电力系统暂态稳定性

知识点：电力系统的暂态稳定性

1、暂态稳定定义

指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程后达到新的稳定运行状态或者恢复到原来的状态。若能，则系统在这个运行情况下是暂态稳定的，否则是暂态不稳定的。

常见的大干扰有：短路故障，突然断开线路或发电机等。

 

例题5：电力系统暂态稳定性是指：电力系统在某（）运行方式下，突然遭受特定大干扰后，能否恢复正常运行，并保持同步发电机（）运行的能力。

A、正常，同步

B、非正常，同步

C、正常，非同步

D、非正常，非同步

【答案】A

【解析】电力系统暂态稳定性是面对大干扰后能否保持同步的能力分析。

 

2、引起电力系统大扰动的主要原因

（1）负荷的突然变化。

（2）切除或投入系统的主要元件。

（3）电力系统的短路故障：短路故障对系统的扰动最为严重，以三相短路最危险，引起的扰动最大；两相接地短路和两相短路对系统的扰动也比较大，其中两相接地短路的危害仅次于三相短路。

 

3、影响暂态稳定的因素：

（1）原运行方式

（2）干扰方式：故障点、故障切除时间、故障类型

因此分析一个系统的稳定性时必须首先确定系统的初始运行方式，其次确定受到的干扰方式。

 

4、暂态发展过程（按3种时间段分类）

1）起始阶段：故障后约1s内的时间段，在这期间系统的保护和自动装置有一系列的动作，如：故障切除和自动重合闸等。但发电机的调节系统尚未启动。

2）中间阶段：在起始阶段后，大约持续5s左右的时间段，发电机调节系统将起作用。如：调速系统

3）后期阶段：在故障后几分钟内，热力设备（如锅炉）中的过程将影响到电力系统的暂态

过程。

此外，系统中由于频率和电压的下降，发生自动切除负荷切机等操作。

 

5、暂态稳定分析的基本假定：

（1）忽略发电机定子电流中非周期分量

定子非周期分量电流衰减时间常数很小。其次，定子非周期分量电流产生的磁场在空间上是不动的，它与转子绕组直流所产生的转矩以同步频率作周期变化，其平均值接近于零。由于转子机械惯性较大，因而对转子整体相对运动影响很小。

 

（2）不计零序和负序电流对转子运动的影响

由于定子三相绕组在空间上对称分布，零序电流所产生的合成气隙磁场为零，对转子运动也没有影响。

负序电流在气隙中产生的合成电枢反应磁场，其旋转方向与转子旋转方向相反。它与转子绕组直流相互作用所产生的转矩，是以近两倍同步频率交变的转矩，其平均值接近于零。

 

（3）忽略暂态过程中发电机的附加损耗

（4）故障后网络中频率为50HZ不变

假设目的：网络中电压电流仍可采用相量形式描述，可以不考虑频率变化对系统参数的影响。

 

6、大扰动后的物理过程分析  

功角方程

 

等值电抗

 

故障发生后的过程为

当最大可能的减速面积小于加速面积时，如果减小氐，则可以使加速面积减小，同时减速面积增大，这就有可能使原来不能保持暂态稳定的系统变成能保持暂态稳定的系统。如果在某一切除角时，加速面积等于最大可能的减速面积时，则系统处于稳定的极限情况，大于这个角度切除故障，系统将失去稳定，这个角度成为极限切除角δcm。

 

②极限切除角度的求取

当加速面积与允许的减速面积相等时

（3）暂态稳定判据

暂态稳定判据1：

δc<δcm,系统能保持暂态稳定，否则不能保持暂态稳定。

暂态稳定判据2：

实际加速面积 <允许的减速面积，系统能保持暂态稳定，否则不能保持暂态稳定。< pan>

暂态稳定判据3

简单系统中，δ不越过δh时，系统稳定。当δ越过δh时，系统不能保持暂态稳定。近似考 虑当δ>180°,系统不能保持暂态稳定。

 

6、提高电力系统暂态稳定性的措施

原则：减小不平衡功率，增大减速面积，减小加速面积

（1）故障的快速切除和自动重合闸装置的应用

①快速切除故障：对于提高系统的暂态稳定性有决定性的作用。

a）提高发电机稳定性

b）使电压迅速回升，提高负荷稳定性。

c）切除时间=继电保护动作时间+断路器动作时间

②自动重合闸：对于提高系统的暂态稳定性有十分明显的作用。

a）电力系统的故障特别是高压输电线路的故障大多数是短路故障，而这些短路故障大多数又是暂时性的。重合闸成功率在90%以上。

b）提高供电可靠性。

C）自动重合闸动作越快对稳定越有利，但是重合闸的时间受到短路处去游离时间的限制。

例题6：采用单相重合闸为什么可以提高暂态稳定性。（）

A、减少加速面积，增加减速面积

B、减少减速面积，增加增速面积

C、减少加速面积，减少减速面积

D、增加减速面积，增加增速面积

【答案】A

【解析】超高压输电线路上采用单相重合闸的成功率很高。可以使系统的功角特性曲线从故障时曲线恢复到正常运行曲线，总体上，减少了加速面积，增加了减速面积

 

（2）提高发电机输出的电磁功率

①对发电机施行强行励磁

发电机都具有强行励磁装置，以保证当系统发生故障而使发电机端电压下降较大时迅速而大幅度地增加励磁，从而提高发电机电动势，增加发电机输岀的电磁功率。强行励磁对提高发电机并列运行和负荷的暂态稳定性都是有利的。

②电气制动

电气制动就是当系统中发生故障后迅速投入电阻以消耗发电机的有功功率（增大电磁功率），从而减小功率差额。

③变压器中性点经小电阻接地

变压器中性点经小电阻接地就是短路故障时的电气制动。因为变压器中性点接了电阻，零序网络中增加了电阻，零序电流流过电阻时引起了附加的功率损耗。

④输电线路采用强行串联电容补偿

采用强行串联电容补偿，部分或全部地抵消由于切除故障线路而增大的线路电抗，提高系统的暂态稳定性

 

（3）减少原动机输出的机械功率

①快速关气门

对于汽轮机可以采用快速的自动调速系统或快速关闭进气门的措施。水轮机由于水锤现象不能快速关闭水门，因此有时采用在故障时从送端发电厂中切除一台发电机的方法。

②联锁切除部分发电机切机

如果系统备用容量足够，在切除故障线路的同时，连锁切除部分发电机，这是一种简单可行和有效的提高稳定的措施。

切除一台发电机能大大增大可能的减速面积，提高系统的暂态稳定性

 

（4）提高静态稳定性的措施对提高暂态稳定性也是有作用的。

 

例题7【多选】：提咼暂态稳定性的措施有 ( )

A、故障的快速切除和自动重合闸装置的应用

B、提高发电机输出的电磁功率

C、缩短电气距离

D、减少原动机输出的机械功率

【解析】提高暂态稳定性的措施关键是增大减速面积，减小加速面积。

【答案】ABCD

 

7、系统失去稳定后的措施

（1）设置解列点

（2 ）短期异步运行及再同步的可能性

（3）做好系统"黑启动”方案

所谓“黑启动”，是在全电网停电的情况下对电网恢复供电。

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