電力能源系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基本概念

第15章電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基本概念

15-1概述穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)：系統(tǒng)中的同步電機(jī)（主要是發(fā)電機(jī)）都處于同步運(yùn)行狀態(tài)。即所有并聯(lián)運(yùn)行的同步電機(jī)都有相同的電角速度。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題：電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到擾動(dòng)后能否繼續(xù)保持系統(tǒng)中同步電機(jī)間同步運(yùn)行的問(wèn)題。由于穩(wěn)定性是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間相對(duì)位移角的變化來(lái)判別是否同步的，所以又稱為功角穩(wěn)定問(wèn)題。15-2功角的概念

圖15-1所示，一個(gè)單機(jī)-無(wú)窮大容量母線的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，受端電壓V的幅值和頻率均不變。由圖15-2的相量圖容易推得發(fā)電機(jī)輸出功率為系統(tǒng)總電抗Xd∑=Xd+XT1+XL/2+XT2當(dāng)Eq和V恒定時(shí)，傳輸功率Pe是角度δ的正弦函數(shù)，因傳輸功率的大小與δ密切相關(guān)，所以δ稱為“功角”，功和角的關(guān)系Pe=f（δ）稱為“功角特性”。圖15-3就是簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性。功角δ在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中占有特殊地位，它除了表示發(fā)電機(jī)電勢(shì)和無(wú)窮大系統(tǒng)之間的相位差外（時(shí)間概念），更重要的是它還表明了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。（空間概念）如圖5-14所示。穩(wěn)定研究方法：1.靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動(dòng)控制理論的方法微分方程線性化（小干擾法）研究線性微分方程特征根（頻域法）2.暫態(tài)穩(wěn)定分析：非線性微分方程數(shù)值解法（時(shí)域法）大干擾下不適合線性化15-3靜態(tài)穩(wěn)定的初步概念電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性：系統(tǒng)在運(yùn)行中受到微小擾動(dòng)后，獨(dú)立地恢復(fù)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的能力簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，受到大的擾動(dòng)后，能從原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)不失同步地過(guò)渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并在新狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫穩(wěn)判據(jù)：等面積定則[大擾動(dòng)現(xiàn)象]切除一回輸電線路，如圖15-7所示。切除前的正常運(yùn)行時(shí)

系統(tǒng)總電抗Xd∑I=Xd+XT1+XL/2+XT2

切除一回線路后

系統(tǒng)總電抗Xd∑II=Xd+XT1+XL+XT215-5負(fù)荷穩(wěn)定的概念

負(fù)荷穩(wěn)定性：負(fù)荷在正常運(yùn)行中受到擾動(dòng)后能保持某一恒定轉(zhuǎn)差s繼續(xù)運(yùn)行的能力。負(fù)荷穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)重要方面。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為為異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子漏抗之和。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差特性如圖15-10所示。負(fù)荷穩(wěn)定判據(jù)或15-6電壓穩(wěn)定性的概念

負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定。如圖10-14（P24）所示單機(jī)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)不存在功角穩(wěn)定問(wèn)題，但卻存在電壓穩(wěn)定問(wèn)題。假設(shè)：輸電線路總阻抗為負(fù)荷等值阻抗為據(jù)電壓相量圖，由余弦定理可得將代入可得當(dāng)電源電勢(shì)一定。輸電系統(tǒng)阻抗和負(fù)荷功率因數(shù)一定時(shí)，受端電壓和功率為負(fù)荷阻抗幅值或輸電系統(tǒng)阻抗與負(fù)荷阻抗比值的函數(shù)。分析：受端功率P達(dá)到最大值，為當(dāng)由零變化到無(wú)窮大時(shí)，受端電壓將由E單調(diào)下降到零；當(dāng)時(shí)，受端功率達(dá)到極限，相對(duì)應(yīng)的電壓為臨界電壓，其值為受端電壓和功率隨負(fù)荷阻抗變化的曲線功率極限與負(fù)荷功率因數(shù)的關(guān)系分析：⑴⑵可見，越?。丛酱螅β蕵O限越小，相應(yīng)的臨界電壓越低；當(dāng)負(fù)荷為超前功率因數(shù)，即時(shí)，在功率因數(shù)角變化的一定范圍內(nèi)，功率極限將會(huì)隨著功率因數(shù)的減小而增大，相應(yīng)的臨界電壓也會(huì)升高。當(dāng)時(shí)，功率極限有最大值，為⑶⑷這種情況下輸電系統(tǒng)總阻抗與負(fù)荷等值阻抗的關(guān)系如下：供電點(diǎn)的輸出功率為：送達(dá)負(fù)荷點(diǎn)的功率僅為供電點(diǎn)功率的一半，輸電效率為50%。負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓為：分析電壓穩(wěn)定時(shí)，假定條件是：⑴系統(tǒng)頻率保持不變；⑵發(fā)電機(jī)電勢(shì)不變；⑶阻抗ZS不變。唯一的變量是負(fù)荷等值阻抗ZLD。由此可得在給定功率因數(shù)下的P-|zs/zLD|曲線和相應(yīng)的V-|zs/zLD|曲線如圖10-15所示。電網(wǎng)固有功率傳輸特性：分析圖10-15可知：當(dāng)|zs/zLD|<1時(shí)，zLD↓，負(fù)荷從電網(wǎng)吸收的P↑，系統(tǒng)能供應(yīng)較多的功率；當(dāng)|zs/zLD|=1時(shí)，負(fù)荷從電網(wǎng)吸收功率達(dá)最大值；當(dāng)|zs/zLD|>1時(shí)，若zLD↓，負(fù)荷所需P↑），但電網(wǎng)能供給的P反而減少。功率失衡加劇，負(fù)荷zLD進(jìn)一步自動(dòng)減?。ㄈ珉妱?dòng)機(jī)s增大），電壓隨之迅速下降，如此惡性循環(huán)導(dǎo)致“電壓崩潰”。

電網(wǎng)固有電壓特性：當(dāng)zLD↓時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓呈單調(diào)下降趨勢(shì)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在P-|zs/zLD|曲線的上升段時(shí)，負(fù)荷有功功率的暫時(shí)供需失衡，依靠網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷的固有特性總可以恢復(fù)平衡，系統(tǒng)穩(wěn)定，只是電壓有所下降；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在P-|zs/zLD|曲線的下降段時(shí)，負(fù)荷因需求功率的增加而減小阻抗，電網(wǎng)送達(dá)的功率反而減少，導(dǎo)致功率不平衡加劇。分析：根據(jù)負(fù)荷特性，此時(shí)負(fù)荷阻抗將繼續(xù)減少，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓隨之迅速下降，從而會(huì)引發(fā)“電壓崩潰”。

可見，電壓平衡是負(fù)荷維持功率平衡而調(diào)節(jié)阻抗的特性與網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸特性相互作用的結(jié)果。說(shuō)明：⑴負(fù)荷功率因數(shù)（滯后）不同時(shí)，P-|zs/zLD|曲線和V-|zs/zLD|曲線的形狀不變；⑵功率因數(shù)變小時(shí)，對(duì)應(yīng)于相同|zs/zLD|值的功率P和電壓V均要減小；說(shuō)明：⑶負(fù)荷失穩(wěn)與電壓失穩(wěn)的關(guān)系。（P161例析）電壓失穩(wěn)是負(fù)荷失穩(wěn)的一種外在表現(xiàn)。⑷電壓穩(wěn)定性判據(jù)（分析如下）。⑴曲線的右分支相當(dāng)于P-|zs/zLD|曲線的上升段，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的下降可以換取網(wǎng)絡(luò)送達(dá)功率的增加，系統(tǒng)運(yùn)行具有電壓穩(wěn)定；⑵曲線的左分支相當(dāng)于P-|zs/zLD|曲線的下降段，電壓的下降將導(dǎo)致送達(dá)功率的減少，系統(tǒng)運(yùn)行不具有電壓穩(wěn)定；負(fù)荷節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)15-7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程旋轉(zhuǎn)物體（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子）的牛頓運(yùn)動(dòng)方程：

J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m·s2）A——角加速度（rad/s2）Ω——機(jī)械角速度（rad/s）Θ——從某一固定參考軸算起的空間角位移（rad）ΔM=MT-Me——凈加速轉(zhuǎn)矩（kg·m）由于δ還具有空間位置的意義，故可通過(guò)它將電力系統(tǒng)中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。如發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為p，則電氣角θ、電氣角速度ω、加速度α與實(shí)際空間各對(duì)應(yīng)量的關(guān)系

θ=pΘ

ω=pΩ

α=pA參考軸有兩種：靜止軸ω=0（固定位置），同步旋轉(zhuǎn)軸ω=ωN（固定轉(zhuǎn)速，常用）記發(fā)電機(jī)i的電角度、角加速度分別為：相對(duì)于靜止軸

θi

ωi相對(duì)于同步軸

δi

Δωi于是有：表明角加速度與參考軸的選擇無(wú)關(guān)。

在多機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)i、j之間：

δij=δi-δj

稱為相對(duì)位置角（功角）

Δωij=ωi-ωj

稱為相對(duì)角速度而相對(duì)于同步參考軸：

δi或δj稱為“絕對(duì)”位置角（功角）

Δωi或Δωj=ωi-ωj

稱為“絕對(duì)”角速度二、標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程這里主要是為了把轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)成電氣方程形式。將式（15-15）所有項(xiàng)都乘極對(duì)數(shù)p，計(jì)及式（15-6）、（15-9）可得選轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值MB=SB/ΩN，上式兩邊除以MB得定義，則

這就是轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的電氣標(biāo)幺值形式。量綱：TJ（s）；δ（弧度）；ωN（2πfN）；等號(hào)右邊各量為標(biāo)幺值，無(wú)量綱。

轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的另外幾種形式時(shí)間的標(biāo)幺值：定義時(shí)間的基準(zhǔn)值為：則時(shí)間的標(biāo)幺值為：故轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程可改寫為：轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的狀態(tài)方程形式用轉(zhuǎn)差率表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程因?yàn)樗怨视校喝?、慣性時(shí)間常數(shù)的意義

定義為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，并設(shè)MB=MN（取本臺(tái)機(jī)的額定值為基準(zhǔn)值），則

物理意義：設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入額定轉(zhuǎn)矩MT*=1，沒(méi)有帶負(fù)荷Me*=0，故ΔMa*=1；將上式兩邊對(duì)t積分，相應(yīng)的Ω*從0到1，可得TJN=原動(dòng)機(jī)以額定且恒定的轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子從靜止拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。查手冊(cè)計(jì)算公式：多機(jī)系統(tǒng)分析:將第i臺(tái)機(jī)在SNi下的值TJNi歸算到系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)值SB有一個(gè)發(fā)電廠的n臺(tái)機(jī)組合并成一臺(tái)等值機(jī)時(shí)，其等值慣性時(shí)間常數(shù)為

這樣，多機(jī)系統(tǒng)中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為（略去表示標(biāo)幺值的*號(hào)）：這個(gè)方程組的解δi就可以用于描述擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(δi-δj)，據(jù)此可直接判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。方程從形式上看是簡(jiǎn)單的二階常微分方程，但右邊的不平衡轉(zhuǎn)矩卻是很復(fù)雜的函數(shù)：①M(fèi)Ti（或PTi）主要取決于本臺(tái)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)的特性；②Mei（或Pei）除了與自身的電磁特性、勵(lì)磁特性有關(guān)外，還與其它機(jī)組、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)負(fù)荷等許多因數(shù)有關(guān)。前面所學(xué)的“元件功率特性”、“簡(jiǎn)單供電系統(tǒng)功率特性”、“潮流計(jì)算”等知識(shí)都是在系統(tǒng)穩(wěn)定研究中確定Pei的必要知識(shí)。下面專門討論電磁功率Pei。《化妝品術(shù)語(yǔ)》起草情況匯報(bào)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和下達(dá)時(shí)間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會(huì)都要建立自己的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費(fèi)：3.8萬(wàn)三、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)意義術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國(guó)化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語(yǔ)和定義的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)，在此情形下，化妝品術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對(duì)于沒(méi)有國(guó)標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)，在定義時(shí)體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實(shí)用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語(yǔ)優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過(guò)

第一階段：資料搜集

搜集國(guó)內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)并對(duì)國(guó)外文獻(xiàn)如美國(guó)21CFR進(jìn)行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語(yǔ)、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語(yǔ)、毒理學(xué)術(shù)語(yǔ)、微生物術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)、人體安全和功效評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，常用英文成份術(shù)語(yǔ)等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會(huì)（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語(yǔ)、相關(guān)國(guó)際組織和科研機(jī)構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對(duì)于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無(wú)存在必要的常用英文成分術(shù)語(yǔ)。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會(huì)會(huì)議意見：1.修改能引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的盡量引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)存在歧義的個(gè)別用詞進(jìn)行修改。2.刪除由于本標(biāo)準(zhǔn)中的“產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)”一章和香化協(xié)會(huì)所制定的某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)”一章的內(nèi)容；對(duì)“原料功能術(shù)語(yǔ)”的內(nèi)容進(jìn)行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項(xiàng)術(shù)語(yǔ)。第四階段：征求意見2009年2月面向全國(guó)公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國(guó)21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如：GB5296.3-2008消費(fèi)品使用說(shuō)明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語(yǔ)等；5.國(guó)內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻(xiàn)，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評(píng)價(jià)》等。七、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語(yǔ)3.毒理學(xué)試驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)5.微生物檢驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)6.人體安全性和功效性評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)7.常用原料術(shù)語(yǔ)8.縮寫9.中英文索引（二）主要內(nèi)容：1).一般術(shù)語(yǔ)39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產(chǎn)和監(jiān)督管理中出現(xiàn)頻率較高的術(shù)語(yǔ)。2).毒理學(xué)試驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)40條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中涉及的術(shù)語(yǔ)，以及在毒理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)頻率較高、與化妝品毒理學(xué)試驗(yàn)方法聯(lián)系較密切的術(shù)語(yǔ)。