9.电力系统运行稳定性的基本概念
2022-05-19 10:08:08 0 举报AI智能生成
9.电力系统运行稳定性的基本概念
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大纲/内容
电力系统运行稳定性的定义及分类
功角稳定性
电力系统功角稳定性体现了电力系统中互联的同步发电机维持同步的能力。
当系统受到扰动后，就可能使线路上输送的功率超过他的极限，使送端发电机与系统（或受端发电机）失去同步，造成发电机与系统解列或系统瓦解。这种系统失去同步的不稳定也称作系统角度（功角）不稳定的问题。
这种角度不稳定的一种情况是由于缺少同步转矩导致发电机转子角度逐步增大；另一种情况是由于缺少有效阻尼导致转子角增幅振荡。
美国电子工程师协会IEEE在1981年在该会的冬季会议上提出关于电力系统稳定性分类及定义
静态稳定：如果对于某静态运行条件，系统是静态稳定的，那么当受到任何的干扰以后，系统会达到与经干扰前相同或接近的运行状态。这种稳态性亦称为小干扰稳定性
暂态稳定：如果对于某个静态运行条件及某种干扰，系统是暂态稳定的，那么受到这个干扰后，系统可以达到一个可接受的正常运行的稳态运行状态。这种稳定性也可以成为大干扰稳定性 。
2001年我国电网运行与控制标准化技术委员会提出《电力系统安全稳定导则》把转子功角稳定分为三类
静态稳定：是指电力系统受到小扰动后，能恢复到原来的（或是与原来的很接近）运行状态的能力
暂态稳定：是指电力系统受到大的干扰后买个同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力
动态稳定：是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。
电压稳定性
电压稳定性是指系统在正常情况下或遭受扰动后，在所有节点维持可接受的电压的能力。
系统进入电压不稳定的状态时扰动、负荷需求的增加或系统状态的改变引起不断增加或不可控制电压降落的时候。引起电压不稳定的主要因素是电力系统没有足够能满足武功功率的要求。
主要因素是电力系统没有足够能满足无功功率的要求。电力系统电压稳定性设计发电、输电和配电。电压控制、无功补偿和管理、转子角度（同步）稳定性、继电保护以及控制中心的操作都会影响电压稳定性
电压稳定性虽然研究了很多年，但到目前为止，还没有公认的严格定义。
IEEE在“电力系统电压稳定性:概念、分析工具和工业经验”的报告中提出：电压稳定性是系统维持电压的能力，它使负荷导纳增加时，负荷的功率也增加，即功率和电压都是可控的。电压崩溃时电压不稳定导致系统相当一部分电压很低的过程。电压安全性是系统不仅能稳定的运行，而且在任何可信的事故或有害的系统变化后，能维持稳定（就维持系统电压来说）的能力。
一个系统进入电压不稳定状态，是指当扰动、负荷增加或系统变化时引起电压快速下降或向下偏移，而运行人员和自动控制系统都不能阻止这种衰变的过程。
频率稳定性
电力系统解列后局部系统出现较大有功功率缺额时频率大幅度下降，影响汽轮发电机组出力下降或跳闸，造成频率进一步下降，系统有功功率进一步减少的恶性循环，使电力系统或局部系统大停电
同步发电机转子运动方程
发电机转子运动方程
用标幺值表示的转子运动方程
惯性时间常数的物理意义
简单电力系统的功率特性
前提假设条件
略去发电机定子绕组电阻
设机组转速接近同步转速，即ω≈1
不计定子绕组中的电磁暂态过程
发电机的某个电动势，例如空载电动势或暂态电动势甚至端电压为恒定
隐极式发电机的功率特性
此处有大量计算过程
凸极式发电机的功率特性
此处有大量计算过程
复杂电力系统的功率特性
电力系统是由发电厂、输电线路和各种形式的负荷组成，假设电力系统中有n台发电机，用（1,2,3……，n）表示发电机节点。
所有发电机由电抗后电势的模型来描述，至于选择哪种点是点抗磨性，要是发电机的类型、励磁调节器的性能和计算条件来确定。
所有负荷用恒定阻抗模型来描述。该电力系统最后简化为N网络，该网络除了保留发电机节点以外，已消去网路中全部联络节点。
复杂电力系统的功率特性有以下特点
任一台发电机输出的电磁功率都与所以发电机的电势及电势间相对角有关，因而任何一台发电机运行状态的变化，都将影响到其余发电机的运行状态
任一台发电机的功角特性，是它与其余所以发电机的转子间相对角（共n-1个）的函数，是多变量函数，因而不能再P-δ平面上画出功角特性曲线。同时，功率极限的概念也不明确，一般也不能确定其功率极限。
小结
电力系统稳定性
电力系统收到大的小的扰动后，所有的同步发电机能否保持同步运行的问题
功角δ电力系统稳定性
δ既是两个发电机点时间的相位差，又是用电角度表示的两个发电机转子间的相对位移角。δ随时间变化的规律反映了同步发电机转子间相对运动的特征，是判断电力系统同步运行稳定性的依据。
电力系统静态稳定性
电力系统在运动中受到微小扰动后，独立的恢复到它原来运行状态的能力。对于简单电力系统，可用dp/dδ>0 作为此运行状态具有静态稳定性的判据。
电力系统暂态稳定性
电力系统在运行中受到大的扰动后，能从初始状态不是去同步过渡到新的运行状态，并在新的状态下稳定运行的能力。
电力系统的电压稳定性
电力系统在正常情况下火遭受扰动后在所有节点维持可接受的电压的能力。静态电压失稳是指负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓缓地下降，在达到电力系统承受负荷增加能力的临界值时导致的电压失稳，在电压突然下降之前的整个过程中，发电机转子角度及母线电压相角并未发生明显的变化。
复杂电力系统功率特性计算的本质
多电源交流网络的计算，因此，发电机只用一个阻抗及其后一个电势表示，当从某一运行状态出发改变运行状态时，该电视应按其变化规律求出其后新值后，再代入公式求出发电机的功率值。
功率极限是功率特性的最大值，一般来说，功率极限较大时，系统的稳定性也较高。
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