2019-10-16 15:55:10

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失稳就是稳定性失效,也就是受力构件丧失保持稳定平衡的能力,比如指结构或构件长细比(如构件长度和截面边长之比)过大而在不大的作用力下突然发生作用力平面外的极大变形而不能保持平衡的现象。

基本信息

  • 中文名

    失稳

  • 外文名

    unstability

  • 意思

    失稳就是稳定性失效

  • 常用

    医学,物理

折叠 编辑本段 定义

轴向受压的细长直杆当压力过大时,可能会突然变弯,失去原来直线形式的平衡状态,而丧失继续承载的能力,称这种现象为丧失稳定,即失稳。

失稳理论是成形极限曲线(FLC)的理论基础。

折叠 编辑本段 例子

1、在医学上,还存在一种失稳叫做颈椎关节失稳。颈椎失稳症又称颈椎不稳症,是指颈椎在生理载荷下,其解剖位置超出生理限度的位移范围而出现相应临床症状的一类综合征。

影响颈椎稳定性的病因有些多,如先天畸形、创伤、退变、炎症、肿瘤及手术等,其中,由于退变所致的下颈椎失稳在临床中最为多见。颈椎椎节的失稳,既是颈椎病病理生理改变的一个情况,又是造成颈椎病临床症状的诸多病理因素之一。

2、腰椎间盘突出症(简称腰突症),其病理基础是腰椎失稳,而根据力学分析,腰椎失稳又常常归因于腰背肌无力。

折叠 编辑本段 互联电网失稳模式演化现象及其影响因素分析

随着电网规模的扩大,一些非常见的动态行为引起了关注。基于扩展等面积准则(EEAC)识别主导模式及多摆失稳的理论,分析了局部地区短路故障导致跨大区互联电网首摆和第2摆两种失稳模式之间变化的现象,阐明了随着系统参数、控制策略变化的系统失稳模式演化机理。分析了领前群内非同调特性对切机控制效果的影响,指出短路点近区机组加速导致大区电网内负荷功率和直流外送功率减小,恶化了大区机组的稳定性。通过实际算例仿真验证了分析结论。

折叠 失稳模式演化的算例

1、两种运行方式:

方式一:四川送重庆电网、重庆送华中主网功率分别为4000MW和 2600MW,华中主网送华北电网5500MW。方式二:四川送重庆电网、重庆送华中主网功率分别为4000MW和 2600MW,华北电网送华中主网功率为5800MW。

2、首摆失稳与反摆失稳:

方式一:故障后川渝机组初始加速度明显,但在失稳之前有明显的回摆特征。而较远处的华中主网的机组在较长时间保持在整个系统的惯量中心附近,然后与川渝机组一起首摆失稳,功角稳定裕度为-34.06%。

方式二:故障后以川渝机组为领前群的首摆正向运动并保持稳定,在反摆过程中华中主网机组与川渝机组一 起失稳,反摆功角稳定裕度为-15.50%。

折叠 方式一首摆失稳机理

方式一下,500kV某主变N-1故障后系统的电压响应曲线中电压为标幺值。

短路点位于川渝机组的惯量中心附近,川渝机组首先加速,以川渝机组为领前群的模式经过首摆摆动的最远 点(FEP)开始回摆 ( P为标幺值),但在川渝机组的加速过程中华中主网内川渝送华中主网和华中主网送华北电网输电通道近区暂态电压跌落严重,华中主网负荷和直流外送功率大幅减小,华中主网机组暂态电磁功率下降,获得加速能量开始加速,在川渝机组为领前群的模式进入回摆过程后,以川渝、华中主网机组为领前群的功角稳定模式首摆却越过其DSP点而失稳。

故障后以川渝、华中主网机组为领前群的EEAC等值 P-δ曲线中Ainc.1为abc所围面积,Adec.1为cde所围面积,Ainc.1>Adec.1,故华中机组首摆失稳。随着华中主网送华北功率增加,等值Pm(Pe)增加(减少),川渝、华中主网机组的首摆失稳程度将更为严重。

折叠 切除时间不同导致失稳模式变化

以故障切除时间为研究参数,切除时间区间取为[0.09,0.2]s,系统的2种方式下失稳模式变化随切除时间的变化,可见随着切除时间的增加系统的失稳模式发生了改变。

失稳模式用(主导群,失稳摆次)表示。按研究参数(切除时间)增加的次序,方式一下先后出现的失稳模式为(S1,1),(S2,1),(S3,1),方式二下先后出现的失稳模式为 (S1,2),(S2,1),其中S1为川渝、华中主网机组,S2为川渝机组,S3为四川机组。

折叠 负荷模型不同导致失稳模式变化

一般来说,增加领前机群内恒功率负荷比例,有利于抑制故障后领前群机组的加速,对机组功角稳定性有利。但是在领前群系统母线电压跌落严重时,增加恒功率负荷会导致更为严重的电压跌落,加重系统功角失稳程度甚至导致失稳模式发生变化,而增加恒阻抗负荷比例则有利于系统电压较快恢复,反而对系统功角稳定有利。例如:在方式一和方式二下,增加川渝电网负荷模型中的恒阻抗负荷比例,由恒阻抗+感应电动机综合负荷(60%恒阻抗+40%感应电动机)调整为100%恒阻抗负荷时,故障后系统功角稳定,增加川渝电网负荷模型中的恒功率负荷比例,由恒阻抗+感应电动机综合负荷(60%恒阻抗+40%感应电动机)调整为100%恒功率负荷时,故障后两种方式下失稳模式均发生了变化,失稳模式均为川渝机组首摆失稳,可见,领前群内负荷模型的变化也可能导致失稳模式改变。

折叠 直流不同控制模式导致失稳模式变化

通常认为,位于领前群内的外送直流采用定功率控制模式较定电流控制模式更有利于抑制领前机群的加速,对功角稳定有利。但故障后导致直流换流站电压跌落严重的情况下,直流定功率控制模式需更多的无功功率支撑,交流系统电压跌落更加严重,同时由于VDCOL(voltage dependent currentorder limit)的作用,直流外送功率反而减小,加重系统功角的失稳程度甚至导致失稳模式发生变化。例如:方式二下,将复奉直流由定电流控制改为定功率控制模式,故障后系统的失稳模式变为川渝机组首摆失稳。

折叠 编辑本段 暂态功角失稳与暂态电压失稳的主导性识别

暂态功角失稳和暂态电压失稳是故障后系统失稳的两种表现形式,暂态功角失稳和暂态电压失稳现象有可能同时发生,正确区分这2 种失稳模式是进行紧急控制的前提。分析大规模复杂电力系统输电断面的有功功率特性,基于功率全微分方程,提取了能反映系统失稳模式的主导系统变量。在此基础上,研究不同失稳模式与主导系统变量之间的关系,进而提出一种主导失稳模式识别方法。该方法能充分考虑系统的动态特性,仅利用实测数据进行计算。该方法物理意义明确,使用简单,计算速度快。仿真结果表明,运用此方法可有效识别系统的主导失稳模式。

折叠 输电断面的输送功率

对大规模复杂电力系统而言,根据系统间任意一个输电断面上的潮流方向,都可将系统抽象为一个简单的送受端系统模型。

其中区域A为送端系统,其外特性具有发电机性质,区域B为受端系统,其外特性具有负荷性质。根据送受端系统的外部特性,可将其等值为单机单负荷系统。

输电断面上功率的变化是两端母线电压幅值变化量和电压相角差变化量的函数。

折叠 主导系统变量的选取

功角稳定问题和电压稳定问题需根据失稳时的主导系统变量加以区分,因此选择合理的主导系统变量是关键。电力系统从本质上讲是一个能源传输系统,由电源–电网–负荷构成一个有机整体。通常情况下主要研究电源侧的功角问题和负荷侧的电压问题,这源于人们对稳定问题长期研究的结果。由转子运动方程可知,功角问题的本质是不平衡功率引起的,与线路的有功功率相关。电压稳定问题,与系统向负荷供电的能力相关,供电能力本质上也是线路的有功功率。

折叠 电压失稳基本概念

在研究功角失稳和电压失稳问题时,分别采用Pe--δ曲线和Pl--V曲线来描述。当系统的运行点越过Pe--δ曲线上的不稳定平衡点δu时,系统进入功角失稳状态;当系统运行点越过Pl--V曲线上的Pmax点时,系统进入电压失稳状态。

折叠 电压失稳为主导失稳模式

功角失稳和电压失稳同时发生时,系统运行点同时位于功角失稳区间和电压失稳区间。发电机输出的电磁功率Pe 随着功角差δ的增大而减小,负荷得到的功率Pl 随着电压U的降低而降低,即

dδ〉0&dPe〈0

dU〉0&dPl〈 0

对于送受端系统而言,功率Pe为送端系统A送出的电磁功率,功率Pl为受端系统B实际所得到的电磁功率。当忽略损耗时,电磁功率Pe与受端系统B得到的功率Pl相等。当电压失稳为主导失稳模式时,由电压稳定性定义可知,系统的对负荷的供电能力无法满足负荷需求,即负荷实际得到的电磁功率小于负荷需求,则有:

Pe=Pl〈PL;式中PL为实际的负荷有功需求。

折叠 功角失稳为主导失稳模式

功角失稳和电压失稳同时发生时,由Pe--δ曲线和Pl--V曲线可知,失稳过程中式dδ〉0&dPe〈0、式dU〉 0&dPl〈0恒成立。当功角失稳为主导失稳模式时,由功角稳定性定义可知,发电机转子上存在不平衡转矩。具体而言,对送受端系统失稳时,送端系统A的等值发电机输入的机械功率Pm大于系统A送出的电磁功率 Pe。当忽略损耗时,电磁功率Pe与受端系统B得到的功率Pl相等,即

Pl=Pe〈Pm

折叠 单一失稳模式

系统的失稳模式为单一失稳模式时,即系统只发生纯电压失稳问题或纯功角失稳问题。典型的电压失稳问题可用无穷大母线接入单负荷来表示。

纯电压失稳问题本质上与电压失稳为主导失稳模式的情况具有相同的性质。同理,纯功角失稳问题本质上与功角失稳为主导失稳模式的情况具有相同的性质。因此,纯电压失稳问题和纯功角失稳问题可看成是主导失稳模式的2种极端情况。

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