电力系统暂态稳定性分析
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动态电力系统分析与 控制
目录
一．电力系统数学模型及参数 二．电力系统小干扰稳定性分析 三．电力系统次同步谐振分析 四．电力系统暂态稳定性分析 五．直接法在暂态稳定分析中的应用 六．电力系统电压稳定性分析 七．线性最优控制系统 八．非线性控制系统 九．电力系统控制
第四章电力系统暂态稳定性分析目录
一．概述 二．多机电力系统暂态稳定性计算(一) 三．多机电力系统暂态稳定性计算(二)
一．概述
数值积分计算方法的缺点是计算工作量大，同 时仅能给出电力系统的动态变化过程，而不能给 出明确判别电力系统稳定性的依据。
虽然在开发暂态稳定计算方法和程序上已作了很 大努力，但对于日益增大的电力系统，庞大的计 算工作量仍是一个困难的问题。计算机性能的快 速提高为解决这个问题提供了有利的条件，但这 种性能的提高有一大部分被提高电力系统模拟精 度和和需要更多，更大规模的计算所抵消。
一．概述
暂态稳定的计算结果，将输出很多数据及相应 的曲线，要求能正确地解释这些结果，稳定还是 不稳定？保护及控制装置是否正确动作？所以， 对暂态稳定的输出结果进行快速的分析，并得出 明确的结论，也是实际计算中要注意的问题。
一．概述
实际的暂态稳定研究由于研究方法和手段的限制， 往往是在很多简化的基础上进行的。
一．概述
在实际工作中，除了用输送功率来确定暂态稳定 性外，也有用其它间接的量来评价其暂态稳定性能， 如对一特定故障的最大允许切除时间，或者在一给 定故障保证稳定所需最小切除发电机容量等。
从实际运行的观点看，暂态稳定性的研究分析比 静态稳定性研究更重要，因为暂态稳定的极限一般 比静态稳定极限要小，所以电力系统设计和运行首 先要满足电力系统暂态稳定性的要求。
一．概述
②一般不计所有元件中由电磁过程引起的电流和电 压的非周期分量。这样将使发电机功率，定子电 流，励磁电流中的自由分量在出现干扰的瞬间发 生突变。忽略发电机定子电流的非周期分量（相 应的转子电流的周期分量）表示不考虑由该分量 与转子励磁相互作用所产生的附加脉动转矩，这 一转矩将影响转子的平均转差，并引起附加损耗。 在简化计算中，这一损耗可用增加等效电阻 15%~20%（有时50%~100%）来考虑。一般情况 下，不考虑这一因素时，将得到较大的角度变化， 可用来补偿计算中可能出现的误差。
一．概述
稳定极限一般是指在给定电力系统运行方式下能
通过某一特定线路的最大功率。静态稳定极限是指
在小干扰下某一特定线路能输送的最大功率；暂态 稳定极限与假定的干扰形式和
大小有关。指定的干扰（包 括故障类型，地点，切除时 间等）越大，暂态稳定极限 就越小。图3-1表示在一简单 系统中，按暂态稳定确定的 极限输送功率与故障类型及 故障切除时间的关系。
一．概述
电力系统暂态稳定性的研究要求解电力系统 （包括发电机，负荷）在大干扰下的动态特性， 也即由电力系统机电方程式所描述的发电机转子 和相应的电压和电流等运行状态变量的变化，并 考虑某些自动控制系统对系统动态行为的影响。
一．概述
电力系统是一个非线性系统，系统的稳定性既 与初始条件有关，又与系统运行的参数变化有关， 所以在大干扰下，不能再用研究静态稳定性的线 性花方法。因此，到目前为止，对电力系统暂态 稳定性的实际研究主要是用计算机进行数值积分 计算（常用的如四阶龙格—库塔法）的方法来进 行，逐时段求解描述电力系统运行状态的微分方 程组，从而得到动态过程中状态变量的变化规律， 并用以判断电力系统的稳定性。
一．概述
③暂态电抗
x
' d
后的电动势
E'
近似地与磁链成正比。
假定 E' C ，相当于故障瞬间励磁绕组“磁链守恒”。
实际上，磁链虽不能突变，但可随时间的推移而发
生变化。电枢反应要使磁链减小，而自动励磁调节
的作用与电枢反应的作用相反。所以，在故障及振
荡期间，电枢反应可近似地假定被励磁调节所补偿，
以保证在第一振荡周期的磁链不发生很大的变化。
一．概述 电力系统暂态稳定性是电力系统在一个特定的大 干扰情况下，能恢复到原始的（或接近原始的） 运行方式，并保持同步发电机同步运行的能力。 大干扰一般指短路故障（单相接地，两相短路或 接地，三相短路），一般假定这些故障出现在线 路上，也可以考虑发生在变压器或母线上。在发 生这些故障后，可以借断路器断开故障元件来消 除故障。快速重合闸的应用可以使断开的系统元 件重新投入运行，但是可能是成功的，也可能是 不成功的。前者对应于一瞬时故障，将使电力系 统在故障后很快地恢复到原始运行状态；后者对 应于一永久性故障，将使故障元件重新断开，经 过一定的处理才能恢复到原始运行状态。
所以，对具有自动励磁调节系统的发电机这是一种
很合理的简化，同时可以忽略发电机的凸极效应和
饱和效应。凸极效应一般对暂态稳定极限的影响较
一．概述
在实际应用中，为了克服模拟非线性（或断续 的）系统元件的困难，提供一快速而正确的算法 是暂态稳定研究的主要方面。特别是在实际运行 中，希望能根据某些实时的运行参数，通过简单 的在线计算，随时给出在线安全分析需要的电力 系统稳定性指标。
大型电力系统的暂态稳定研究需要很多电力系 统元件的数据，其中有些数据往往是源自文库完备的， 具有不同程度上的误差，而且实际电力系统的这 些参数往往是不断变化的，这也为准确模拟电力 系统带来困难。
简化的目的是减轻计算工作量，同时突出研究问 题的重点，但不可避免地要影响计算结果，使所研 究的过程发生一定程度的变化。
根据不同的研究目的，在实际工作中，一般采用 的简化有：
一．概述
①在一个发电厂内的所有发电机用一等值发电机代 表。这个假定在目前的大系统计算中仍在应用， 除非需要特别研究某些机组的特定性能时，才分 别考虑某些指定的机组。
一．概述
故障发生后，根据干扰的大小，发电机送出的 功率发生不同程度的突变，因此不同的故障类型 和不同的故障地点对稳定性的影响也是不同的。 三相短路最严重（一般占短路总数的 5%~10%），最轻的是单相短路（占 75%~90%）。
其它的大干扰可以是突然断开一大容量发电机组， 突然投入一大负荷或断开一条线路等。
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一．电力系统数学模型及参数 二．电力系统小干扰稳定性分析 三．电力系统次同步谐振分析 四．电力系统暂态稳定性分析 五．直接法在暂态稳定分析中的应用 六．电力系统电压稳定性分析 七．线性最优控制系统 八．非线性控制系统 九．电力系统控制
第四章电力系统暂态稳定性分析目录
一．概述 二．多机电力系统暂态稳定性计算(一) 三．多机电力系统暂态稳定性计算(二)
一．概述
数值积分计算方法的缺点是计算工作量大，同 时仅能给出电力系统的动态变化过程，而不能给 出明确判别电力系统稳定性的依据。
虽然在开发暂态稳定计算方法和程序上已作了很 大努力，但对于日益增大的电力系统，庞大的计 算工作量仍是一个困难的问题。计算机性能的快 速提高为解决这个问题提供了有利的条件，但这 种性能的提高有一大部分被提高电力系统模拟精 度和和需要更多，更大规模的计算所抵消。
一．概述
暂态稳定的计算结果，将输出很多数据及相应 的曲线，要求能正确地解释这些结果，稳定还是 不稳定？保护及控制装置是否正确动作？所以， 对暂态稳定的输出结果进行快速的分析，并得出 明确的结论，也是实际计算中要注意的问题。
一．概述
实际的暂态稳定研究由于研究方法和手段的限制， 往往是在很多简化的基础上进行的。
一．概述
在实际工作中，除了用输送功率来确定暂态稳定 性外，也有用其它间接的量来评价其暂态稳定性能， 如对一特定故障的最大允许切除时间，或者在一给 定故障保证稳定所需最小切除发电机容量等。
从实际运行的观点看，暂态稳定性的研究分析比 静态稳定性研究更重要，因为暂态稳定的极限一般 比静态稳定极限要小，所以电力系统设计和运行首 先要满足电力系统暂态稳定性的要求。
一．概述
②一般不计所有元件中由电磁过程引起的电流和电 压的非周期分量。这样将使发电机功率，定子电 流，励磁电流中的自由分量在出现干扰的瞬间发 生突变。忽略发电机定子电流的非周期分量（相 应的转子电流的周期分量）表示不考虑由该分量 与转子励磁相互作用所产生的附加脉动转矩，这 一转矩将影响转子的平均转差，并引起附加损耗。 在简化计算中，这一损耗可用增加等效电阻 15%~20%（有时50%~100%）来考虑。一般情况 下，不考虑这一因素时，将得到较大的角度变化， 可用来补偿计算中可能出现的误差。
一．概述
稳定极限一般是指在给定电力系统运行方式下能
通过某一特定线路的最大功率。静态稳定极限是指
在小干扰下某一特定线路能输送的最大功率；暂态 稳定极限与假定的干扰形式和
大小有关。指定的干扰（包 括故障类型，地点，切除时 间等）越大，暂态稳定极限 就越小。图3-1表示在一简单 系统中，按暂态稳定确定的 极限输送功率与故障类型及 故障切除时间的关系。
一．概述
电力系统暂态稳定性的研究要求解电力系统 （包括发电机，负荷）在大干扰下的动态特性， 也即由电力系统机电方程式所描述的发电机转子 和相应的电压和电流等运行状态变量的变化，并 考虑某些自动控制系统对系统动态行为的影响。
一．概述
电力系统是一个非线性系统，系统的稳定性既 与初始条件有关，又与系统运行的参数变化有关， 所以在大干扰下，不能再用研究静态稳定性的线 性花方法。因此，到目前为止，对电力系统暂态 稳定性的实际研究主要是用计算机进行数值积分 计算（常用的如四阶龙格—库塔法）的方法来进 行，逐时段求解描述电力系统运行状态的微分方 程组，从而得到动态过程中状态变量的变化规律， 并用以判断电力系统的稳定性。
一．概述
③暂态电抗
x
' d
后的电动势
E'
近似地与磁链成正比。
假定 E' C ，相当于故障瞬间励磁绕组“磁链守恒”。
实际上，磁链虽不能突变，但可随时间的推移而发
生变化。电枢反应要使磁链减小，而自动励磁调节
的作用与电枢反应的作用相反。所以，在故障及振
荡期间，电枢反应可近似地假定被励磁调节所补偿，
以保证在第一振荡周期的磁链不发生很大的变化。
一．概述 电力系统暂态稳定性是电力系统在一个特定的大 干扰情况下，能恢复到原始的（或接近原始的） 运行方式，并保持同步发电机同步运行的能力。 大干扰一般指短路故障（单相接地，两相短路或 接地，三相短路），一般假定这些故障出现在线 路上，也可以考虑发生在变压器或母线上。在发 生这些故障后，可以借断路器断开故障元件来消 除故障。快速重合闸的应用可以使断开的系统元 件重新投入运行，但是可能是成功的，也可能是 不成功的。前者对应于一瞬时故障，将使电力系 统在故障后很快地恢复到原始运行状态；后者对 应于一永久性故障，将使故障元件重新断开，经 过一定的处理才能恢复到原始运行状态。
所以，对具有自动励磁调节系统的发电机这是一种
很合理的简化，同时可以忽略发电机的凸极效应和
饱和效应。凸极效应一般对暂态稳定极限的影响较
一．概述
在实际应用中，为了克服模拟非线性（或断续 的）系统元件的困难，提供一快速而正确的算法 是暂态稳定研究的主要方面。特别是在实际运行 中，希望能根据某些实时的运行参数，通过简单 的在线计算，随时给出在线安全分析需要的电力 系统稳定性指标。
大型电力系统的暂态稳定研究需要很多电力系 统元件的数据，其中有些数据往往是源自文库完备的， 具有不同程度上的误差，而且实际电力系统的这 些参数往往是不断变化的，这也为准确模拟电力 系统带来困难。
简化的目的是减轻计算工作量，同时突出研究问 题的重点，但不可避免地要影响计算结果，使所研 究的过程发生一定程度的变化。
根据不同的研究目的，在实际工作中，一般采用 的简化有：
一．概述
①在一个发电厂内的所有发电机用一等值发电机代 表。这个假定在目前的大系统计算中仍在应用， 除非需要特别研究某些机组的特定性能时，才分 别考虑某些指定的机组。
一．概述
故障发生后，根据干扰的大小，发电机送出的 功率发生不同程度的突变，因此不同的故障类型 和不同的故障地点对稳定性的影响也是不同的。 三相短路最严重（一般占短路总数的 5%~10%），最轻的是单相短路（占 75%~90%）。
其它的大干扰可以是突然断开一大容量发电机组， 突然投入一大负荷或断开一条线路等。