力系统中固有的机电振荡的研究，其基本因素是，同步电机的功率输出随其转子摇摆变化的关系。
电力系统稳态分析课件
• 一.电力线路结构简述
电力线路按结构可分为
架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等 电 缆：导线、绝缘层、保护层等
1. 架空线路的导线和避雷线
导 线：主要由铝、钢、铜等材料制成 避雷线：一般用钢线
架空线的标号
×× × × — ×/×
钢线部分额定截面积 主要载流部分额定截面积 J 表示加强型，Q表示轻型 J 表示多股线 表示材料，其中：L表示铝、 G表示钢、T表示铜、HL表示 铝合金 例如：LGJ—400/50表示载流额定截面积为400、钢线额 定截面积为50的普通钢芯铝线。
进一步可得到：
x1
0.1445lg
Dm r
0.0157
还可以进一步改写为：
x1
0.1455lg
Dm r'
,r'
0.779r
在近似计算中，可以取架空线路的电抗为 0.40/ km
（3）分裂导线三相架空线路的电抗
分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增 加了导线半径，从而减少了导线电抗。
分裂导线一般是将每相导线分裂为若干根，布置在正 多角形的顶点上，实际应用中分裂数不超过４根。
❖ 为增加架空线路的性能而采取的措施
目的：减少电晕损耗或线路电抗。
▪ 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一
层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推 ▪ 扩径导线
人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不 同之处在于支撑层并不为铝线所填满，仅有6股，起支 撑作用。
▪ 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保
滚式换位 换位方式
换位杆塔换位
二.电力线路的参数
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可将电压偏移限制在允许的范围之内。
三、电压管理
1、电压管理
对第一类负荷波动引起的电压偏移的调整—一般意义上的电压调整。
2、电压管理目的
在系统任何运行方式下，都将系统中各用电设备的电压偏移限制在允 许范围。
3、电压中枢点
① 电压中枢点 某些可以反映电力系统总体电压水平的发电厂和变电站的母线称为系 统电压中枢点。 运行中只要将电力系统电压中枢点的电压偏移限制在一定范围，就可 以将系统中绝大部分用电设备的电压偏移限制在允许范围。
② 运行中电力系统电压中枢点允许电压偏移的确定 根据负荷和电网参数通过计算确定。
j
U ij
i
UN
U ik
k
1.05U N
0.95U N
Sj
Sj
Sk
0
8
U ij
0.04U N
0
8
16
24
0
8
时间（h）
Sk
16
24
时间（h）
0.10U N
0
8
U ik
16
24
时间（h）
16
24
0
时间（h）
0.10U N 8
电力系统稳态分析
第十九讲 电力系统的无功功率与电压调整
（电力系统的电压调整（二））
主讲 马士英
一、常用调压措施
上一讲我们提出了对电压中枢点的调压要求，如何达到这 些要求呢？即应采取什么样的措施来满足这些要求呢？
常用的方法有： ◆ 改变发电机的励磁电流调压； ◆ 改变变压器的变比调压； ◆ 无功补偿设备调压； ◆ 由三种方式组成的组合调压。
◆ 顺调压方式： 高峰时允许电压稍有下降，低谷时略有上升的电压中枢点 调压方式。如高峰时不低于1.02U N ,低谷时不高于1.075U N . ◆ 恒调压方式：
高峰或低谷时，电压基本保持某一数值不变的中枢点调压 方式 。
④ 几种调压方式的比较及适用场合 逆调压—要求最高的调压方式，一般需要专门的调压设 备。适用于各供电负荷变化规律大致相同，且供电线路电压 较大的电压中枢点。 顺调压—要求最低的调压方式，一般不需要专门的调压设 备。适用于供电线路不长，负荷变动不大，从而 线路压降变化 不大的中枢点。 常调压—调压要求介于逆调压和顺调压之间。其适用范围 亦为介于两者之间的电压中枢点。
若负荷电流变化时相应地改变发电机的励磁电流，从而改变发电机的
空载电动势、发电机的机端电压,最终将负荷的电压变化限制在允许的范围。
发电机允许的端电压变化范围：
最高电压—不得高于105%U
N
； 最低电压不得低于95%U
。
N
改变发电机励磁电流调压的效果分析如下图所示。显然这是一种逆调 压措施。
2、发电机调压的适用场合
电力系统稳态分析
第十八讲 电力系统的无功功率与电压调整
（电力系统的电压调整（一））
主讲 马士英
一、系统电压波动
1、电压波动原因
◆ 无功负荷波动 ◆ 设备及线路压降
◆ 运行方式改变
◆ 无功不足或过剩
2、电压波动的表示方法与要求
表示方法—用电压偏移表示 我国对电压偏移的规定：
U(%)UUn 100 Un
0.03U N
16
24
时间（h）
1.09U N 0.99U N
1.15U N
1.05U N UN
1.06U N
UN 0.96U N
1.08U N 0.98U N
0
8
16
24
时间（h）
1.09U N
1.06U N
0.99U N 0.96U N
UN
1.15U N 1.08U N 1.05U N 0.98U N
UI
UT
U II
注意到：上述两个公式中的变比均代表变压器的实际变比，从而有：
0
8
16
24
时间（h）
1.17U N
1.09U N
1.07U N 1.06U N
0.99U N 0.96U N
1.08U N UN
0.98U N
0
8
16
24
0
8
16
24
时间（h）
时间（h）
③ 规划设计中的电力系统 根据负荷性质、供电范围确定电压中枢点调压方式。 ◆ 逆调压方式：
高峰时升高电压，低谷时降低电压的中枢点调压方式。如 高峰时不高于1.05 U N ,低谷时不低于U N 。
二、改变发电机励磁电流调压
1、调压原理
发电机的等值电路如下：
ZG
ZL I
若保持励磁电流不变，则发电 机空载电动势为常数，负荷电流增
Eq
UG
UD
ZD
大，发电机以及负荷的端电压降低；负荷电流减小，发电机以及负荷的端电
压升高。显然负荷电压的变化远大于发电机机端电压的变化，当负荷变化较
大时就可能超出允许的范围。
35kV及以上电压供电负荷：±5%；10kV及以下电压供电负
荷：±7%； 低压照明负荷：+5%~-10%；农村电网:+7.5%~-10%。
3、电压波动分类
① 由生产、生活和气象变化引起的负荷波动引起的电压波 动（称为电压偏移）
特点：周期长、波及面大 措施：电压调整 ② 由冲击性负荷或间歇性负荷引起的负荷波动引起的电压波 动 特点：周期短、波及面较小，但其幅值有时很大，影响也 不容忽略。
孤立运行的向用户性质相似、负荷变动较小的小城市和公企业电力网 供电的发电厂；孤立运行的向范围较小、用户性质相似的农用负荷供电的 发电厂。
对于用户性质不同，或用户距电源远近悬殊时，用此方法不行。 在多电厂大型系统中，只能作为一种辅助手段。
三、改变变压器变比调压
1
1、变压器的结构及其调压原理
0 2
1）结构 2）调压原理
容量小于等于6300KVA的无励磁调节变压器一般附有三个分接头；
容量大于等于8000KVA的无励磁调节变压器一般附有五个分接头。
2、无励磁调节双绕组变压器分接头的选择
1）降压变压器 按照变比的定义
Kf
NfI n
U fI UIIe
由变压器的等值电路 KUII UIUT
UII
UII
UI
UT
U II
措施：电压波动限制
二、电压波动限制措施
① 由大容量变电所以专用母线或线路单独向这类负荷供电 ② 在发生电压波动的地点和电源之间设置串联电容器
R jX
jXC
一般负荷
冲击负荷
设置电容器前：(U)PRQX较大，影响一般负荷的工
作；
U
设置电容器后：(U )P RQ (XXc)，显然同样的负荷变化
U
引起的电压波动要小。如果串联电容器的容抗选择适当，就
ue
n
N0 N1 N2
uf
当低压侧电压为 u e 时，Leabharlann 如分接头在主分接头0，uf0
ue
N0 n
ueK0
如分接头在主分接头1，uf1
ue
N1 n
ueK1
如分接头在主分接头2
uf
2
ue
N2 n
ueK2
因为 K1K0K2 ，所以借助于改变变压器的分接头即可改变变压器
的变比，从而改变二次侧电压达到调压的目的。