现代电力系统分析 课件 第十章 电力系统暂态稳定分析.pptx

第10章电力系统暂态稳定分析概述 本章主要内容电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查系统在大扰动下 ( 如故障、切机、切负荷、重合闸操作等情况 ) ，各发电机组间能否保持同步运行，如果能保持同步运行，并具有可以接受的电压和频率水平，则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。电力系统暂态稳定分析目前主要有两种方法 ，即时域仿真 (time simulation) 法，又称逐步积分 (step by step) 法，以及直接法 (direct method)，又称暂态能量函数法 (transient energy function method)。本章中介绍了电力系统暂态稳定分析的时域仿真法及直接法。时域仿真法主要对仿真的一般步骤进行介绍，就发电机节点的处理和机网接口、负荷节点的处理、操作及故障处理、数值计算方法等方面做进一步说明。然后在此基础上介绍了复杂元件模型时系统暂态稳定分析的梯形隐式积分方法和具体步骤。直接法暂态稳定分析中首先介绍了直接法的基本原理，然后依次介绍了在单机无穷大系统及多机系统中构造能量函数及确定临界能量的原理和方法。 10.1暂态稳定分析的时域仿真法10.1.1全系统数学模型暂态稳定分析一般根据扰动后1秒或几秒内发电机转子间相对角度的变化情况来判断系统是否稳定。图 10-1 电力系统基本组成部分及相互联系示意图暂态稳定分析由于主要研究发电机转子摇摆特性，主要和网络中的工频分量有关，故发电机可忽略定子暂态而采用实用模型，而网络采用准稳态模型,负荷则采用静态模型或机械暂态或机电暂态的动态模型。10.1.1全系统数学模型 根据第8章所介绍的各元件数学模型及各元件间的相互关系，可列出描述全系统暂态过程的微分方程和代数方程组，其一般形式为： (10-1) (10-2) 代数方程微分方程（1）网络方程式（2）各发电机定子绕组电压平衡方程式（3）对于静态特性模拟的负荷，描述功率与节点电压之间的关系；对于综合负荷中的感应电动机，计算电磁转矩、机械转矩、等值阻抗或者定子电流的方程式（1）描述各发电机暂态和次暂态电势变化的微分方程（2）各发电机的转子运动方程（3）描述各发电机励磁系统暂态过程的微分方程（4）描述各原动机及其调速系统暂态过程的微分方程（5）负荷中感应电动机的暂态过程方程注意点微分方程和代数方程的组成及其中的函数关系在整个暂态过程中可能发生变化由于忽略网络中的电磁暂态过程，各节点电压、电流以及发电机和负荷的功率，在网络故障或操作瞬间将发生突变各个发电机和负荷只通过网络相互影响，它们之间无直接联系10.1.2微分方程组和代数方程组的求解方法应用数值解法计算暂态稳定时，在每一个积分步长内必须同时求解微分方程和代数方程，这就需要在一般单纯求解微分方程组的数值积分方法基础上加以扩展，为此有两种不同方法：交替求解法和联立求解法。其中交替求解法是目前暂态稳定分析主要采用的方法。图 10-2 显式积分法 计算步骤上述计算步骤同样适用于其他显式积分法，包括改进欧拉法、龙格—库塔法和预测—校正法中的预测计算。当采用隐式积分法时，交替求解法的计算过程要复杂得多。以梯形积分法为例，上述时步内的积分公式如下所示10.1.2微分方程组和代数方程组的求解方法 (10-3)图10-3 梯形积分法 计算步骤上述计算步骤同样适用于其他隐式积分法和预测—校正法中的校正计算。10.1.3暂态稳定分析的一般过程电力系统暂态稳定分析的步骤和流程实际电力系统的暂态稳定分析中存在的的主要问题发电机凸极效应和采用高阶模型时的问题负荷采用非线性静态模型或动态模型时的问题微分方程求数值解的数值稳定性问题微分方程和代数方程交替求解时的“交接误差”问题故障及操作的处理问题图10-4 暂态稳定数值解法基本步骤框图10.1.4发电机节点的处理和机网接口计算发电机节点的处理和机网接口计算与发电机采用的模型有关，也和联网计算采用的方法有关。目前的发电机节点处理方法大体上可分为以下4类。(1) 发电机采用经典模型时的处理方法将发电机表示成发电机等值导纳和发电机等值电流源相并联的形式。(3) 考虑凸极效应的牛顿法。当发电机计及凸极效应，负荷计及非线性，系统中元件微分方程化为差分代数方程后，实质上是要求解一组非线性代数方程，可采用牛顿法求解。(2) 考虑凸极效应的直接解法。其实质是将网络复数线性代数方程实/虚部分开，增阶化为 xy 同步坐标下的实数线性代数方程，并将发电机方程由dq坐标xy坐标，再和网络方程联立求解，最终是在实数域内求解线性代数方程。 (4) 考虑凸极效应的迭代解法。该方法特点是力求在复数域中求解线性代数方程来实现网络方程求解，并要求导纳阵元素在无操作时保持定常，而不随发电机转子角 δ 而变化，从而克服了直接解法的缺点。当发电机采用三阶模型时，计及暂态凸极效应，