武大电力系统分析第十五章电力系统运行稳定.ppt

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1、第十五章 电力系统运行稳定 性的基本概念,15-1 概述稳定运行状态：系统中的同步电机（主要是发电机）都处于同步运行状态。即所有并联运行的同步电机都有相同的电角速度。电力系统稳定性问题：电力系统在运行中受到扰动后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题。由于稳定性是根据电机转子之间相对位移角的变化来判别是否同步的，所以又称为功角稳定问题。,15-2 功角的概念,功角在电力系统稳定研究中占有特殊地位，它除了表示Eq和V之间的相位差外，更重要的是它还表明了各发电机转子之间的相对位置角,15-3 静态稳定的初步概念,什么是“电力系统静态稳定性”：系统在运行中受到微小扰动后，独立地恢复原来的运行状态

2、的能力。,简单电力系统静态稳定的判据：,15-4 暂态稳定的初步概念,什么是“电力系统暂态稳定性”：电力系统在正常运行时，受到大的扰动后，能从原来的运行状态不失同步地过渡到新的运行状态，并在新状态下稳定运行。,简单电力系统的暂稳判据：第十七章的“等面积定则”,15-5 负荷稳定的概念,什么是“负荷稳定性”：负荷在正常运行中受到扰动后能保持某一恒定转差s继续运行的能力。,负荷稳定判据：或,15-6 电压稳定性的概念,名词解释电压崩溃现象负荷功率增加到一定极限时，节点电压将发生不可控制的急剧下降,电压稳定和负荷稳定的关系 如负荷是异步电动机，zLD=R/s，则横坐标轴|zs/zLD|可按一定比例换

3、成s，这就是为什么这里的P-|zs/zLD|特性与电动机的Me-s（或Pe-s）特性相同，而且稳定区都在极限功率Pm的左边。由此可看出，电压失稳是负荷失稳的表现形式，原因在于功率失衡。,负荷点电压稳定的判据：,15-7 发电机转子运动方程,一、转子运动方程旋转物体（发电机转子）牛顿运动方程：J:转动惯量kgms2A:角加速度rad/s2:机械角速度rad/s:从某一固定参考轴算起的空间角位移radMa=MT-Me净加速转矩（kgm）,将方程中变量由机械运动量改写成电气量 如发电机的极对数为p，则电气角、电气角速度、加速度与实际空间各对应量的关系=p=p=pA参考轴有两种：静止轴=0（固定位置）

4、同步旋转轴=N（固定转速，常用）设发电机i的电角度、电角速度记为：相对于静止轴 i i 相对于同步轴 i i,于是有：注意：角加速度与 参考轴的选择无关,在多机系统中，发电机i、j之间：ij=i-j 称为相对位置角 ij=i-j 称为相对角速度而相对于同步参考轴：i或j称为“绝对”位置角i或j=i-j 称为“绝对”角速度,二、标幺值表示的转子运动方程,转子运动方程转成电气方程形式 选转矩基准值MB=SB/N，上式两边除以MB得 定义 为惯性时间常数转子运动方程为这就是转子运动方程的电气标幺值形式 量纲：TJ（s）；（弧度）；N（2fN）等号右边各量为标幺值，无量纲,(15-23),设MB=MN

5、（取本台机的额定值为基准值）由（15-15）式推出：,三、惯性时间常数的意义,定义 为发电机额定转矩,对上式两边积分：,实际意义：TJN=原动机以额定且恒定的转矩将转子从静止拖动至额定转速所需的时间,查手册计算公式：,多机系统分析,一个发电厂的n台机组合并成一台等值机时，等值惯性时间常数,将第i台机在SNi 下的值TJNi归算到系统统一SB下的值,这样，多机系统中第i台发电机转子运动方程（略去表示标幺值的*号）：,第十六章 电力系统的电磁功率特性,16-1 简单电力系统的功率特性 已知的初始量:V、PV和QV（或I 和）求电磁功率表达式 Pe()并解转子运动方程,一、隐极发电机的功率特性（因X

6、d=Xq，有）,端口1输入阻抗端口2输入阻抗端口1、2传输阻抗,双端口网络,端口1、2的功率P、Q表达式分别为,单机-无穷大系统是两机系统的特例（E1=Eq，E2=V，Z11=Z22=Z12=Xd，11=22=12=90o-Z=0）,二、凸极机的功率特性,由等值隐极机相量图采用几何法不难推导出功率特性为：,式中 Xd=Xd+XTL，Xq=Xq+XTL,功率极限及其对应功角也是用,16-2 网络接线及参数对功率特性的影响 一、串联电阻的影响,发电机为无励磁调节的隐极机Z11=Z12=Z22=Z=R+j Xd由=90o-Z得11=12=22=90o-arctg(Xd/R)0,由（10-25）、（1

7、0-26）式得出,Eq点输送功率,V点接受功率,串联电阻的影响：,功率极限及对应功角（仍由dP/d=0定）：,Eqm=90o-,电阻损耗：,在=0o180o范围内，I 随增大而增大,二、并联电阻的影响,Z11=jX1+Rk/jX2Z22=jX2+Rk/jX1,仍由（10-25）、（10-26）式得出,Eq点输送功率,V点接受功率,并联电阻的影响（因120）：,功率极限及对应功角（仍由dP/d=0定）：,Eqm=90o+1290o,三、并联电抗的影响,Z11=jX1+Xk/jX2Z22=jX2+Xk/jX1,11=12=22=0,按（10-25）、（10-26）式得,功率极限及对应功角（仍由dP

8、/d=0定）：,Eqm=90o,与未加并联电抗时相比，由于,电磁功率数值降低，而功率极限对应角不变,线路首端短路故障时的功率特性,16-3 自动励磁调节器对功率特性的影响,一、无励磁调节时发电机端电压的变化,如果没有励磁调节，随着系统负荷（功角）增加，机端电压将下降，单机-无穷大系统的机端电压变化如图所示,进一步推断 直接联接两个恒定电势（电压）节点间的任一节点的电压，随着两个电势间相角差增大（0O180O），其数值都要减小,名词解释振荡中心两个幅值不变、相角差在0360o变化的电势，其电气中点称为振荡中心，此处180o时电压最低，0o或360o时电压最高,二、自动励磁调节器对功率特性的影响,

9、当增大后，为了保持机端电压VG不下降，励磁调节器使Eq随增大而增大，这样Eq是的函数，功率特性变为,思考：1）为什么VGm90o？2）如果保持Eq 不变呢？,三、用各种电势表示的功率特性,1）Eq不变（无励磁调节）时,2）暂态电势Eq不变时,3）暂态电抗后电势E不变时,4）机端电压VG不变时,16-4 复杂电力系统的功率特性,n机系统，i和j是其中任意两机，机端节点为电势节点（发电机内阻抗已包括在N里面）,其中,复杂电力系统有以下两个特点：,1)任一发电机输出的电磁功率，都与所有发电机的电势EG及电势间的相对角ij有关，任何一台发电机运行状态的变化，都要影响到所有其它发电机的运行状态；,2)任一发电机的电磁功率（功角特性）都是多变量函数，变量为ij（j=1,2,n;ji），因而不能在平面上画出特性曲线，也没有明确的功率极限概念。,