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第七章

电力系统暂态稳定分析

20082008年年66月月99日日
第七章电力系统暂态稳定分析

§7-1概述
§7-2简单电力系统的暂态稳定性
§7-3自动调节系统对暂态稳定的影响
§7-4复杂电力系统的暂态稳定性
§7-5提高暂态稳定性的措施
§7-1概述
一.定义
二.分析方法
三.分析假定
四.稳定一般条件
§7-1概述
一.定义
电力系统突然受到大的干扰后，能否恢复
到原来的运行状态或达到新的稳态运行状态
的能力。
大干扰是相对于静态稳定分析中所的小干
扰言，一般指短路故障，变压器、线路突然
断开或切除发电机等。正常操作范围的元件
投切，应为系统能够承受，所以一般讨论故
障情况。
大扰动情况下，系统能否稳定取决于:
1）.系统的初始运行方式；
2）.扰动类型（三相短路为最严重的故障）

就可靠性而言,希望系统能够承受最严重
的扰动。但这种扰动（如三相短路）很少出
现,但为此系统将增加很大投资，故一般不宜
提出这样的要求。
从扰动开始到重新稳定的过程可分为三个阶段：
1）.起始阶段（小于1秒）：故障发生，调节系统
还来不及动作；
2）.中间阶段（1s<t<5s）：调节系统开始动作
（励磁，调速）；
3）.后期阶段（t>5s）：锅炉等自动装置也要动
作，将影响暂态过程。
1)和2)两个阶段为本课程研究内容。
二.分析方法
因为扰动剧烈，方程不能线性化，所以采
用以下方法：
1).数值求解方法（分段数值积分法）；
2).直接分析法：（包括李亚普诺夫第二
法，能量函数法等)。
三.分析假定
1).忽略短路时短路电流中的非周期分量；
2).在不对称故障中忽略电流的负序和零序
分量；
3).转子接近同步速，电网中电压电流只有
基频分量，因此可以用代数方程描述网络；

4).不考虑阻尼功率PD。
四.稳定一般条件

工程常用条件：

同步发电机间的功角差δij<180°
§7-2简单电力系统的暂态稳定性

一.物理过程

二.等面积法则
三.转子运动方程的求解
四.直接分析法
§7-2简单电力系统的暂态稳定性

分析对象为单机无穷大系统(隐极机)；
故障条件：双回线路中一回线发生不对称故
障时，在t秒后切除(跳一回线路)[这里考虑
单相接地故障]

分析时取经典模型，即E'=C,PT=C
E'=C
UC=
G

Tf(1)
1T2

图7-1简单电力系统故障示意图
一.物理过程
1.电磁功率变化
x
正常时L
•
x'dxT1xT2
E'U
xL
1).正常时

xl
x=x'+x++x（7-1）
IdT12T2
E'U（7-2）
PI=sinδ
xI
2).故障时

故障瞬间E'q不变，近似认为E'也不变。
可采用正序等效定则分析不对称短路。
x
故障时L
•
x'dxT1xT2
E'U
xL

x∆

(c)
发电机与无穷大系统间的联系电抗：

⎛xl⎞
()x'd+xT1⎜+xT2⎟
⎛xl⎞⎝2⎠
x∏=()x'd+xT1+⎜+xT2⎟+
⎝2⎠x∆

显然x∏>xI
从而
E'U
P∏=sinδ<PI（7-4）
x∏
若为三相短路，则有

x∆=0.→x∏→∞

即三相短路切断了发电机与系统之间的联系。
3).故障切除后
继电保护动作切开一回线路:

故障切除后
xx
x'dT1xLT2
E'U
有：

xⅢ
=x'd+xT1+xl+xT2（7-5）
显然

xⅠ<xⅢ<xⅡ，PⅡ<PⅢ<PⅠ,

E'U
PⅢ=sinδ（7-6）
x∏1
2.转子运动过程分析
P

P1
f
eP1
Pakh
Tdg
c
P
b
δ
δδ
δ0δkδcmh
图7-2简单系统故障过程功角分析
1).正常时
发电机送出的功率，不计调速系统的作
PT=P0
用，运行点为运行在曲线上。
PT=Ca,PI
2).故障时
运行点不能突变运行点从到输
PI⇒P∏,δ;ab,
出的功率显著减小；故障越严
∆P=PT−PE>0,

重,PⅡ越低，∆P↑,转子加速。
从而→δ↑→运行点沿着b向c移动
若故障不切除，∆P>0→ω↑→δ↑→发电机失步
3).故障切除后

假设c点故障切除,功角特性将由P∏→PⅢ
运行点由c到e（因为功角δ不能突变）
则有:

PPTE<→∆P<0(→ωω↓由于>ω0)→δ↑→e→f
在f点ω=ω0→ω↓→δ↓若系统稳定，则
最终运行在k点。

若故障切除较迟，在f点甚至h点都有ω>ω0，则
越过点对应的
δhδh,
当时，发电机继续加速
δ>δh,
，发电机失步。
PT>PE→ω↑→δ↑
可见，快速切除故障是暂态稳定的有效保证。
综上分析，可见：
x
1)加速过程与PⅡ有关，而PⅡ与∏有关（即

与故障类型有关），当三相短路时，PⅡ＝
0，加速最厉害；

2)若起始P