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1、North China Electric Power University电气与电子工程学院电气与电子工程学院 现代电网运行技术现代电网运行技术现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 上节课内容上节课内容（二）、电力系统的暂态稳定性（二）、电力系统的暂态稳定性1、定义：、定义：暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机间保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳步发电机间保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。态运行方式的能力。2、对于特定的运行方式，受到某种干扰是稳定的，对、对于特定的运行方式，
2、受到某种干扰是稳定的，对于另一种更严重的干扰则可能是不稳定的。所以，电力于另一种更严重的干扰则可能是不稳定的。所以，电力系统的稳定与否是对于某一特定的的电力系统运行方式系统的稳定与否是对于某一特定的的电力系统运行方式的干扰而言的。笼统的讲某个系统稳定或不稳定是不确的干扰而言的。笼统的讲某个系统稳定或不稳定是不确切的。切的。3、“等面积定则等面积定则”，加速面积与减速面积相等是保持，加速面积与减速面积相等是保持暂态稳定的条件。暂态稳定的条件。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题加速面积加速面积=减速面积减速面积的最高正常运行点就是的最高正常运行点就是
3、暂态稳定极限。即暂态稳定极限。即P0在在一定位置时，一定位置时，abcda=defkd就是暂就是暂态稳定极限。态稳定极限。 现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题在实际暂态稳定的分析中，我们要考虑电在实际暂态稳定的分析中，我们要考虑电网结构、运行方式、扰动类型、故障切除时网结构、运行方式、扰动类型、故障切除时间和故障位置等条件。间和故障位置等条件。确定系统暂态稳定的极限，实际上是确定确定系统暂态稳定的极限，实际上是确定系统内每一回重要联络线的暂态稳定极限。系统内每一回重要联络线的暂态稳定极限。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问
4、题现代电力系统的稳定问题这节课内容这节课内容（三）电力系统的动态稳定性（三）电力系统的动态稳定性 电力系统动态稳定性是指：电力系统受到小电力系统动态稳定性是指：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，保持长过程运行稳定性的能力。的作用下，保持长过程运行稳定性的能力。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 电力系统动态稳定性是电力系统功角稳定电力系统动态稳定性是电力系统功角稳定的另一种形式，通常指电力系统受扰动后，的另一种形式，通常指电力系统受扰动后，不发生发散振荡或持续的振荡。不发生发散振荡或持
5、续的振荡。 动态稳定的判据是在电力系统受到小的或动态稳定的判据是在电力系统受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减状态，电压和频功角和输电线路功率呈衰减状态，电压和频率能恢复到允许的范围内。率能恢复到允许的范围内。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 动态稳定研究分析的目的是：动态稳定研究分析的目的是： 在给定运行方式和故障形态（包括小扰动和大扰动）在给定运行方式和故障形态（包括小扰动和大扰动）下，
6、下， 1）对系统的动态稳定性进行校核，确定系统中是）对系统的动态稳定性进行校核，确定系统中是否存在负阻尼或弱阻尼振荡模式。否存在负阻尼或弱阻尼振荡模式。 2）研究系统中敏感断面的潮流控制、提高系统阻）研究系统中敏感断面的潮流控制、提高系统阻尼特性的措施。尼特性的措施。 3）研究并网机组励磁及其辅助控制系统和调速系）研究并网机组励磁及其辅助控制系统和调速系统的参数优化以及对各种安全稳定措施提出相应统的参数优化以及对各种安全稳定措施提出相应的要求。的要求。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 电力系统安全稳定导则规定，电力系统在下电力系统安全稳定导则规
7、定，电力系统在下列情况下，应作长过程的动态稳定分析：列情况下，应作长过程的动态稳定分析： 1）系统中有大容量水轮发电机和汽轮发电机经较）系统中有大容量水轮发电机和汽轮发电机经较弱联系并列运行。弱联系并列运行。 2）采用快速励磁调节系统及快关气门等自动调节）采用快速励磁调节系统及快关气门等自动调节措施。措施。 3）有大功率周期性冲击负荷。）有大功率周期性冲击负荷。 4）电网经弱联络线路并列运行。）电网经弱联络线路并列运行。 5）分析系统事故有必要时。）分析系统事故有必要时。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代
8、电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题 第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 对于动态稳定计算分析中，发电机模型要对于动态稳定计算分析中，发电机模型要考虑同步发电机的励磁调节系统和调速系考虑同步发电机的励磁调节系统和调速系统，各种自动调节、自动控制系统的动作统，各种自动调节、自动控制系统的动作特性及负荷的电压和频率动态特性。特性及负荷的电压和频率动态特性。现代电网运行技术稳定问题第二章
9、第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 动态稳定包括长期稳定和中期稳定。动态稳定包括长期稳定和中期稳定。长期长期稳定和中期稳定二词在电力系统稳定的文稳定和中期稳定二词在电力系统稳定的文献中是相当新的，它是随着互联网的逐步献中是相当新的，它是随着互联网的逐步扩大而出现的新的研究课题。扩大而出现的新的研究课题。 现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 他们被引入是由于需要研究电力系统遭受严重扰他们被引入是由于需要研究电力系统遭受严重扰动后动态响应问题的结果。严重的系统扰动对电动后动态响应问题的结果。严重的系统扰动对电压、频率和潮流的额定值造
10、成很大的偏离，因而压、频率和潮流的额定值造成很大的偏离，因而引起慢过程控制和保护的动作，这在通常的暂态引起慢过程控制和保护的动作，这在通常的暂态稳定研究中是不考虑的。稳定研究中是不考虑的。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 长期稳定集中研究的是伴随大规模的系统长期稳定集中研究的是伴随大规模的系统扰动而产生的较慢的和长期的现象，以及扰动而产生的较慢的和长期的现象，以及所造成的大的持续的发电和用电有功功率所造成的大的持续的发电和用电有功功率和无功功率的不平衡问题。长期稳定性研和无功功率的不平衡问题。长期稳定性研究的时段一般是：几分钟或几十分钟。究的时
11、段一般是：几分钟或几十分钟。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 中期稳定的研究，集中于发电机之间的同中期稳定的研究，集中于发电机之间的同步振荡，包括一些较慢现象的作用以及大步振荡，包括一些较慢现象的作用以及大的电压或频率的可能偏离等。中期稳定性的电压或频率的可能偏离等。中期稳定性研究的时段一般为研究的时段一般为10秒至几分钟。秒至几分钟。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 中期稳定性和长期稳定性除了时间段的不中期稳定性和长期稳定性除了时间段的不同外，关于动态描述也有区别。长期稳定同外，关于动态描述也
12、有区别。长期稳定研究的目的是长时间的有功功率和无功功研究的目的是长时间的有功功率和无功功率的不平衡问题。而中期稳定性研究的是率的不平衡问题。而中期稳定性研究的是发电机之间的同步振荡。发电机之间的同步振荡。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 长期稳定通常与系统遭受大扰动包括那些长期稳定通常与系统遭受大扰动包括那些超出系统正常设计标准的故障方式下的系超出系统正常设计标准的故障方式下的系统响应有关。这通常引起逐级连锁反应并统响应有关。这通常引起逐级连锁反应并将系统解列为几个分开的孤岛，每一岛中将系统解列为几个分开的孤岛，每一岛中的发电机保持同步。的发电
13、机保持同步。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 这种情况下稳定问题是每一岛是否能在损这种情况下稳定问题是每一岛是否能在损失负荷最小的条件下达到一个可接受的平失负荷最小的条件下达到一个可接受的平衡状态。在极端的情况下，系统和机组保衡状态。在极端的情况下，系统和机组保护作用可能组合成相反的不利情况，使岛护作用可能组合成相反的不利情况，使岛的全部或部分崩溃。的全部或部分崩溃。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 中长期稳定性分析应模拟详细的发电机模型、中长期稳定性分析应模拟详细的发电机模型、负荷模型、继电保
14、护和安全自动装置的动负荷模型、继电保护和安全自动装置的动作。作。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 现代电网发展的过渡阶段，可能会出现以下现代电网发展的过渡阶段，可能会出现以下情况：情况： 1 1）系统中有大容量水轮发电机和汽轮发电机经）系统中有大容量水轮发电机和汽轮发电机经较弱联系并列运行。较弱联系并列运行。 2 2）采用快速励磁调节系统及快关气门等自动调）采用快速励磁调节系统及快关气门等自动调节措施。节措施。 4 4）电网经弱联络线路并列运行。）电网经弱联络线路并列运行。 现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系
15、统的稳定问题对电力系统动稳定的分析一般为：对电力系统动稳定的分析一般为： 1 1、采用小干扰法计算、采用小干扰法计算 1 1）特征根计算）特征根计算 特征根实部为正则系统存在负阻尼；特征根实部为正则系统存在负阻尼； 特征根实部为负则系统阻尼为正，其绝对值越小阻尼越弱特征根实部为负则系统阻尼为正，其绝对值越小阻尼越弱。2 2）阻尼比计算：）阻尼比计算：阻尼比小于阻尼比小于0 0为负阻尼为负阻尼, ,系统不能稳定运行；系统不能稳定运行；阻尼比介于阻尼比介于0 00.020.02为弱阻尼，为弱阻尼， 阻尼比大于阻尼比大于0.030.03为较弱阻尼，为较弱阻尼，在正常方式时一般应达到在正常方式时一般应
16、达到0.030.03以上；以上； 现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 二、电力系统的电压稳定性二、电力系统的电压稳定性 电力系统的电压稳定性是指电力系统受到电力系统的电压稳定性是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。能力。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 随着互联网规模越来越大，远距离大容量随
17、着互联网规模越来越大，远距离大容量的输送功率，使电网能够更加合理的利用自的输送功率，使电网能够更加合理的利用自然资源，从而赢得电网运行的最大经济效益。然资源，从而赢得电网运行的最大经济效益。但同时由于远距离的输送电力，使电压稳定但同时由于远距离的输送电力，使电压稳定问题越来越突出。问题越来越突出。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 1983年年12月月27日，瑞典电网的电压失稳事日，瑞典电网的电压失稳事故，使南部系统的负荷全部失去。故，使南部系统的负荷全部失去。 1987年年1月月12日，法国电网的电压失稳事故日，法国电网的电压失稳事故影响整个西
18、部系统，甩掉影响整个西部系统，甩掉1500MW负荷。负荷。 1987年年7月月23日，日本东京电力系统的电压日，日本东京电力系统的电压失稳事故，损失负荷失稳事故，损失负荷8168MW。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 这些事故都是因为电压失稳而导致大面积这些事故都是因为电压失稳而导致大面积长时间停电，造成了巨大的经济损失和社长时间停电，造成了巨大的经济损失和社会生活的紊乱。会生活的紊乱。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 当电力系统发生故障以后，或由于无功负当电力系统发生故障以后，或由于无功负荷的
19、突然增加或系统运行条件发生了改变，荷的突然增加或系统运行条件发生了改变，使无功需求量突然增加，这些增加的无功需使无功需求量突然增加，这些增加的无功需求由发电机和无功补偿装置的无功储备提供。求由发电机和无功补偿装置的无功储备提供。通常，系统有足够的备用，并且运行在一定通常，系统有足够的备用，并且运行在一定的电压水平上。但也可能由于事故和系统条的电压水平上。但也可能由于事故和系统条件的合并作用，造成不可控制的电压降落，件的合并作用，造成不可控制的电压降落，则系统进入电压不稳定状态。则系统进入电压不稳定状态。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 造成电压
20、不稳定的主要因素是受端系统不造成电压不稳定的主要因素是受端系统不能满足无功功率的需要。问题的核心通常是能满足无功功率的需要。问题的核心通常是由于无功不能远距离送电。当过大的无功功由于无功不能远距离送电。当过大的无功功率和有功功率流过输电网络时，在感性电抗率和有功功率流过输电网络时，在感性电抗中产生很大的电压降落，使受端系统电压严中产生很大的电压降落，使受端系统电压严重降低。重降低。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 我们在我们在“电力系统稳态分析电力系统稳态分析”中学过，对中学过，对于一回输电线路，在一定的传输功率下，于一回输电线路，在一定的传输
21、功率下，它的电压降落为：它的电压降落为： 现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 输送过大的有功功率，使无功损耗增大，从而更增加了始输送过大的有功功率，使无功损耗增大，从而更增加了始端输送的无功功率（负荷无功功率不变）。端输送的无功功率（负荷无功功率不变）。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 事例：甘肃河西电网事例：甘肃河西电网1984年电压崩溃事故年电压崩溃事故 当当220KV联络线有功功率从联络线有功功率从200MW升至升至220MW时，小网电压急剧降低。时，小网电压急剧降低。现代电网运行技术稳定问
22、题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 采取的办法：采取的办法：1）切小网负荷；）切小网负荷；2）P降低，降低，Q增大（线路暂态稳定运行极限为增大（线路暂态稳定运行极限为22万万kW，静态稳定运行极限为，静态稳定运行极限为26万万kW）。最后采）。最后采取方案取方案2。 后果：几分钟后小网电压崩溃。后果：几分钟后小网电压崩溃。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 电压不稳定本质上是一种局部现象，然电压不稳定本质上是一种局部现象，然而它的后果却会给系统带来广泛的影响，严而它的后果却会给系统带来广泛的影响，严重时，可能导致电压崩溃
23、，引起系统的一部重时，可能导致电压崩溃，引起系统的一部分或整个系统发生严重瓦解。分或整个系统发生严重瓦解。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 发生电压崩溃可能有以下几种情况：发生电压崩溃可能有以下几种情况： 1）负荷中心附近的大型机组突然退出运）负荷中心附近的大型机组突然退出运行，造成高压联络线严重过载。行，造成高压联络线严重过载。（发电机无功到达极限，机端电压最低）现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 事例：如图：小网为嘉酒电网，正常大事例：如图：小网为嘉酒电网，正常大负荷运行嘉峪关负荷运行嘉峪关3
24、30KV电压为电压为320KV，网内，网内酒钢自备电厂一台酒钢自备电厂一台50MW机组故障，嘉峪关机组故障，嘉峪关330KV电压骤降至电压骤降至290KV。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 2）因故障使重负荷线路跳闸，导致剩下的）因故障使重负荷线路跳闸，导致剩下的线路增加额外负荷，这将增大线路的无功损耗线路增加额外负荷，这将增大线路的无功损耗（当线路负荷高于自然功率时，线路吸收的无（当线路负荷高于自然功率时，线路吸收的无功功率会快速增加），因此引起对系统很大的功功率会快速增加），因此引起对系统很大的无功功率需求（不正常的）。无功功率需求（不正常
25、的）。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 3）因系统故障，使负荷中心超高压电压）因系统故障，使负荷中心超高压电压水平降低，引起配电系统中变压器自动调整水平降低，引起配电系统中变压器自动调整分接开关装置动作（试图恢复事故前配电网分接开关装置动作（试图恢复事故前配电网的电压水平）。每次分接头调整都会导致增的电压水平）。每次分接头调整都会导致增加超高压线路的无功负荷，使超高压线路损加超高压线路的无功负荷，使超高压线路损耗进一步增加，电压水平进一步降低。耗进一步增加，电压水平进一步降低。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力
26、系统的稳定问题 每次变压器分接头调整都会造成流经整个每次变压器分接头调整都会造成流经整个系统的发电机的无功输出增加，从而导致许系统的发电机的无功输出增加，从而导致许多发电机过负荷。由于发电机无功极限的限多发电机过负荷。由于发电机无功极限的限制，使机端电压降低，造成变电站母线电压制，使机端电压降低，造成变电站母线电压进一步降低，这有可能加重了低压补偿装置进一步降低，这有可能加重了低压补偿装置有效性的降低。有效性的降低。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 综上分析，我们可以将引起系统电压崩溃综上分析，我们可以将引起系统电压崩溃的主要因素总结如下：的主
27、要因素总结如下： 1）发电机与负荷距离较远（对远距离受）发电机与负荷距离较远（对远距离受电系统要有一定的无功电源支撑）电系统要有一定的无功电源支撑） 2）在低电压工况下，变压器带负荷调节）在低电压工况下，变压器带负荷调节分接头装置动作。分接头装置动作。 3）不利的负荷特性（电动机在）不利的负荷特性（电动机在0.75Un的的自起动状态）。自起动状态）。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 4）各种控制和保护系统间协调不好。）各种控制和保护系统间协调不好。 5）过量的使用并联电容器。（对受端系）过量的使用并联电容器。（对受端系统要根据情况选择并联电容器
28、，静止无功补统要根据情况选择并联电容器，静止无功补偿器和调相机组合，从而使无功补偿最有效）偿器和调相机组合，从而使无功补偿最有效）现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 讨论：讨论： 1、分析甘肃河西电网、分析甘肃河西电网1984年电压崩溃事故年电压崩溃事故 当当220KV联络线有功功率从联络线有功功率从200MW升至升至220MW时，小网电压急剧降低。时，小网电压急剧降低。现代电网运行技术稳定问题第二章第二章 现代电力系统的稳定问题现代电力系统的稳定问题 采取的办法：采取的办法：1）切小网负荷；）切小网负荷；2）P降低，降低，Q增大（线路暂态稳定运行极限为增大（线路暂态稳定运行极限为22万万kW，静态稳定运行极限为，静态稳定运行极限为26万万kW）。最后采）。最后采取方案取方案2。 后果：几分钟后小网电压崩溃。后果：几分钟后小网电压崩溃。 为什么？为什么？ 2、在功角稳定性分析中，静态稳定、暂态、在功角稳定性分析中，静态稳定、暂态稳定和动态稳定有什麽区别？稳定和动态稳定有什麽区别？现代电网运行技术稳定问题
