電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)1第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一等式約束條件：二、電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分類

1、正常運行狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，是經濟運行調度的基礎。

2、警戒狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，但不等式約束已經接近上下限，以安全調度為主。

3、緊急狀態(tài)：不等式約束遭到破壞，等式約束仍能滿足，系統(tǒng)仍能同步運行。

4、系統(tǒng)崩潰：不等式、等式約束同時不滿足，系統(tǒng)將解列成幾個獨立的小系統(tǒng)。

5、恢復狀態(tài)：使崩潰后的若干個小系統(tǒng)向并列的大系統(tǒng)運行狀態(tài)過渡。2第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)運行狀態(tài)示意圖正常狀態(tài)（滿足負荷需求，進行經濟運行）恢復狀態(tài)（重新并列，恢復對用戶供電）系統(tǒng)崩潰（切機、切負荷、斷開線路）警戒狀態(tài)（預防性控制）緊急狀態(tài)（緊急控制）安全不安全超越不等式約束條件危險重新帶負荷預防性控制儲備系數減小或干擾概率增大并列緊急控制系統(tǒng)不完整(解列)系統(tǒng)保持原狀切負荷解列超越等式約束條件3第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

2-2電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類：20世紀60年代前：前蘇聯、我國：靜態(tài)穩(wěn)定，動態(tài)穩(wěn)定。

西方：靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定。20世紀70年代起，國際通用：靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定一、定義：靜態(tài)穩(wěn)定：在一個特定的穩(wěn)定運行的條件下，電力系統(tǒng)受到任何一個小的擾動，經過一段時間，它能夠自動恢復到或者靠近小擾動前的運行條件。暫態(tài)穩(wěn)定：在一個特定的穩(wěn)態(tài)運行條件下，電力系統(tǒng)受到一個特定的大干擾后，能夠從原來的運行狀態(tài)不失去同步地過渡到另一個允許的穩(wěn)態(tài)運行條件。4第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一GEqTLU0功角在時間上表示勵磁電勢和端電壓之間的相角差；功角在空間上表現為發(fā)電機轉子磁場軸線與定子合成磁場軸線之間夾角。功角特性曲線X5第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一遭受微小擾動后分析a、b兩個運行點的過渡過程：

a點(靜態(tài)穩(wěn)定工作點)：大于0時，轉子轉速上升，轉子制動，趨于0。小于0時，轉子轉速下降，轉子加速，趨于0。

b點(靜態(tài)不穩(wěn)定工作點)

：

大于0時，轉子轉速上升，轉子加速，趨于無窮大。小于0時，轉子轉速下降，轉子制動，趨于無窮大。

功角特性曲線6第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一靜態(tài)穩(wěn)定儲備儲備系數：

為原動機輸入功率

正常運行情況下，靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數應當大于15%，事故后要求不小于5%。功角特性曲線7第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一整步功率特性曲線

根據上面在點a及點b能否穩(wěn)定運行分析，得出靜態(tài)穩(wěn)定判據：

當功角與發(fā)電機功率的增量有相同符號時，即系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的

當系統(tǒng)臨界穩(wěn)定當系統(tǒng)是不穩(wěn)定的整步功率8第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一三、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析GEqTU0L1L2簡單電力系統(tǒng)及故障時的功角特性9第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定時，最主要的工作在于：確定轉子角度、角速度變化的同步發(fā)電機轉子運動方程定子有3個電樞繞組（空間位置相差120。）轉子有勵磁和若干阻尼繞組

2-3研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本模型一、同步發(fā)電機基本機構及模型10第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一11第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一12第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一——發(fā)電機暫態(tài)電抗后的電勢；——發(fā)電機出口的端電壓；——發(fā)電機暫態(tài)電抗。二階同步發(fā)電機模型轉子運動方程：附加代數方程：同步發(fā)電機轉子運動基本方程式：13第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一同步發(fā)電機電磁功率的計算根據同步發(fā)電機相量圖因為：所以：14第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一二、勵磁系統(tǒng)模型勵磁控制的作用：不僅控制發(fā)電機端電壓，還控制發(fā)電機的功率因數和電流等參數（1）穩(wěn)態(tài)運行時a)保持發(fā)電機在運行中的電壓恒定；b)同步發(fā)電機并列運行時調節(jié)無功功率的分配；c)提高輸電線路靜態(tài)穩(wěn)定極限，擴大穩(wěn)定范圍；d)可以阻尼和抑制低頻震蕩。15第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一（2）暫態(tài)過程中a)負荷劇烈變化時，調節(jié)發(fā)電機輸出電壓；b)系統(tǒng)狀態(tài)不穩(wěn)定時，可以強行勵磁，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性按勵磁電流提供方式不同：（1）直流機勵磁系統(tǒng)

電刷是約束，100MW以上機組很少使用時間常數大，電壓響應速度較慢；（2）交流機勵磁系統(tǒng)

交流發(fā)電機與整流器構成直流電源，有輔助勵磁機，軸長；（3）靜態(tài)勵磁系統(tǒng)

從發(fā)電機出口變壓器加整流器。16第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

勵磁機可控硅輸出移相觸發(fā)綜合放大量測濾波轉子電壓軟負反饋

F可控硅勵磁調節(jié)器其他信號ULfUGGIUG0YHLH可控硅勵磁控制系統(tǒng)原理圖17第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一和分別為該環(huán)節(jié)的放大倍數和時間常數。量測濾波：慣性環(huán)節(jié)。其傳遞函數可用下式表示——比例常數?！苫ジ衅?整流器裝置中的濾波作用所引起的時間常數，較小。綜合放大、移相觸發(fā)、可控硅輸出：近似為慣性環(huán)節(jié)和分別為該環(huán)節(jié)的放大倍數和時間常數。轉子電壓軟負反饋其作用是提高控制調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性品質，輸出量大小與轉子電壓的變化率有關。18第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一相位補償傳感器信號復歸放大限幅輸入信號勵磁四、原動機調速系統(tǒng)模型三、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型（PSS）電力系統(tǒng)頻率正比于原動機轉速。調速系統(tǒng)由量測、放大、執(zhí)行三個環(huán)節(jié)組成。量測環(huán)節(jié)的輸入控制變量：19第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一氣輪機模型：汽容效應（調節(jié)氣門與第一級噴嘴存在管道和空間）高壓蒸汽室高再熱器中聯箱低低軸閥門開度去凝汽室中間再熱機組工作原理以給定功率為輸入量以蒸汽量為輸出量20第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一水輪機模型：水錘現象（水流在水輪機及引水管中有慣性）輸入量：導葉開度輸出量：水輪機功率21第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

2-4提高和改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制技術

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是限制交流遠距離輸電和輸送能力的決定因素之一。

一般原則：

1）盡可能地提高電力系統(tǒng)的功率極限；2）減少發(fā)電機相對運動的振蕩幅度。一、提高靜態(tài)穩(wěn)定的方法1、盡量縮短電氣距離或等值電氣距離1）減少發(fā)電機或變壓器電抗；2）采用自動勵磁裝置；（優(yōu)先考慮）3）減少線路電抗；（分裂導線或雙回輸電線）4）串聯電容補償；5）改善電力系統(tǒng)結構，系統(tǒng)中間增設中間調相機。22第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2、減小機械與電磁、負荷與電源的功率或能量差額（緊急狀態(tài)下的臨時措施）3、解列、合理選擇解列點（權宜措施）二、提高暫態(tài)穩(wěn)定的方法及措施根本出發(fā)點：控制和減少功率、能量的差額。方法：1）快速切除故障；

2）采用自動重合閘；

3）強行勵磁（維持同步發(fā)動機出口電壓UG為常數不變）；

4）改善原動機調速系統(tǒng)的調節(jié)特性（如快速關閉進氣閥門）；

5）同步發(fā)電機輸出端采用電氣制動控制；

6）變壓器中性點經小電阻接地；

7）強行串聯補償和設置開關站控制；

8）連鎖切除同步發(fā)電機；

9）調節(jié)直流輸電功率控制；

10）設置合理的解列點或同步發(fā)電機異步運行。23第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一具體措施：1）切除部分機組（水電廠）聯跳切機時等效發(fā)電機的功角特性快速切機示意圖G2G4負荷G1G324第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一GG系統(tǒng)電氣制動示意圖2）電氣制動（水電廠）

故障后迅速投入電阻

R容量相當于電廠裝機容量的1/3至1/4（容量足夠時才有效）。電阻投入時刻：立即、二次重合

電阻退出時刻：啟動信號的選擇電氣制動的作用過制動和欠制動注意的問題：25第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3）快關汽門

減小原動機轉矩，適合應用于汽輪機。（慎用）4）自動重合閘

一般指二次重合閘，主要針對瞬時故障。5）采用快速勵磁系統(tǒng)

強行勵磁保持電壓水平。6）切除部分負荷

在頻率正常情況下，在短路故障切除0.5s內切除負荷，再在15min內分級將負荷重新投入。7）再同步控制加大、減小原動機轉矩。8）解列

解列點選擇：(1)解列后各小系統(tǒng)功率基本平衡；

(2)再并列較方便、通信可靠性高、遠動設備水平高。26第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一在a點，當擾動使發(fā)電機的角度獲得微小增量時，發(fā)電機發(fā)出的功率將隨之增大，此時發(fā)電機與原動機之間的功率平衡遭到破壞。由于這時發(fā)電機發(fā)出的電功率大于原動機的機械功率，即原動機的驅動轉矩小于發(fā)電機的電磁滯動轉矩，結果使發(fā)電機組開始減速，其角度增量逐漸減小，經過一段過渡過程后運行又恢復到擾動前的運行點a，使發(fā)電機與原動機間恢復了功率的平衡。所以，在a點運行時，電力系統(tǒng)是靜態(tài)