2012动态电力系统(第3章).ppt

动态电力系统 第三章 时域仿真法暂态稳定分析 主要内容 时域仿真法基本原理 暂态稳定计算基本流程 机网接口的处理 故障与操作的处理 微分方程和代数方程的求解方法 电力系统微分方程的数值解法 电力系统稳定性定义 电力系统在受到扰动后, 凭借系统本身固有的能力和控制设备的作用，回复到原始稳态运行方式，或者达到新的稳态运行方式（的能力）。 —《中国电力百科全书》 1995年 电力系统稳定可以概括地定义为这样一种电力系统的特性，即它能够运行于正常运行条件下的平衡状态，在遭受扰动后能够恢复到可以容许的平衡状态。 —P.Kundur（2002） 电力系统在给定的初始运行条件下受到扰动后回到一种平衡状态，同时大部分系统变量保持有界并使得（实际上）全系统保持完整。 ——CIGRE（2004） 电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。通常根据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统，将稳定性的研究划分为静态稳定、暂态稳定、小扰动动态稳定、电压稳定及中长期动态稳定。 ——《电力系统安全稳定导则》（2001） 同步运行问题: 由于电力系统使用同步发电机发电，因此系统正常运行的必要条件是系统所有同步发电机的转速要一致，要保持“同步”。当某台电机不同步时，即出现了稳定问题：功角稳定问题。 (3)此外，根据对计算结果精度的不同要求，以及由于分析方法本身的限制，还将对元件的数学模型采取各种不同程度的简化，有时甚至对一部分发电机或系统中的某些部分进行动态等值简化处理。 一、时域仿真基本原理 微分方程主要包括： （1）同步发电机暂态和次暂态电势变化规律的微分方程。 （2）同步发电机转子运动的摇摆方程。 （3）同步发电机组中励磁调节系统动态特性的微分方程。 （4）同步发电机组中原动机及其调速系统动态特性的微分方程。 （5）感应电动机和同步电动机负荷动态特性的微分方程。 （6）直流系统整流器和逆变器控制行为的微分方程。 （7）其他动态装置（如SVC、TCSC等FACTS元件）动态 特性的微分方程。 代数方程主要包括： （1）电力网络方程，即描述在公共参考坐标系x-y下节点电压与节点注入电流之间的关系。 （2）同步发电机定子电压方程（建立在各自的d-q坐标系下）及d-q坐标系与x-y坐标系间联系的坐标变换方程。 （3）各直流线路的电压方程。 （4）负荷的电压静态特性方程。 当发生网络故障或操作时，将涉及到代数方程的修改，从而需要修改导纳矩阵，以反映故障或操作。 当发生对称故障或操作（如三相短路、三相断开）时，一般处理三相短路的方法是在短路点与地之间追加一个小阻抗的支路，该小阻抗应该在保证计算不发生溢出的条件下取尽可能小的值；而三相断线则可以处理成某些接地支路或不接地支路的参数发生相应的改变，从而可以很容易地修改导纳矩阵中的元素。 电力系统中发生的短路故障和断线情况绝大部分是不对称的，而暂态稳定计算关心的是网络各节点电压和电流的正序分量，一般不要求详细计算负序网络和零序网络中电压、电流的分布情况。因此在简单故障情况下，对于负序网络和零序网络的影响可以用在正序网络追加适当综合等值阻抗的方法来模拟，从而形成正序增广网络。 （1）交替求解法 当采用显式积分方法（如欧拉法、改进欧拉法、龙格—库塔法和预测—校正法等）求微分方程数值解时，交替求解法求解电力系统的暂态稳定性的过程较简单。 以欧拉法为例，对于时刻t到t+?t的积分步长段来说，在t时刻的 和  是已知量，这样，在求t+?t时刻的数值解时，可以由以下两步的求解过程来完成。 （2）联立求解法 联立求解仅适应于各种隐式积分方程。在t到 的积分步长内，将微分方程按照所采用的数值积分方法化成相应的差分方程，然后与 时刻的代数方程联立求解。 以梯形积分法为例： 高阶Taylar级数法（郭志忠） 采用高阶Taylar级数法进行暂态稳定计算可以在很大程度上减弱由于发电机暂态凸极效应所引起的导纳矩阵时变性对网络解算的不利影响。 发电机各时变量的导数可以在结合因子表技术的基础上准确、快速和递推地求取。 快速高阶Taylar级数法暂态稳定计算 （中国电机工程学报，1991，11（3）：8-16） 利用LU分解技术可以明显地加快Taylor级数法的计算速度。计算表明，14阶Taylor