電力系統(tǒng)暫態(tài)分析—電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程

1、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)機(jī)電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義：正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，能否回定義：正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，能否回到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的能力。狀態(tài)的能力。sasb電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性功角功角：發(fā)電機(jī)電勢(shì)與無(wú)限大母線(xiàn)電壓之間的相角：發(fā)電機(jī)電勢(shì)與無(wú)限大母線(xiàn)電壓之間的相角差稱(chēng)為功角。差稱(chēng)為功角。電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程eTMMJae

2、TMMdtdJ2020221KKWJJWeTKMMdtdW2020BBSMeTBKMMdtdSW02BKJSWT2電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程eTJMMdtdT0eTJMMdtdTpp00 , PSPSMSMMMMBBBB0eTJMMdtdTeTJPPdtdTeTJPPdtdT電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程eTPP 轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)子加速eTPP 轉(zhuǎn)子減速轉(zhuǎn)子減速eTPP 轉(zhuǎn)子平衡轉(zhuǎn)子平衡0轉(zhuǎn)速恒定轉(zhuǎn)速恒定電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程eTJPPdtdT220tje tje00UE0dtde

3、TJPPdtdT01dtd電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 例例1 1汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)TJ=10sTJ=10s，假設(shè)，假設(shè)運(yùn)行在額定功率狀態(tài)，在運(yùn)行在額定功率狀態(tài)，在t=0t=0時(shí)其出口斷路器突時(shí)其出口斷路器突然斷開(kāi)，在不計(jì)調(diào)速器的作用下，試計(jì)算然斷開(kāi)，在不計(jì)調(diào)速器的作用下，試計(jì)算 1 1經(jīng)過(guò)多少時(shí)間其功角經(jīng)過(guò)多少時(shí)間其功角=0+ =0+ 2 2該時(shí)刻的轉(zhuǎn)該時(shí)刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。子轉(zhuǎn)速。eTJPPdtdT220解：解：2022/4 .31sradTdtdJ222021tdtd24 .3121tst447. 051電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 例

4、例1 1汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)TJ=10sTJ=10s，假設(shè)，假設(shè)運(yùn)行在額定功率狀態(tài)，在運(yùn)行在額定功率狀態(tài)，在t=0t=0時(shí)其出口斷路器突時(shí)其出口斷路器突然斷開(kāi)，在不計(jì)調(diào)速器的作用下，試計(jì)算然斷開(kāi)，在不計(jì)調(diào)速器的作用下，試計(jì)算 1 1經(jīng)過(guò)多少時(shí)間其功角經(jīng)過(guò)多少時(shí)間其功角=0+ =0+ 2 2該時(shí)刻的轉(zhuǎn)該時(shí)刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。子轉(zhuǎn)速。解：解：sradtdtdtdtd/ 3 .328447. 04 .313142200min/ 313530003143 .328rn電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率qddqeiiM將上述電

5、磁轉(zhuǎn)矩代入轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，和同步發(fā)電將上述電磁轉(zhuǎn)矩代入轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，和同步發(fā)電機(jī)根本方程聯(lián)立求解是分析機(jī)電暫態(tài)的精確方法機(jī)根本方程聯(lián)立求解是分析機(jī)電暫態(tài)的精確方法 發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)過(guò)程簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)過(guò)程簡(jiǎn)化只計(jì)及發(fā)電機(jī)定子電流正序基頻分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只計(jì)及發(fā)電機(jī)定子電流正序基頻分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行不同程度簡(jiǎn)化：對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行不同程度簡(jiǎn)化：1 1空載電動(dòng)勢(shì)恒定；空載電動(dòng)勢(shì)恒定；2 2暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)恒定；暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)恒定；3 3機(jī)端電壓恒定。機(jī)端電壓恒定。電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性ddqqxIUE1 1空載電動(dòng)勢(shì)恒定空載電動(dòng)勢(shì)

6、恒定dqdxIU0qqddqdqdeIUIUjIIjUUIUP)(Re(ResindqddqexUExUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性1 1空載電動(dòng)勢(shì)恒定空載電動(dòng)勢(shì)恒定sindqddqexUExUEPdqMxUEP功率極限：功率極限：電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性ddqqxIUE2 2暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)恒定暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)恒定dqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2dddddqexxxxUxUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性由于暫態(tài)電抗和同步由于暫態(tài)電抗和同步電抗不相等，

7、出現(xiàn)了電抗不相等，出現(xiàn)了按兩倍功角變化的功按兩倍功角變化的功率分量，稱(chēng)為暫態(tài)磁率分量，稱(chēng)為暫態(tài)磁阻功率。它使功率極阻功率。它使功率極限略有增加，并且極限略有增加，并且極限值出現(xiàn)在功角大于限值出現(xiàn)在功角大于9090處。處。2sin2sin2dddddqexxxxUxUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性近似工程計(jì)算中采取近似工程計(jì)算中采取進(jìn)一步簡(jiǎn)化進(jìn)一步簡(jiǎn)化sindexUEPsin)1 (sin)(sin11ddddqxxEUExxI電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 隱極機(jī)功角特性隱極機(jī)功角特性3 3發(fā)電機(jī)端電壓恒定發(fā)電機(jī)端電壓恒定GeGexUUPs

8、insin)1 (sin1deGGxxUULTexxx電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 凸極機(jī)功角特性凸極機(jī)功角特性1 1空載電勢(shì)恒定空載電勢(shì)恒定ddqqxIUEqqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2qdqddqexxxxUxUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 凸極機(jī)功角特性凸極機(jī)功角特性2sin2sin2qdqddqexxxxUxUEP由于凸極機(jī)直軸和交軸由于凸極機(jī)直軸和交軸的磁阻不相等，即直軸的磁阻不相等，即直軸和交軸電抗不相等，出和交軸電抗不相等，出現(xiàn)了按兩倍功角變化的現(xiàn)了按兩倍功角變化的功率分量，稱(chēng)為磁阻功功率分量，稱(chēng)為磁阻功率。它使功率極限略有率。它

9、使功率極限略有增加，并且極限值出現(xiàn)增加，并且極限值出現(xiàn)在功角小于在功角小于9090處。處。電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 凸極機(jī)功角特性凸極機(jī)功角特性2 2暫態(tài)電勢(shì)恒定暫態(tài)電勢(shì)恒定ddqqxIUEqqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2dqdqdqexxxxUxUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 凸極機(jī)功角特性凸極機(jī)功角特性由于直軸暫態(tài)電抗和交由于直軸暫態(tài)電抗和交軸同步電抗不相等，出軸同步電抗不相等，出現(xiàn)了按兩倍功角變化的現(xiàn)了按兩倍功角變化的功率分量，稱(chēng)為暫態(tài)磁功率分量，稱(chēng)為暫態(tài)磁阻功率。它使功率極限阻功率。它使功率極限略有增加，并且極限值略有增加，并且極限值

10、出現(xiàn)在功角小于出現(xiàn)在功角小于9090處。處。2sin2sin2dqdqdqexxxxUxUEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率UYI將發(fā)電機(jī)用等效電抗和該電抗后的電勢(shì)代表，如將發(fā)電機(jī)用等效電抗和該電抗后的電勢(shì)代表，如果除了發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)外，已經(jīng)消去了系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)果除了發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)外，已經(jīng)消去了系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)中的其他中間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)方程中的其他中間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)方程可得任一臺(tái)發(fā)電機(jī)注入系統(tǒng)的電流為可得任一臺(tái)發(fā)電機(jī)注入系統(tǒng)的電流為將上述方程代入功率方程，可得將上述方程代入功率方程，可得ijnjjiYEI1電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫

11、態(tài)過(guò)程 多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率)sincos()sincos(ReRe1211ijijnijjijijjiiiiijijnjijijjiijnjjiiieBGEEGEBGEEYEEIEP電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的暫態(tài)過(guò)程，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的暫態(tài)過(guò)程，即使是暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)也只是在突然擾動(dòng)瞬間不突變，即使是暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)也只是在突然擾動(dòng)瞬間不突變，不可能一直保持恒定，以下討論無(wú)阻尼繞組發(fā)電不可能一直保持恒定，以下討論無(wú)阻尼繞組發(fā)電機(jī)的電勢(shì)變化過(guò)程。機(jī)的電勢(shì)變化過(guò)程。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路方程為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路方程為ffffiru上式兩側(cè)同時(shí)乘以上式兩側(cè)同時(shí)乘以fadrx/ffadfffadffadxxrxixurx電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程 電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程