动态电力系统一

– 对暂态功角稳定和快速电压稳定
极限情况下，是常规的电容器或电抗
–对电压稳定不利 –不如极限状态下的发电机和调相机。
–
有载调压器
(U)LTC: (Under) Load Tap Changer 变压器的作用：从负荷端来看，电网具 有恒定电压 !! 电网中的主要变压器有：
– 配电变压器 – 高压/中压变压器 – 联络变压器，超高压/高压变压器 –发电机升压变压器
Q不能通过大功角或过大的电压落差传输
大功角差:长输电线（大X）和大功率传输 电压必须保证在100±5%之内 相比于P, Q不可能以长距离传输
Cont… Cont…
减少无功传输：
–减少有功损耗，提高经济性； –减少无功损耗，减少无功设备投资。 –减少功频过电压

网络的二个基本特性
– 最大传输功率 – 负荷与网络电压关系
并联补偿
并联电容器和电抗器： 投切：手动或自动
(VS. 串联装置) 动作更频繁。 电抗器：防止超高压网的轻载过压现象，
SVC： SVC：Static Voltage Compensation
SVC：受电压控制的并联补偿装置 一般，SVC装设在中压网，通过对高压网的电 压测量控制并联导纳->母线电压 昂贵成本<->快速响应效果
送电端有：
V1V2 P= Sinδ12 = PmaxSinδ12 = P2 1 X V12 −V1V2Cosδ12 Q1 = X
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最大的传输功率发生在δ=900。 注意稳定和不稳定的平衡点 （SEP/UEP: Stable/Unstable Equilibrium Point，这 是电力系统稳定分析的直接法的二个重要的概 念）。 对于典型的功率传输和功率角，例如当δ=30o ， 有Sinδ≈δ，可近似写作P＝Pmax δ 。 常说有功传输主要取决于功率角度。
动态电力系统
参考书籍
Carson W. Taylor, Power System Voltage Stability P. Kundur, Power System Stability and Control T. V. Cutsem, C. Vournas, Voltage Stability of Electric Power Systems 倪以信， 动态电力系统理论和分析 王满义,吴竟昌,蒙定中，大电网系统技术 大电网系统技术 袁季修， 电力系统安全稳定分析 张伯明， 高等网络分析
Cont… Cont…
进一步解释
传输网：有传输极限，从基本电工理论就可 是到这个结论，这一极限是电压失稳的开始。 发电系统：发电机不是理想的电压源，其模 型的准确性对正确的电压稳定十分重要。
与电压稳定相关的另一术语是电压崩溃 电压崩溃。电压 电压崩溃 崩溃可能不是电压失稳的最终结果。
Cont… Cont… 无功功率的角色
第一类变压器：影响负荷的动态特性 后三种变压器对网络特性的影响 LTC的电压控制作用是缩短电源和负荷的距离
– 有的系统的电源和负荷的电气距离较远，如果没有
LTC的电压控制作用就不可能运行。
多级LTC控制电压，原理是一样的。
– 各级LTC的动态特性的互相影响对稳定有很大的影
响。 （see 典型故障）
考虑网络元件对传输功率的影响
– 串取补偿和并联补偿， – 有载调压；
Single Load System
P＋jQ
E
负荷功率因数为？
最大传输功率
无约束的最大传输功率 负荷：Zl ＝ Z* 给定功率因数下的最大传输 |Zl| = |Z|
> 最大传输功率决于网络参数，与负荷特 最大传输功率决于网络参数 ， 征无关。 征无关。
电压失稳产生于 动态的负荷功率的恢复 在传输网和发电系统的能力之外
Cont… Cont…
进一步解释
电压：许多母线的电压发生明显的、不可控 的下跌。 失稳：超越了最大的传输功率极限，负荷功 负荷功 率的恢复变得不稳，反面降低了功率的消耗， 这是电压失稳的关键。 动态：任何稳定问题与动态有关，可以用微 分方程（连续变化）或用差分方程（离散变化） 模拟。 负荷：是电压失稳的原动力，因此这一现象 也被称为负荷失稳，但负荷不是仅有的角色。
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Conference Proceedings : IEEE winter and summer meetings IFAC (IFAC) PICA : ? (IEEE or CIGRE ?) PSCC : ? (IEEE or CIGRE ?) 地区国际会议
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快速稳定问题：
暂态功角稳定：无同步力矩，缺乏阻尼 小扰动稳定：缺乏阻尼 短期电压稳定：感应电动机和受控负荷，HVDC暂态 功角稳定和快速电压稳定很难分开： – 负荷（负荷模型）对功角稳定有影响 – 发电机（发电机模型）对电压稳定也有作用。
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长过程稳定问题： 频率问题： 发电与负荷的不平衡 电压问题： 发电与负荷的距离 取决于网络结构
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Reports ：
– 美国电力科学研究院：EPRI 电科院 情报所 核能院 – 国际大电网组织： 电科院 情报所
CIGRE
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Research Articles： ： IEEE Trans. on Power Systems (PS) IEEE Trans. on Power Delivery IEEE Trans. on Energy Conversion IEEE Trans. on Circuit Systems IEEE Computer Applications in Power Proceeding of the IEEE
简单事例
G2
2
1
P+jQ
G1
电压崩溃的简单事例 电压崩溃的简单事例
V
2
B
M
1
C2
C1
P
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中文刊物：
– 中国电力 （电力部） – 电网技术（电科院） – 电力系统自动化（南瑞） – 清华大学学报 – 各大网局专业刊物 – 会议刊物
电压稳定的基本概念
在过去二十几年中，电网运行越来越接近于 极限状态。主要有几个原因： 环保对电源建设和线路扩建的压力 重负荷区域的用电消费增加 电力市场下的新的系统负荷方式（潮 流方式） 。。。
Note：定义中没有引入无功功率。在交流网 中，电抗线路占主导，电压控制和无功功 率有密切的关系。 作者的意图：不过于强调它在电压稳定中的 作用。 有功功率和无功功率二者 同时对电 压稳定有重要的作用。 作者的实例：表明电压失稳与无功功率没有 因果关系。
电压失稳范例
R Rl Rl
E
E
t P
Po t
无功补偿
负荷补偿最常用的是电容器，以平衡传
输网的主导的电抗, 。 网络补偿串取和并联补偿两类：
也有用电抗器的时间，以吸收电容性无功。 以改善电网运行，如维护电压
减少线路电抗因而减少网损，提高稳定 性。
线路的串联补偿
减少线路电抗、补偿后一般在0.3~0.8之 间。 作用：减少发电机与负荷的距离，于是， 提高网络的最大传输功率 效果：暂态稳定和电压稳定的有利措施， 具有的自适应的特性
失稳的现象
网络稳定运行的前提 存在平衡点。 失稳的可能性：
网络参数变化 负荷增加 实际情况中：大扰动会引起失稳现象。扰动后， 网络的特性会有突变，因而扰动后的网络特 性曲线与负荷的无交点。
负载极限与最大传输功率
当负荷惭惭增加。曲线与网络特性曲线相 切，如果继续再增加就没有交点了。 负载极限不一定与最大传输功率一致， 这取决于负荷特性 某些数学模型的负荷可能没有负载极限。
时间 | 发电机驱动 负荷驱动 －－－－－－－－－－－－－－－－－ 快速 | 功角稳定 快速电压稳定 | 暂态 静态 长过程 | 频率稳定 长过程电压稳定 *可以用不同的方法对稳定问题进行分类。上面的分类可 可以用不同的方法对稳定问题进行分类。
以有效地分别电压稳定与功角稳定的差别。 以有效地分别电压稳定与功角稳定的差别。
Main Resources for Power System Analysis and Research (电力系统分析研究的主要信息资源) 电力系统分析研究的主要信息资源)
News : IEEE Review /Power Engineering IEEE Spectrum Electra (CIGRE，英/法语） 俄罗斯 ？ 中国？
无功功率传输
如果 V1=V2:
两端发电机同时担任传输有功功率时所需用 的无功功率
如果 V1 != V2, Cosδ≈1时
V1 (V1 − V2 ) V2 (V1 − V2 ) Q1 = , Q2 = X X
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无功传输主要联决于电压幅值 从较高电压端注下低电压端
(这样的假设在重负荷的情况下就不成立) 这样的假设在重负荷的情况下就不成立)
功率功率-电压关系
Q=Ptanφ, 可得一组曲线，称为鼻族曲线 (Nose Curve)
V2
Pf=0.95超前
Pf=1.0 Pf=0.95
P
失稳机理
网络对负荷的PV特性
– 功角稳定分析中，负荷随电压和频率变化。 – 电压稳定研究中，负荷特性通常包括二部分：对电
压的函数和对独立变量的函数。负荷需求为 P=µPo 特定的µ，代表一条曲线并与V（P，Q）表面相交， 相交点就是可能的运行点，当µ 变化，则相交点也 变化。所有的需求值求得交点，就得网络P-V特性 不确定负荷功率如何随电压变化就不能确定网络特性
Cont… Cont…
无论是发达国家的还是发展中国家中，都存在 负荷、线路和电源间的矛盾： 用户负荷在增加 电网扩建却面临着更大的问题 由于网络运行在重载情况下，出现了慢速 或快速的电压跌落现象，有时甚至产生电压崩 溃，电压稳定已成为电力系统规划和运行的主 要问题之一。