電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題概述和各元件的機(jī)電特性

1、§9電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題概述和各元件的機(jī)電特性1、概述穩(wěn)定性概念：靜態(tài)穩(wěn)定：受到任意小干擾后能否回到原來的（或與原來的很接近）運(yùn)行狀態(tài)的能力。不發(fā)生非周期性失步。分析方法：系統(tǒng)狀態(tài)變量變化小，可將狀態(tài)方程線性化暫態(tài)穩(wěn)定：受大干擾后第一、第二震蕩周期不失步。分析方法：不能線性化。等面積定則動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：在自動(dòng)裝置作用下，保持長過程運(yùn)行穩(wěn)定性的能力。電壓穩(wěn)定：2、各元件的機(jī)電特性2.1、同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 （1）轉(zhuǎn)子機(jī)械角加速度；轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；J轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；原動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩；發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。另外：轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速()時(shí)的動(dòng)能 （2）將（2）代入（1）式，得：上式中轉(zhuǎn)矩用標(biāo)幺值表示（） 則

2、考慮到機(jī)械角速度和電角速度之間的關(guān)系： P極對數(shù)則： （3）由上式發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)物理意義：在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間。一般機(jī)械角速度的變化不大，則有：并且有代入（3）得 （4）將（4）式寫成狀態(tài)方程形式，并且略去下標(biāo)（*），有(，并略去*)注：t，為有名值，其余均為標(biāo)幺值。2.2、同步發(fā)電機(jī)的功角方程1、簡化條件1）只計(jì)及發(fā)電機(jī)定子電流中正序基頻交流分量產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡化 a、不變，則空載電動(dòng)勢為常數(shù)； b、不計(jì)阻尼，并考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的影響，不變； c、勵(lì)磁裝置能夠保持發(fā)電機(jī)端電壓不變。2、發(fā)電機(jī)功角方程 1）以空載

3、電動(dòng)勢和同步電抗表示 a、隱極機(jī) 特點(diǎn)：1. 2.b、凸極機(jī)隱極化：特點(diǎn)：1. 2.2）以暫態(tài)電動(dòng)勢和暫態(tài)電抗表示 a、隱極機(jī)： 隱極化： 后的電動(dòng)勢； 與U之間的夾角 b、凸極機(jī)：2.3、同步電機(jī)經(jīng)中間網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)的功角方程（1）電網(wǎng)為純電抗電路 （2）若電網(wǎng)發(fā)生故障 如果：=0，則=0結(jié)論：故障時(shí)，受的影響。3、靜態(tài)穩(wěn)定的基本概念問題：確定系統(tǒng)的某個(gè)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)能否保持的問題3.1基本概念假定：1）勵(lì)磁不可調(diào)，則恒定； 2）不計(jì)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速作用，則不變討論：在小干擾工作點(diǎn)（a，b）的運(yùn)動(dòng)狀況對于a：結(jié)論：a點(diǎn)工作能穩(wěn)定同理對于b點(diǎn)：結(jié)論：b點(diǎn)不穩(wěn)定（失去同步或轉(zhuǎn)移到運(yùn)行的a）圖見p177 圖7

4、-23.2、實(shí)用判據(jù)（1）穩(wěn)定區(qū)域（2）越大，穩(wěn)定性越高整步功率系數(shù)定義：儲(chǔ)備系數(shù)： 正常情況下： 事故情況下：對凸極機(jī)：，略小于例：求：儲(chǔ)備系數(shù)解：作等值電路求得再由潮流計(jì)算求：儲(chǔ)備系數(shù)為：4、用小干擾法分析單擊無窮大系統(tǒng)的穩(wěn)定性原理：將描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的非線性方程組線性化得出近似的線性微分方程組，再根 據(jù)其特征根的性質(zhì)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 如果所有的特征根均具有負(fù)實(shí)根穩(wěn)定 如果所有的特征根均具有正實(shí)根不穩(wěn)定1）、無阻尼情況轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：線性化代入上式將在處展開，并略去二次及以上高次項(xiàng)，并整理矩陣形式： 特征根：討論：1）<0時(shí)，有一正實(shí)根，不穩(wěn)定 2）>0時(shí)，等幅振蕩 振蕩頻率2）阻尼對

5、靜態(tài)穩(wěn)定的影響 阻尼功率： D阻尼功率系數(shù)，通常D>0 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式： 寫成矩陣形式： 特征根：穩(wěn)定判據(jù)：D>0 分析：1）<0時(shí)有一正實(shí)根，不穩(wěn)定，且非周期性失穩(wěn) 2）>0時(shí) a）當(dāng)D>0時(shí)，兩負(fù)實(shí)部共軛根，穩(wěn)定，衰減振蕩 b）當(dāng)D<0時(shí)，兩正實(shí)部共軛根，不穩(wěn)定，振蕩失穩(wěn)5、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施1）采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置 2）減小線路的電抗(1) 采用分裂導(dǎo)線(2) 提高線路額定電壓等級 (3) 串聯(lián)電容補(bǔ)償 缺點(diǎn)： 3）改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和采用中間補(bǔ)償設(shè)備 考核要求：1、 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的物理過程？2、 小干擾法分析靜態(tài)穩(wěn)定的基本原理。3、 提高靜態(tài)

6、穩(wěn)定性的措施？例題：習(xí)題一、簡答題1.發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)的的物理意義是什么？ 在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上施加輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩 ，輸出電磁轉(zhuǎn)矩 時(shí)，機(jī)組從靜止?fàn)顟B(tài) 升速到額定轉(zhuǎn)速（）所需要的時(shí)間（s）。2.寫出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的基本形式。3.什么是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性？如何分類？所謂電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當(dāng)電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾(微小的或大的擾動(dòng))后，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，按遭受干擾的大小分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。4.列出三種提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施?1）減小元件的電抗 2）提高系統(tǒng)電壓3）采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置5. 提高靜態(tài)穩(wěn)定措施之一是減少線路電抗，請寫出主要有哪三種措施來減少線路電抗。(1)采用分裂導(dǎo)線；(2)采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償；(3)增加輸電線的回路數(shù)。6. 試寫出簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)Kp的計(jì)算公式。Kp=(PM-P0)/ P0。二、計(jì)算題1.已知無限大系統(tǒng)正常