《电力系统暂态分析》课程教学大纲(第七章).doc

第七章电力系统暂态稳定
第一节概述
暂态稳定是指电力系统在某个正常运行方式下,突然受到某种大的干扰后,经过一段暂态过程,所有发电机能否恢复到相同速度下运行,能恢复则称系统在这种运行方式下是暂态稳定的。
暂态稳定与运行方式和扰动量有关。因此不能够泛泛地说电力系统是暂态稳定或不稳定的,只能说在某种运行方式和某种干扰下系统是暂态稳定或不稳定的。在某种运行方式下和某种扰动下是稳定的,在另一种运行方式和另一种扰动下可能就是不稳定的。
所谓的运行方式,对系统而言,就是系统的负荷功率的大小,或发电功率的大小;对输电线路而言,就是输送功率的大小。功率越大,暂态稳定性问题越严重。
所谓大干扰一般指短路故障、切除大容量发电机、切除输变电设备、切除或投入大负荷。一般短路最为严重,多数情况研究短路故障干扰。短路故障扰动量的大小与短路地点、短路类型、短路切除时间有关。短路可能发生在输电线路上,也可能发生在母线或变压器上。一般发生在母线上较为严重。短路发生在输电线路上,一般靠近电源侧的较为严重。短路分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。一般三相短路较为严重,次之两相接地短路,单相接地短路最轻。这里所说的短路是单重故障,如果有多种故障,一般多重故障较为严重。发生短路后,借助断路器断开,将故障的线路、或母线或变压器隔离,保证非故障部分继续运行。短路切除时间越短,对暂态稳定越有利。短路切除时间包括继电保护装置和断路器动作的时间。装有自动重合闸的输电线路,被隔离的输电线路会重新投入运行,如果是瞬时性故障,重合就成功,电网恢复原有状态;如果是永久性故障,重合不成功,故障线路再次被隔离。重合成功对暂态稳定有利,重合不成功对暂态稳定更不利。
一般用短路故障来检验系统是否暂态稳定。我国颁布的《电力系统安全稳定导则》规定:①发生单相接地故障时,要保证电力系统安全稳定运行,不允许失负荷;②发生三相短路故障时,要保证电力系统稳定运行,允许损失少量负荷;③发生严重故障时,系统可能失稳,允许损失负荷,但不允许系统瓦解和大面积停电,应尽快恢复正常运行。
大扰动后的暂态过程大致分为三阶段:(1)起始阶段:故障后1秒钟内,调节装置还来不及起作用。(2)中间阶段:大约5秒钟,调节装置起作用。(3)后期阶段:几十秒~几分钟,热力设备动作过程也起作用。本课程主要介绍前两个阶段。
暂态稳定分析的基本假设:(1)不计定子绕阻电磁暂态过程中的非周期分量电流。因为①衰减快;②非同期分量电流产生的磁场在空间不动,在转子绕组产生同步频率电流,其产生的
平均功率接近于零。(2)不计零、负序电流产生的功率。因为负序电流产生的转矩很小,而零序电流不产生转矩。(3)不计网络电磁暂态过程,即网络方程用代数方程描述。(4)根据计算的不同要求,负荷、发电机可以采用不同模型。
第二节简单电力系统的暂态稳定
以一典型实例引出简单电力系统暂态稳定的概念。

图7-1 典型实例的简单电力系统接线图
发电机采用、模型。
一、物理过程分析
1. 正常运行方式
图7-2 正常运行方式的等值电路
(7-1)
(7-2)
(7-3)

(a)
(b)
图7-3 故障时的等值电路及其化简电路
(a)等值电路;(b)化简电路
采用正序增广网络定则:求正序功率时,在故障点接入一个附加电抗。由故障类型决定
①三相短路:
②两相短路:
③单相接地短路:
④两相短路接地:
Y→∆变换
图7-4 星形—三角形变换
(7-4)
(7-5)
(7-6)

图7-5 故障切除后的等值电路
(7-7)
(7-8)
(7-9)
图7-6 简单电力系统正常运行、故障和故障切除后的功角特性曲线
正常运行在点,故障时由点、不变→>()加速。↑、↑点时故障切除,运行点由点<→减速。↓但仍大于,所以继续增大点时=,由于<,加速度为负、↓、↓点加速度为0,但<进一步减少点、由于>、加速度为正,↑、↑最终返回点稳定运行。
面积称为加速面积;面积称为减速面积。
切除时间越早,加速面积越小,越容易稳定;切除时间越长,加速面积越大,对稳定越不利;若运行点到点仍不能使=,那么系统将失去稳定。为此,必有一个极限切除角,使加速面积等于减速面积,这称为等面积定则。
二、等面积定则
(7-10)
加速面积减速面积
整理得
(7-11)
式中,、应用弧度表示,且有
; (7-12)
由此可求得极根切除角。
【例7-1】
图7-7 例7-1图
求点发生两相短路接地时极限切除角。
解:取,。则
发电机:
s
变压器:
变压器:
线路: ;
;
(1)正常运行
令
;
(2)故障时
负