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1、 电力系统暂态分析电力系统暂态分析课程说明：课程说明：参考书：参考书：电力系统分析电力系统分析 韩祯祥韩祯祥 主编主编 考试形式：闭卷考试形式：闭卷 课程性质：课程性质：专业模块课专业模块课 上课时间：夏季学期、周一上课时间：夏季学期、周一(1(1、2)2)周三周三(3(3、4 4）上课要求：不迟到、将手机打到静音上课要求：不迟到、将手机打到静音 任课教师：王建全任课教师：王建全 13857116930 13857116930 研究方向：电网安全稳定控制、电力系统高级应用软件研究方向：电网安全稳定控制、电力系统高级应用软件 课程基础：课程基础：电力系统稳态分析电力系统稳态分析、电机学电机学、电
2、路原理电路原理 电力系统分析电力系统分析 学习指导学习指导 徐政徐政 主编主编 线性代数线性代数、计算方法计算方法 电力系统暂态分析电力系统暂态分析 李光琦李光琦 主编主编 电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统示意图 电力系统暂态分析电力系统暂态分析 电力系统是人类有历以来所建造的最大物理系统，是典型的电力系统是人类有历以来所建造的最大物理系统，是典型的大规模、非线性、时变动态系统。大规模、非线性、时变动态系统。电力系统分析就是通过分析系统中各元件的物理机理，建立电力系统分析就是通过分析系统中各元件的物理机理，建立整个电力系统的数学模型，研究求解电力系统数学模型的计整个电力系统的数学模型，
3、研究求解电力系统数学模型的计算方法，快速准确地对电力系统的运行状态（正常、警戒、算方法，快速准确地对电力系统的运行状态（正常、警戒、紧急、崩溃和恢复）作出评价。紧急、崩溃和恢复）作出评价。电力系统暂态运行可以用一组非线性微分代数方程组描述：电力系统暂态运行可以用一组非线性微分代数方程组描述：电力系统稳态运行可以用一组非线性代数方程组描述：电力系统稳态运行可以用一组非线性代数方程组描述：1.1.中国电力系统的基本情况中国电力系统的基本情况20092009年底全国装机容量年底全国装机容量8.748.74亿千瓦亿千瓦其中水电占其中水电占22.5122.51；火电占火电占74.6074.60六大发电集
4、团：华能、华电、国电、大唐、电力投资、三峡六大发电集团：华能、华电、国电、大唐、电力投资、三峡开发总公司；开发总公司；我国目前有二大电网公司：国家电网公司和南方电网公司我国目前有二大电网公司：国家电网公司和南方电网公司(广广东、广西、云南、贵州、海南）东、广西、云南、贵州、海南）20092009年底全国年底全国220kV220kV以上输电线路长度超以上输电线路长度超39.9739.97万公里；万公里；20092009年底全国年底全国220kV220kV及以上变电容量及以上变电容量16.5116.51亿千伏安；亿千伏安；2.2.电力系统的基本特点及要求电力系统的基本特点及要求第二，电力系统中没有
5、安装控制交流电力传输功率的控制装第二，电力系统中没有安装控制交流电力传输功率的控制装置。每条输电线路的传输功率，按照发电机与负荷之间的阻置。每条输电线路的传输功率，按照发电机与负荷之间的阻抗分配。而不能象水、油、气传输系统一样，通过控制阀门抗分配。而不能象水、油、气传输系统一样，通过控制阀门来调节流量的大小。来调节流量的大小。电力传输的二大特点：电力传输的二大特点：保证电网安全可靠运行的七点要求保证电网安全可靠运行的七点要求：第一，电流以接近光速流动（第一，电流以接近光速流动（29.7629.76万公里万公里/每秒），且大量每秒），且大量存储很不经济。因此，电力生产和消费需同时完成。存储很不经
6、济。因此，电力生产和消费需同时完成。1 1 1 1）保证电力系统的有功平衡）保证电力系统的有功平衡 自自动发电控制（动发电控制（AGC)AGC)、负荷预测（、负荷预测（LF)LF)、自动低频减载（自动低频减载（AUFLS)AUFLS)2.2.电力系统的基本特点及要求电力系统的基本特点及要求2 2 2 2）保证电力系统的无功平衡，维持预定的电压）保证电力系统的无功平衡，维持预定的电压 分布合理、容量充足的无功电源、自动电压调节（分布合理、容量充足的无功电源、自动电压调节（AVR)AVR)、维持电压稳定控制（维持电压稳定控制（VS)VS)3 3 3 3）监视系统潮流，确保输电线路和电力设备满足热稳
7、极限）监视系统潮流，确保输电线路和电力设备满足热稳极限4 4 4 4）保持系统稳定：电压稳定极限、功角稳定极限、）保持系统稳定：电压稳定极限、功角稳定极限、安全稳定控制安全稳定控制5 5 5 5）保持预想事故下的稳定性：）保持预想事故下的稳定性：NN1 1动态安全分析动态安全分析6 6 6 6）保证可靠运行的规划、设计）保证可靠运行的规划、设计7 7 7 7）紧急事件预案：黑启动）紧急事件预案：黑启动 3.3.电力系统安全稳定控制三道防线电力系统安全稳定控制三道防线第一道防线：继电保护（元件保护，将故障元件与系统中隔第一道防线：继电保护（元件保护，将故障元件与系统中隔离）离）第二道防线：安全稳
8、定控制第二道防线：安全稳定控制 安全稳定紧急控制、安全稳定预防控制安全稳定紧急控制、安全稳定预防控制第三道防线：振荡解列、低频、低压减载第三道防线：振荡解列、低频、低压减载电力系统的运行相当于系统中所有发电机组的输入机械功率电力系统的运行相当于系统中所有发电机组的输入机械功率与输出电磁功率在进行一场超级拔河比赛。系统安全稳定运与输出电磁功率在进行一场超级拔河比赛。系统安全稳定运行，就是要使二者保持平衡，使比赛永远进行下去。行，就是要使二者保持平衡，使比赛永远进行下去。3.3.电力系统安全稳定控制三道防线电力系统安全稳定控制三道防线 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美
9、加大停电20032003年年8 8月月1414日下午日下午4 4点，在北美电力系统（美国、加拿大）点，在北美电力系统（美国、加拿大）发生有史以来最大的停电事故；发生有史以来最大的停电事故；50005000万人用电受到影响，损失负荷万人用电受到影响，损失负荷61806180万万kwkw；停电持续时间在美国部分地区超过停电持续时间在美国部分地区超过4 4天，在加拿大部分地区超天，在加拿大部分地区超过一周；过一周；社会、政治损失无法估量；社会、政治损失无法估量；直接经济损失美国在直接经济损失美国在4040100100亿美元，在加拿大使当月亿美元，在加拿大使当月GDPGDP下下降降0.7%0.7%；4
10、.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美加大停电 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美加大停电美国东部时间2003年8月13日晚上9：21分大停电之前美国东北部和加拿大部分地区的卫星照片 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美加大停电美国东部时间2003年8月14日晚上9：03分大停电之后美国东北部和加拿大部分地区的卫星照片 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美加大停电 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电日美加大停电 4.20034.2003年年8 8月月1414日美加大停电
11、日美加大停电 5.5.电力系统电磁暂态和机电暂态分析电力系统电磁暂态和机电暂态分析电力系统是由发电、输电、配电、用电等设备及其辅助控制电力系统是由发电、输电、配电、用电等设备及其辅助控制系统和保护系统组成的大规模复杂系统。系统和保护系统组成的大规模复杂系统。如此庞大、复杂系统的暂态过程，需要极高维数的非线性微如此庞大、复杂系统的暂态过程，需要极高维数的非线性微分方程组来描述。要全面严格地分析整个电力系统的暂态过分方程组来描述。要全面严格地分析整个电力系统的暂态过程是极其复杂，有时甚至是不可能的。程是极其复杂，有时甚至是不可能的。电力系统各种暂态过程的过渡时间差异非常之大，如雷击过电力系统各种暂
12、态过程的过渡时间差异非常之大，如雷击过电压的过渡过程是几十微秒、操作过电压的过渡过程从几百电压的过渡过程是几十微秒、操作过电压的过渡过程从几百微秒到微秒到100100毫秒之间，而发电机转速和转子位置变化的暂态毫秒之间，而发电机转速和转子位置变化的暂态过程则可持续数十秒。过程则可持续数十秒。为了简化分析，可根据不同的研究对象，将电力系统的暂态为了简化分析，可根据不同的研究对象，将电力系统的暂态过程分为电磁暂态过程和机电暂态过程。过程分为电磁暂态过程和机电暂态过程。5.5.电力系统电磁暂态和机电暂态分析电力系统电磁暂态和机电暂态分析电磁暂态过程是指电力系统各个元件电场和磁场以及相应的电磁暂态过程是
13、指电力系统各个元件电场和磁场以及相应的电压和电流的变化过程，持续时间通常从几微秒到几秒钟。电压和电流的变化过程，持续时间通常从几微秒到几秒钟。电磁暂态过程变化非常快，主要分析各元件电流和电压瞬时电磁暂态过程变化非常快，主要分析各元件电流和电压瞬时值变化情况。分析时需要考虑元件的非线性、电磁耦合、计值变化情况。分析时需要考虑元件的非线性、电磁耦合、计及输电线路分布参数引起的波过程，还要考虑线路三相结构及输电线路分布参数引起的波过程，还要考虑线路三相结构的不对称、电晕等因素的影响。而发电机的转速变化则可忽的不对称、电晕等因素的影响。而发电机的转速变化则可忽略不计。略不计。分析电磁暂态过程的目的是为
14、了选择电力系统各元件设备、分析电磁暂态过程的目的是为了选择电力系统各元件设备、确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护装置以及确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护装置以及整定继电保护定值。整定继电保护定值。5.5.电力系统电磁暂态和机电暂态分析电力系统电磁暂态和机电暂态分析机电暂态过程是指电力系统发电机和电动机电磁转矩变化引机电暂态过程是指电力系统发电机和电动机电磁转矩变化引起的电机转子机械运动变化的过程，持续时间通常在几秒到起的电机转子机械运动变化的过程，持续时间通常在几秒到十几秒。十几秒。机电暂态过程分析，主要分析各发电机功角及角频率随时间机电暂态过程分析，主要分析各发电机功角及角频率随时间变化的情况，用以判断系统的暂态功角稳定及频率稳定；分变化的情况，用以判断系统的暂态功角稳定及频率稳定；分析感应电动机负荷滑差及网络节点电压随时间的变化情况，析感应电动机负荷滑差及网络节点电压随时间的变化情况，用以判断系统的电压稳定性。用以判断系统的电压稳定性。电力系统机电暂态稳定性分析的目的是为了规划构造一个安电力系统机电暂态稳定性分析的目的是为了规划构造一个安全可靠的电网结构，构筑安全稳定控制系统及控制策略，以全可靠的电网结构，构筑安全稳定控制系统及控制策略，以保证电网安全稳定运行。保证电网安全稳定运行。