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1、电力系统分析电力系统分析Power System Analysis艾欣 教授、博士生导师电力工程系副主任电子邮件： 办公室：教五楼 C416房间电话： 80795848 13501121641POPO账号： simonxinai小扰动稳定小扰动稳定z 概念：系统受小扰动后维持原来运行状态的能力。z 这时的非线性系统可以直接线性化，然后应用线性系统的方式判断稳定。z 对线性系统的稳定，可以通过特征根的特性来判断，有了特征根也 就有了线性系统的解。z 小扰动下的系统主要是振荡稳定问题，要么是衰减振荡稳定，要么是增幅振荡不稳定。z 主要和系统的阻尼有关。小扰动稳定小扰动稳定2020sinJMT dP
2、Pdt+ =02020cosJ EEE MT dPdSS Pdt d = = =其中线性化后：无阻尼系统小扰动稳定小扰动稳定01,2EnJpjSjT= = 无阻尼自然振荡频率0cos2.822nMnJPfT =特征根低频振荡频率0.152Hz低频振荡低频振荡整个原动机、发电机组的转子，相对于电力系统发生振荡时，其振荡频率通常在每分钟几个周波至几十个周波范围内。原因：弱阻尼或负阻尼。重负荷、长距离送电、有强励磁的大机组。无阻尼小扰动稳定无阻尼小扰动稳定功角时间 t(s)TT=0.56.7(s)f=0.152Hz振荡模式振荡模式z 区域间振荡模式（ interarea mode）z 0.20.5H
3、zz 区域内振荡模式（ local/plant mode）z 1Hz以上有阻尼系统有阻尼系统022000cos JEEEMT ddDSdt dtdP dSP Dddt= 其中 为阻尼功率系数特征根21,2 01422J EJJDpDTSTT= 有阻尼系统有阻尼系统特征方程2220000 s 2 00.1 0.32EnnJJnEJJESDpp sTTSTDTS + +=+=无阻尼自然频率 阻尼比 应大于二阶微分方程的解二阶微分方程的解12212 1 212 1 21,2 1 2001) 2) ( )3) ( cos sin )rt rtrttypyqrprqrr yCe Cerrr yCCter
4、jyeCtCt + +=+=+= = +=+ = + 实根励磁系统对低频振荡的作用励磁系统对低频振荡的作用z PSS对第一摆不好，对后续摆有效z 自动调节励磁是提高静态稳定的首选措施，对第一摆好，对第 2摆不好，产生负阻尼。z 阻尼力矩包括机械阻尼和电气阻尼两种z 参考倪以信 p264抑制低频振荡的措施抑制低频振荡的措施减负荷。PSS电力系统稳定器（励磁）GPSS调速侧 PSS其它Prony分析法分析法z 复指数特征值法z 用指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据的数学模型。z 徐政交直流电力系统动态行为分析z pp153z 上个世纪 90年代，成为电力系统研究的前沿课题之一。z 通过相角测量
5、来监测电力系统的低频振荡。z 为电力系统状态监测、电力系统稳定控制提供了一种新的途径。z 成为很多监测系统、网络化管理系统的准确受时的来源。z 在电力系统中主要是用来定时，在其它行业多数是用来定位。基于基于GPS的电力系统的电力系统相角测量技术相角测量技术GPS技术简介技术简介z GPS（ Global Positioning System）z 1973年开始，美国发射了 NAVSTAR卫星，以形成全球定位系统，称为 GPS系统。z 这个系统包括 2 4颗卫星，它们飞行在离地176万公里高的 6条圆形轨道上，周期为 12小时，每条轨道上均匀分布着 4颗卫星。z 系统中的每一颗卫星连续地向地球发
6、送时钟以及其所处位置的无线电信号。z 时钟误差不超过 1 s（北京时间是 1ms）。z 从 1993年开始，向全球公开免费使用 15年。z 存在可靠性问题（对特殊国家的限制，在伊拉克战争中， GPS制导炸弹受到对方干扰）。GPSGPS技术简介技术简介GPS Management Structure 电力系统的相角测量电力系统的相角测量z 一个相量（电压）包括幅值和角度。z 这个角度可以测量，但单纯的绝对角没有任何意义。只有异地的相对角才有意义。可以反映系统的功角稳定运行情况。z 异地测量的角度需要准确的对时。 1ms的时间误差会产生 18度的误差，测量结果失去实际意义。z 电力系统的相角测量一
7、般需要至少 40 s的时间准确度。z 只有 GPS技术才能实现电力系统的相角测量。相角测量的意义相角测量的意义4E5E3EnE2E1E0EGPS准确对时稳定监测稳定控制快速的通信保证电力系统的变量电力系统的变量z 控制变量： PG QGz 状态变量： V z 扰动变量： PL QL11U 22U 21 =功角I 0U功率因数角电力系统的相角测量电力系统的相角测量11U 22U 11U 22U 21 =必须是同一时刻的值！河北南网系统图河北南网系统图上安上安马头马头衡水衡水保北保北动模实验系统图动模实验系统图G1G3G4G2参考机动态稳定监测和分析软件动态稳定监测和分析软件z PMU可以测量带
8、时标 电压、电流相量，包括模值和角度，通过分布在系统中各点的 PMU，构成 WAMS， 从而可以掌握全系统的主要电压、电流相量 。i0UiiUiI0U功角 功率因数角动态稳定监测和分析软件动态稳定监测和分析软件z PMU的数据形式：z 对某一个监测点有 时标 ，如 2004年 10月 22日 11时 10分 15秒 幅值 ，如 100V，或 5A 相位 ，如 10.23度 属性 ，如电压，或电流动态稳定监测和分析软件动态稳定监测和分析软件时间（ ms）电压或电流波形（V）华北电网华北电网PMU配置情况配置情况华北电网华北电网PMU配置情况配置情况PMU介绍介绍江苏WAMS工程（首个具有完全自主
9、知识产权的WAMS） 一期 2个子站 1个主站 2003.4投运，二期 7个子站 2003.8投运 第一个具有完全自主知识产权的 WAMS国调三峡电网 WAMS工程 关注三峡送出系统和大区联络线 一期 7个子站，包括三峡电厂 电力数据网通信 2003.92004.1 双机双网UNIX主站（ SUN) 本期以监测为主，先实现实时数据平台华北 WAMS工程 布点注重华北西电动送格局 一期 4个子站 2003.122M通信带宽 双机双网UNIX主站（ SUN) 大数据量，高速通信 (100Hz)东北 WAMS工程 以 “负荷参数辨识 ”科研项目为起点 强调 WAMS与安全稳定控制结合 东北 500k
10、V主网架实时测量系统规划 一期 9个子站， 7个国外， 2个国内（四方） 双机双网 UNIX主站（ SUN)（电科院四方） 2003.12系统试验 2004.3.25“大扰动试验 ”国内外 WAMS的应用功能大观PMU/WAMS是一套电网同步相量测量系统，是相量测量单元、高速数字通信设备、实时数据平台和电电网动态过程分析中心站的有机整体 功能1：提供电网相量信息，彻底解决现有EMS系统不能直接测量角度的缺陷； 功能2：提供实时电网动态过程数据和分析结果，填补调度员不能监测系统动态过程的空白； 功能3：是区域电网动态安全分析和稳定控制的基础数据平台。正常监测正常监测正常监测正常监测显示低频振荡开
11、始显示低频振荡开始显示低频振荡结束显示低频振荡结束录波录波1#AB短路短路录波录波1#站绝对角站绝对角录波录波2#AB短路短路录波录波2#站低频振荡绝对角站低频振荡绝对角录波录波2#站低频振荡绝对角度和站低频振荡绝对角度和电压电压录波录波2#站自起动低频振荡站自起动低频振荡录波录波3#AB短路短路录波录波3#站低频振荡绝对角度站低频振荡绝对角度录波录波3#站自起动低频振荡站自起动低频振荡录波录波4#AB短路短路录波录波4#站低频振荡站低频振荡录波录波4#站自起动低频振荡站自起动低频振荡系统功能系统功能z 监视 ，故障时声、光报警z 存储 ，正常状态记录，故障录波，记录动态过程，以备事后分析。z
12、 分析 ，通过测得的角度数据，进行相应的分析和计算，得到对评价系统安全更加有用的信息，如 功角 、 频率 和 电压（ 无功 ）等问题。关于相角测量关于相角测量f50Hzf50Hzf=50HztUtUtU3600PMU的应用的应用Phasor Measurement Unit相量测量单元4E5E3EnE2E1E0E动态稳定监测和分析软件动态稳定监测和分析软件z PMU的数据形式：z 对某一个监测点有 时标 ，如 2004年 10月 22日 11时 10分 15秒 幅值 ，如 100V，或 5A 相位 ，如 10.23度 属性 ，如电压，或电流PMU的应用的应用1 运行监视（动态）z 功角测量z
13、PMU能实时第将低频振荡的频率求出来2 仿真的校验采集或计算实验时的数据，和仿真作对比3 在第三道防线中的应用PMU的应用的应用PMU在第二道防线中的应用有困难：比如，某联络线为了实现不窝电，进行强送，已经超过了稳定极限，实际中这种情况是会出现的，调度人员心里也清楚。在这样的情势下，一旦联络线故障，就要采取切机、切负荷等措施。故障时，要求在几百 ms的时间之内保证暂态稳定，而 PMU的数据传输，采用 TCP/IP协议，有 40 50ms的传输延时，所以保能保证在这几百 ms的时间之内， PMU有所作为PMU的应用的应用实际上，目前对 PMU在稳控方面的研究主要应用在第三道防线4 应用于广域保护广域保护 Wide Area Protection实际上是从国外借鉴过来的概念，国外所作的实际上就是稳定控制，国内可能会有新的研究方向例题例题100PjQ+00100%MpPPKP=qE dXUqMdE UPX=例题例题2z 求 OMIB系统的低频振荡频率，已知 TJ10秒（分别考虑无阻尼和有阻尼两种情况）。本次课的思考题本次课的思考题z 什么是低频振荡？简单说明低频振荡的频率是多少。z 查找有关资料，解释什么是 “汽容效应 ”和 “水锤效应 ”？z 为什么有强行励磁会使系统出现负阻尼？（倪以信 p264）z 综述抑制低频振荡的主要措施。z 你认为 PMU的应用前景如何？THE END
