第8章 电力网络稳态行为特性
电力网络的安全与稳定性分析
电力网络的安全与稳定性分析近年来，随着信息化和智能化的快速发展，电力网络已成为国家经济发展的重要基础设施。
然而，电力网络的安全与稳定性问题一直是业界和学术界关注的焦点。
本文将从电力网络的安全与稳定性分析入手，探讨电力网络所面临的风险和挑战。
一、电力网络的安全和稳定性概述电力网络是指由电站、输电线路、变电站、配电系统等组成的一个系统，是将一个个独立发电的电源连接在一起，分配到各个用电负荷中去的一个大型系统。
其主要功能是保证电力的可靠供应，保障国家的经济发展。
电力网络的安全和稳定性是指在电力系统运行过程中，对电力设备、电力负载以及系统本身的保护和控制，保证电力系统在正常和故障情况下运行的稳定、可靠和安全。
二、电力网络的安全风险电力网络运行过程中，存在诸多安全风险，主要包括以下几个方面：1、电力设备的故障风险电力设备在运行过程中，受到电力负荷、温度等影响，可能会出现各种故障，如电力设备的漏电、短路等问题。
这些问题都有可能导致电力系统的故障和损毁，对整个电力系统的安全和稳定性产生威胁。
2、电网规划不合理风险电网规划方案会对电力系统的安全和稳定性产生重要的影响，若规划不合理，会造成电力系统过负荷运行等问题，威胁电力系统的安全和稳定性。
3、自然灾害风险自然灾害会产生大面积电力中断，如地震、洪涝、暴雨、台风等。
对电力系统的导线、变电站、输电线路等电力设备的安全和稳定性产生极大影响。
会导致全网断电，不仅影响社会用电需求，同时会对人们的生产、生活产生不同程度的影响。
4、黑客攻击风险随着互联网技术的快速发展，电力网络面临着来自互联网空间的攻击和干扰，这会对电力系统带来潜在的安全隐患。
黑客攻击可能会导致电力系统的瘫痪，对国家、社会和经济都造成极大的影响。
三、电力网络的稳定性分析电力网络的稳定性是指系统从外部干扰接触下恢复到平衡态的快速程度，对于整个电力系统的正常运行和稳定性具有关键的作用，直接影响到国家的经济发展。
电力网络稳定性分析的核心就是电力系统的动态行为，主要通过数学模型和计算机模拟的方法来进行研究。
第八章电力系统运行稳定性概论
＊＝
N
MB M N SN / N
J d M
dt
TJN
d
dt
M
TJN d M dt
TJN d M dt
MT 1 M e 0 M 1
1
t
t
TJN d M dt dt
0
0
0
TJN t
TJN=t说明：发电机空载时〔Me*=0),原动 机加额外转矩〔MT*=1),转子从运动形状 〔Ω＊＝0〕启动到转速为额外值〔 Ω＊ ＝1〕所需的时间为额外惯性时间按常数。
第八章电力系统运行稳 定性概论
2021年7月24日星期六
6.1 动摇性的基本概念
同步运转形状：一切并联运转的同步电机都有相反的 电角速度。是电力系统正常运转的一个重要标志。在 这种运转形状下，表征运转形状的参数具有接近于不 变的数值，通常称为动摇运转形状。
电力系统动摇性效果：系统在某一正常运转形状下遭 到扰动后能否恢复到原来的运转形状或过渡到新的动 摇运转形状的效果。
PEq
EqV X d
sin
V2 2
X d X q X d X q
sin 2
2.凸极式发电机的功率特性
PEq
EqV X d
sin
V2 2
X d X q X d X q
sin 2
Eq的求解
EQ
(V
QV
X q
)2
( PV
X q
)2
V
V
tg 1 PV X q /V
V QV X q /V
M M T M e
d dt
d
dt
J J d J d 2 M
dt
dt 2
以机械量表示的转 子运动方程
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
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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
电力网络稳态行为特性计算
电压降落、功率及电能损耗
P2 输电效率％ 100 输电效率 P 1 变压器常用型等值电路表示，也具有 串联阻抗支路及并联导纳支路（励磁支 路）。其有功功率损耗及无功功率损耗 的求取方法与上述方法相同，从而为变 压器运行的经济分析提供数据。
电压降落、功率及电能损耗
电力线路上的电能损耗
电压降落、功率及电能损耗
始端导纳支路的功率损耗
U Y U 1 G jB U 2 S y1 1 1 1 2 2 Py1 j Qy1
始端功率
*
S1 S1 S y1 P jQ1 Py1 jQy1 1 P jQ1 1
2 6
S 2 15 0.16 0.06 j 11.25 2.11 0.6 15.22 j13.96 M var
简单电力网络中的潮流分布
QYl 2 1.38 104 110.522 1.68M var S 2 15.22 j 13.96 1.68 15.22 j12.28MVA 15.222 12.282 P2l 27.0 0.845MW 2 110.52 2 2 15.22 12.28 Q2l 41.2 1.289M var 2 110.52 15.22 27 12.28 41.2 U l 8.30KV 110.52 15.22 41.2 12.28 27 U l 2.67KV 110.52
电压降落、功率及电能损耗
电力线路上的电压降落
电压是电能质量的指标之一，电力网络在运 行过程中必须把某些母线上的电压保持在一 定范围内，以满足用户电气设备的电压处于 额定电压附近的允许带段内。但是当电流 （功率）在电力网络中的各个元件上流过时， 将产生电压降落，直接影响用户端的电压质 量。因此，电压降落的计算为分析电力网运 行状态所必需。
电力系统稳定性与运行控制
电力系统稳定性与运行控制一、电力系统稳定性电力系统稳定性是指电力系统在发生扰动时，保持稳定运行的能力。
扰动是指系统中的任何突然变化，如发电机故障、线路故障、负荷变化、交流系统故障等。
稳定性问题是电力系统运行过程中必须要处理的问题之一。
1. 能量平衡电力系统是基于能量平衡原理运行的。
能量平衡要求电力系统中的能量产生必须等于能量消耗。
当能量平衡被干扰时，电力系统将不稳定。
能量平衡是稳定性的基础。
2. 小扰动稳定性小扰动稳定性是指电力系统在扰动之后能够恢复到原有稳定状态的能力。
小扰动可以是负荷变化、产生机故障等。
电力系统要能够保持小扰动稳定性，必须要具备合理的电气特性。
3. 大扰动稳定性大扰动稳定性是指电力系统在发生大幅扰动后能够回复稳定状态的能力。
大扰动可以是输变电设备故障、电网连接设备故障等。
大扰动发生时，电力系统的稳定性问题将变得特别重要。
4. 稳定裕度稳定裕度是指电力系统应对扰动干扰时的能力。
稳定裕度可以用一个数字来表示。
数字越大，电力系统抵抗扰动的能力就越强。
稳定裕度是确保电力系统稳定运行的重要指标。
二、电力系统运行控制电力系统运行控制是指通过合理的电力配电，控制电力系统的供给和需求，维持电力系统的良好运行状态。
电力系统运行控制可以分为以下步骤：1. 系统状态估计通过对电力系统的监测和数据分析，确定当前系统状态，如系统负荷、发电输出及系统参数等。
系统状态估计是确保电力系统稳定运行的基础。
2. 输电网受限输电网受限是指通过电网之间的相互联系，使各个电力系统在供应和需求方面达到平衡。
输电网受限需要在较短的时间内进行，以确保电力系统的正常运行。
3. 调度控制调度控制是指根据电力系统的实际工作需要，对电力生产和消费进行调度控制。
调度控制可以有效地维护电力系统的运行稳定性。
4. 频率控制频率控制是指控制电力系统的输出频率，保持输出频率稳定。
频率控制需要通过设定发电机输出速度和负荷水平等方式来实现。
5. 电压控制电压控制是指控制电力系统的电压水平。
电网稳态和动态特性研究
电网稳态和动态特性研究第一章绪论1.1 电网的背景及意义电网是现代经济和社会发展不可缺少的重要基础设施，它是电能系统的基本组成部分。
随着电力生产、输送和使用水平的不断提高，电网的规模不断扩大，复杂度不断增加。
因此，电网稳态和动态特性研究至关重要。
1.2 电网的结构及其特点电网是由发电机、变电站、输电线路和配电设备组成的，它们通过相互连接构成了一个复杂的网络。
电网的结构特点是分布性、复杂性、耦合性和非线性。
1.3 电网稳态和动态特性的概念电网稳态特性主要指电力系统在稳定运行状态下的电压、电流、功率、频率等基本电气参数的稳定性和可控性。
电网动态特性主要指电力系统面对突发故障和负荷变化时的响应能力和稳定性。
第二章电网稳态特性研究2.1 电压稳定性电网中的不同电压等级和电压等级之间的电压稳定性具有一定的相关性。
电压稳定性主要是指电网中的电压偏差、振荡和跌落程度。
电网的电压稳定性研究可以通过控制发电机的励磁控制、无功补偿、调压变压器等方式来提高。
2.2 功率稳定性电力系统的功率稳定性是指在电力系统负荷变化或故障时，电力系统可维持的稳定的负荷功率范围和负荷功率变化速率。
电网的功率稳定性研究可以通过发电机控制、抑制负载过大、提高系统投运能力等方式来实现。
2.3 频率稳定性电力系统的频率稳定性是指电力系统在负载变化或故障时，电力系统可维持的稳定频率范围和频率偏差速率。
电网的频率稳定性研究可以通过发电机励磁控制、负载控制和区域功率调节等方式来提高。
第三章电网动态特性研究3.1 电力系统暂态分析电力系统的暂态分析是对电力系统在发生故障时的瞬态过程进行数学模拟和计算，以确定最不利的电力系统暂态稳定边界。
电力系统的暂态分析主要使用数学模型和计算机仿真方法进行。
3.2 电力系统稳态分析电力系统的稳态分析主要是对电力系统在正常运行状态下，负荷、发电能力和输电能力等之间的平衡状态进行分析。
电力系统的稳态分析主要使用数学模型和仿真软件进行分析和计算。
电力系统的稳态与稳定性研究
电力系统的稳态与稳定性研究第一章电力系统基础知识电力系统是指供电系统中的所有设备和设施的统称。
电力系统是由发电厂、输电系统、变电站和配电系统组成的。
发电厂将燃料能、水能、核能等电能源转化为电能，输电系统将发电厂发出的电能输送到各地的变电站，变电站进行变压器变电压等工作，将电能转化为适合配电系统使用的电能，最终配电系统将电能供应到用户。
电力系统的稳态是指系统达到一个静态的平衡状态，输电系统内各节点的电压幅值、电压相位、电流等变量在一个接受范围内波动，电力负荷得以得到平衡的状态。
而电力系统的稳定性则是指在外界扰动下，系统经过自动补偿，能够维持一定的稳定工作状态的能力。
第二章电力系统稳态研究电力系统的稳态是由发电厂和负荷之间的平衡关系决定的。
在电力系统中，任何一个负荷变化都会对电网产生影响，因此电力系统稳态研究对确保电网的稳定运行十分重要。
1.电力系统稳定态分析电力系统稳态分析通常采用电力系统模型的方法，将电力系统看做是一个分布参数、多变量、随时间不断变化的大系统。
在电气网络中，通常采用节点、支路、变压器等基本电路元件模型，进行稳态分析。
利用电力系统模型进行分析，可以研究电力系统中的节点电压、电流及各种功率等参数，如节点电压稳定范围、功率损失等，对于电力系统运行的稳定性评估有重要的意义。
2.电力系统负荷分析电力系统的负荷是指电力系统中所有负荷的总和，它是电力系统的电能消费者。
负荷分析是电力系统稳态分析的一个重要方面，它可以研究电力系统负荷的变化规律及其对整个电力系统的影响。
3.电力系统电压稳定分析电力系统的电压稳定是电力系统中各节点电压的不断波动与电力负荷的平衡之间的关系。
电力系统电压稳定分析研究各种电压情况下电力系统的运行特性及其稳定性。
通过对电力系统的电压过高、过低等情况分析，可以提前发现潜在的问题并采取相应的措施来保障电力系统的安全稳定运行。
第三章电力系统稳定性研究电力系统稳定性是指在外部扰动下，电力系统能够从非稳定状态中恢复到稳定状态的能力。
电力网及其稳态分析
电力网及其稳态分析概述电力网〔Power Grid〕是指由发电厂、变电站和输电线路等组成的电力系统。
它是现代社会供电的根底设施，对保障经济运行、社会开展和人民生活起着重要作用。
稳态分析是电力网运行中的一项重要任务，对电力系统的稳定运行和平安运行具有重要意义。
电力网结构电力网的结构复杂，包括发电厂、变电站、输电线路等多个组成局部。
发电厂是电力网的核心，它通过燃煤、发电机等方式产生电能。
变电站负责将发电厂产生的电能通过变压器升压后送入输电线路。
输电线路将电能从发电厂传输到用户端，涉及到长距离输电和分布式输电。
稳态分析的重要性稳态分析是电力网运行中的一项重要任务，它主要包括潮流计算、短路计算和稳定性分析等内容。
稳态分析的目的是评估电力系统在正常运行情况下的电压、电流和功率等参数，以保证电力系统的正常运行和平安运行。
稳态分析可以帮助电力系统运营人员了解电力系统的潮流分布情况，及时发现异常和问题，采取相应的措施进行调整和修复。
稳态分析还可以评估电力系统的容量和负载情况，帮助优化电力系统的运行方案，提高电力系统的效率和可靠性。
稳态分析的方法稳态分析通常采用潮流计算、短路计算和稳定性分析等方法。
•潮流计算：潮流计算是稳态分析的根底，它通过建立电力系统的潮流方程组，计算各节点的电压和功率等参数。
潮流计算可以帮助分析电力系统的电压稳定性、有功功率和无功功率分布情况，并判断电力系统是否存在潮流过载、电压失调等问题。
•短路计算：短路计算是评估电力系统在短路故障时的电流分布和电压稳定性的方法。
它通过建立短路方程组，计算电力系统节点和支路的短路电流和短路电压等参数。
短路计算可以判断电力系统的短路能力，帮助设计合理的保护装置和配电设备。
•稳定性分析：稳定性分析是评估电力系统在暂态和稳态时的稳定性的方法。
它通过建立电力系统的等值传输方程组，计算电力系统的频率和电压稳定性等参数。
稳定性分析可以判断电力系统的动态稳定性和静态稳定性，帮助设计和优化电力系统的控制策略。
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1、电压降落
以线路为例说明！
以2端电压为参考方向
以1端电压为参考方向
• 以V2（末端）为参考量时(图a)
因为V2 RIcos2 XI sin 2 , V2 XIcos2 RI sin 2 而S V2 I P jQ V2 Icos2 jV2 I sin 2 PR QX V2 V1 V2 ( R jX ) I V2 V2 V2 或V1 V2 ( R jX ) I V1 V1 X QR P V2 V2 V V V V V
第 八 章 电 力 网 络 稳 态 行 为
电源(火电厂)
变电站
电能传输----架空线、电力电缆
运行中的变压器
主要内容
网络计算目的 电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗 高压电力线路的输送能力 简单电力网络中的潮流分布 复杂电力系统潮流分布的计算机解法
8-1网络计算目的
潮流：在发电机母线上功率被注入网络，而在 变（配）电站的母线上接入负荷，其间，功率 在网络中流动。对于这种流动的功率，电力生 产部门称之为潮流。 区域网与地方网：按电力设施分布地域的大小 电力网络可区分为区域网与地方网（输电网及 配电网）。 开式网与闭式网：由电力网络的结构又可区分 为开式网与闭式网。
1、电力网中的运算负荷Sa、Sb、Sc
线路的充电功率
2、计算步骤
从负荷端（末端）开始，利用线路额定电压， 逆着功率方向依次计算各线路的功率损耗与功 率分布。直到算出电源端（首端）的功率。 利用已知的电压与上述计算的功率，从首端开 始顺着功率传送方向依次计算各线路的电压降 落。 当需要精度较高时，可以重复以上计算。在计 算功率损耗时，利用已经求得的电压。
U 20 U 2 电压调整％ 100 UN
5、总结与分析：
电压降落式中，无论是纵向分量（Δ V）还是 横向分量（δ V）式中分子与分母均指同一处 的功率或电压。 当电网电压较高时（电阻R远小于电抗X）此时 电压的纵分量：Δ V=QX / V 电压的横分量：δ V =PX / V 说明高压电网中，无功功率总是从电压高的一 端流向电压低的一端；有功功率总是从电压相 位超前的一端流向电压滞后的一端。
Tmax
A , Pmax A Pmax
max
（二）、线路中电能损耗的计算（上式第2项）
最大负荷损耗时间法---T法
AL PL dt
0
T
8760
0
I 2 R 103 dt
8760
0
S2 R 103 dt V2
S max 2 R 103 Pmax 103 V
8760
0
S 2 dt
一个负荷点时
S 2 max
有几个负荷点的情况
计算 步骤
等值功率法
A 3 I 2 RT 103 dt , 3I eq 2 RT 103
0 T
Peq 2 Qeq 2 V2
RT 103
1 T 2 其中I eq 0 I dt T 设I eq GI aV , Peq KPaV ,Qeq LQaV , G, K , L分别为负荷曲线I t , P t , Q t 的形状系数 RT K 2 P 2aV L2Q 2aV 103 V2 AQ AP 又因为Pav ,, Qav ,,, 形状系数由负荷曲线确定 T T 1 1 K ,,,,, 为最小负荷率 2 A 3G 2 I 2 aV RT 103 形状系数的平均值K
2 2
V1V1 V1来自2、电压损耗电压降落相量的分解
电压损耗示意图
3、电压偏移
电压偏移（%）=（V-VN）/VN*100
4、电压质量指标
U1 U 2 电压损耗率% 100 UN
U1 U N 始端电压偏移 % 100 UN U2 U N 末端电压偏移 % 100 UN
一、开式网络功率分布计算
开式电力网络的潮流分布 给定始端（或末端）的功率及电压，求潮 流及电压分布； 给定末端功率及始端电压（或始端功率及 末端电压）求潮流及电压分布。
已知末端功率及电压，求潮流分布
将电压和功率由末端向始端交替推进 ， 对于110KV及以下网络，可略去电压降落 的横分量，从而使计算简化。计算中须注 意到变压器参数及电压的归算。
步骤:
1）. 从离电源点最远处开始,利用线路额 定电压,逆着功率方向依次计算各线段功 率损耗与功率分布.对于第三段:
S3 sd , P3 Q3 S L 3 2 V N S3 S3 S L 3
2
2
( R3 jX 3 ),
对于第二段线路
S 2 SC S3 , Q2 S L 2 2 V N S 2 S 2 S L 2 P2
2
2
( R2 jX 2 ),
2）.利用上述结果,从电源点开始顺功 率方向算出电压降落及节点电压
VAb ( P R1 Q1X 1 ) / VA , 1
VAb ( P1 X 1 Q1R1 ) / VA
Vb (VA VAb ) (VAb )
2 2
接着用Vb 及S3计算Vc， 最后用Vc 及 S3计算Vd
电网改造主要措施
淘汰高损耗变压器，如SJ系列；并更 换成节能型产品，如S7、S9系列。 优化配电网结构，增加变压器台数， 减少其供电范围；增大配电网的导线 直径。 适当增加无功补偿电容设备。
8-3高压电力线路的输送能力
按导线允许持续发热条件决定输送能力
P 3U N I P cos
三、电力网中电能损耗
（一）、网损及网损率 网损---所有的送、变、配电各环节损耗的 电量 网损率 ---网络损耗的电量/供电量（发电 量减去厂用电） 运行时间T内的网损计算式（以变压器为 例）
A P0T 3 I RT 10 dt, , (kWh )
2 3 0
T
Tmax与 max分别称为最大负荷利用 小时数 与最大负荷损耗时间。
r1 0.27 km , x1 0.412 km , g1 0, b1 2.76 10 S km
归算至110KV侧的变压器参数为：
6
RT 4.93, X T 63.5, GT 4.95 10 S , BT 49.5 10 S
6 6
线路用Π 等值表示，其中 Rl r1l 0.27 100 27
2 av
1 1 2 8
2
（三）降低网损的技术措施
提高用户功率因数，减少线路输送的无功功率
P PL 2 R 2 V cos
装设并联补偿电容器是提高功率因数的重要措施
2
改善网络中的功率分布 合理确定电网的运行电压水平 组织变压器经济运行 ---避免出现“大马拉小车”之类的问 题 ---当有两台或多台变压器并联运行时， 要根据负荷的大小合理确定变压器的 运行方式。 对原有电网进行技术改造
例9-1：电力线路长100Km，额定电压为 110KV，末端接有一台容量为20MVA、变 比为110/38.5KV的降压变压器。变压器低 压侧负荷为15+j11.25MVA。正常运行时要 求电压达36KV。试求线路始端母线应具备 的功率和电压。
1
L
2 T 3
36KV
S3
线路采用LGJ-120导线，其单位长度参数为：
以电力网络潮流、电压计算为主要内容的 电力网络稳态行为特性计算的目的在于估 计对用户电力供应的质量以及为电力网运 行的安全性与经济性评估提供基础数据。 配电网潮流算法是配电网络分析的基础， 配电网的网络重构、无功功率优化、状态 估计和故障处理都需要用到配电网潮流数 据。
潮流分析计算
1．满足系统经济性运行的要求，每一台发电机的输 出必须接近于预先设定值； 2．必须确保联络线潮流低于线路热极限和电力系统 稳定极限； 3．必须保持某些中枢点母线上的电压水平在容许范 围内，必要时用无功功率补偿计划来达到；
二、网络元件的功率损耗
1、输电线路
P2 Q2 S L PL jQL I 2 ( R jX ) ( R jX ) 2 V2 1 1 2 线路的充电功率QB1 BV1 , QB 2 BV2 2 2 2
2、变压器
P2 Q2 ST P j Q I 2 ( RT jX T ) ( RT jX T ) 2 V2 励磁支路功率S0 GT jBT V 2 P0 j Q0 P0 j I0 % 100 SN
按线路允许电压损失条件决定输送能力
U U % P2 l 100r0 x0 tg 2
2 2
按线路允许功率损耗和电能损耗决定输 送能力
3 j l 3I r 100 P% P2 100 10U 2 cos 2
2
8-4简单电力网络中的潮流分布
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计 算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的 运行状态，如母线上的电压（幅值和相角）， 网络中的功率分布及功率损耗。
1 2 2 2 1
V1 (V2 V2 ) ( V2 ) , arctg
2 2
V2
V2 V2
• 当以V1端（首端）为参考量时(图b)
因为V1 RIcos1 XI sin 1 , V1 XIcos1 RI sin 1 而S V1 I P jQ V1 Icos1 jV1 I sin 1 PR QX V1 V1 X QR P V1 V1 V2 V1 V1 V1 V2 V2 (V1 V2 ) ( V1 ) , arctg