電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性課件

1、電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性第九章 機(jī)組的機(jī)電特性第三篇 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性同步發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式9.1發(fā)電機(jī)的功-角特性方程式9.2異步電動(dòng)機(jī)組的機(jī)電特性9.3自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)功角特性的影響9.4電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性n電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當(dāng)電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否繼續(xù)運(yùn)行的能力。如果能夠繼續(xù)運(yùn)行，則認(rèn)為系統(tǒng)在該運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。n按遭受干擾的大小分為靜態(tài)穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性：靜態(tài)穩(wěn)定性：指系統(tǒng)受到小干擾后，能否恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定性：暫態(tài)穩(wěn)定性：指系統(tǒng)受

2、到大干擾（短路、斷線等），能否恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)或過渡到新的平衡狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性9.1 9.1 同步發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式同步發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式 一一. . 機(jī)械轉(zhuǎn)矩方程式機(jī)械轉(zhuǎn)矩方程式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的方程為22emdtdJdtdJJMMMmM-原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；N meM-發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； N m-機(jī)組轉(zhuǎn)子的機(jī)械角加速度；rad/s2-機(jī)組轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度；rad/s-機(jī)組轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位移；radM-不平衡轉(zhuǎn)矩或凈加速轉(zhuǎn)矩；N m電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性9.1 9.1 二二. . 同步發(fā)電機(jī)組的基本方程式同步發(fā)電機(jī)組的基本方程式在電力系統(tǒng)分析中，采用電氣角度、

3、電角速度來表示轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程pp-電角度；-電角速度；p-同步發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；)t-(-)t-(-ijjijiNiNiiiitttttN-同步電角速度；-角位移；電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性轉(zhuǎn)子的相對(duì)角速度：NNdtddtd轉(zhuǎn)子的相對(duì)或絕對(duì)角加速度：dtddtddtddtd2222代入機(jī)械轉(zhuǎn)矩方程：2222222222)/(dtdJdtdpJdtdJdtpdJdtdJMNN電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性將上式標(biāo)幺化，取轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值NBBSM/則BNNNBSdtdJMM22即222*1dtdSJMNBN22*dtdTMNJ或其中BNJSJT/2JT為歸算到功率基準(zhǔn)值 的發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)(s)BS電

4、力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性若機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不大，N1*N由于*PM則*PM即不平衡轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值近似等于不平衡功率的標(biāo)幺值22*dtdTPNJ上式即為同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的基本方程式。電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性當(dāng)?shù)膯挝籸ad時(shí)，Nf222N*f2dtdTPJ當(dāng)?shù)膯挝粫r(shí)，Nf360N22N*f360dtdTPJdtdTdtdTdtdTMPJNJNJ*22*電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性9.1 9.1 三三. . 將方程式化為全標(biāo)幺值形式將方程式化為全標(biāo)幺值形式某些場(chǎng)合使用時(shí)，需要將JTt均化為rad形式，即全標(biāo)幺值形式，同學(xué)請(qǐng)參照書本自行學(xué)習(xí)。注意基準(zhǔn)值的取值。電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性9.1

5、9.1 四四. . 慣性時(shí)間常數(shù)及其物理意義慣性時(shí)間常數(shù)及其物理意義同步發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)BNJSJT/2對(duì)于單機(jī)組取NBSS單機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)以本機(jī)組 額定容量為基準(zhǔn)時(shí))(2221222sHSWSJSJTNKNNNNJ電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性221NKJW為同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速時(shí)所具有的動(dòng)能；NKSWH/為額定轉(zhuǎn)速時(shí),機(jī)組單位容量所具有的動(dòng)能；JT為額定轉(zhuǎn)速時(shí),機(jī)組單位容量所具有動(dòng)能的2倍；這反映了發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性；電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性10*0*MdTdtJt1M*當(dāng)可求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 從0上升至 時(shí)所需的時(shí)間N10*01dTdtJt(s)JTt 得J

6、T的另一個(gè)物理意義：當(dāng)機(jī)組輸出的電磁轉(zhuǎn)矩 ，輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩 則不平衡轉(zhuǎn)矩 時(shí)，機(jī)組從靜止升速至額定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。0eM1mM10-1M*電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性慣性時(shí)間常數(shù)實(shí)際中的計(jì)算方法：NNJNSnGDT100074. 2222GD-包括原動(dòng)機(jī)在內(nèi)的機(jī)組轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)力矩；2mt Nn-機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速；r/minNS-機(jī)組的額定功率；kVA電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中，當(dāng)已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率時(shí)，必須將各發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)歸算成統(tǒng)一基準(zhǔn)功率的有名值為BNSSJNJBTTJNT-以機(jī)組容量 為基準(zhǔn)的慣性時(shí)間常數(shù)；NSJBT-以機(jī)組容量 為基準(zhǔn)的慣性時(shí)間常數(shù)；BS電力

7、系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性 n臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)niJNiJBTT1BNiSS 汽輪發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) 816s； 水輪發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) 48s； 同期調(diào)相機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) 24s； 同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程式，可以描述電力系統(tǒng)受擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)間或發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也是用來判斷電力系統(tǒng)受擾動(dòng)后能否保持穩(wěn)定性的最直接根據(jù)。 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定于作用在其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩，不平衡轉(zhuǎn)矩又取決于機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩的差值。 一般認(rèn)為機(jī)械轉(zhuǎn)矩在機(jī)電暫態(tài)過程中保持不變。電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算非常復(fù)雜。電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性9.2 9.2 發(fā)電機(jī)功發(fā)電機(jī)功-角特性特征方程式角特性特征方程式 一一

8、. . 隱極式發(fā)電機(jī)的功隱極式發(fā)電機(jī)的功-角特性方程式角特性方程式 發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率和功率角的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的功-角特性，這是分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的另一個(gè)重要基礎(chǔ)方程式。 隱極式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是對(duì)稱的，其直軸同步電抗與交軸同步電抗是相等的，即qdXX1 以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)時(shí)電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性隱極式發(fā)電機(jī)等值電路和向量圖由于定子繞組電阻很小，常忽略不計(jì)，r0. 等值電路關(guān)系式 qjdEUIX電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性qjdEUIX隱極式發(fā)電機(jī)相量圖由圖得q0-qdddqdEUI XUI X*dqdqd dq qq dd qd dq q=Re(UI )=Re(U +jU

9、 )(I -jI ) =Re(U I +U I )+j(U I -U I ) =U I +U IqEP（9-23）將（9-23）代入得qqqdqddq-U=U+UsinqEddddEE UE UUPXXXX電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性qq*dq dd qqd222qqqdq-U= Im ( UI ) = U I - U I = U - UUU + = - = - + cosqEddddddEUQXXEUEUUXXXX同理無限大容量電源-當(dāng)電力系統(tǒng)的電源距短路點(diǎn)的電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)，由短路引起的電源送出功率的變化遠(yuǎn)小于電源的容量，端電壓及頻率在短路后的暫態(tài)過程中保持不變。無限大容量母線-母線上接無限大

10、容量電源。若發(fā)電機(jī)與無限大容量母線相連，則母線電壓保持恒定；若發(fā)電機(jī)無自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，并保持 為定值。Eq電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性 當(dāng)當(dāng)Eq 和和U 恒定時(shí)，可作出其功率特性曲線恒定時(shí)，可作出其功率特性曲線功角功角特性曲線特性曲線 發(fā)電機(jī)的功-角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為qmax=qEdE UPX也稱為功率極限。 該功-角特性曲線多運(yùn)用于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的分析和計(jì)算。電力系統(tǒng)分析第三章機(jī)組特性2 以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)時(shí)在分析暫態(tài)穩(wěn)定或近似地分析某些有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)，往往以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)。q0-qdddqdEUI XUI X代入功率表達(dá)式得2qqqdd dq qdq-U-=U I +U I =U+Usin -()sin22qdddEdddd