電力能源系統穩(wěn)定運行的基本概念

第15章電力系統穩(wěn)定運行的基本概念

15-1概述穩(wěn)定運行狀態(tài)：系統中的同步電機（主要是發(fā)電機）都處于同步運行狀態(tài)。即所有并聯運行的同步電機都有相同的電角速度。電力系統穩(wěn)定性問題：電力系統在運行中受到擾動后能否繼續(xù)保持系統中同步電機間同步運行的問題。由于穩(wěn)定性是根據電機轉子之間相對位移角的變化來判別是否同步的，所以又稱為功角穩(wěn)定問題。15-2功角的概念

圖15-1所示，一個單機-無窮大容量母線的簡單系統，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)電機輸出功率為系統總電抗Xd∑=Xd+XT1+XL/2+XT2當Eq和V恒定時，傳輸功率Pe是角度δ的正弦函數，因傳輸功率的大小與δ密切相關，所以δ稱為“功角”，功和角的關系Pe=f（δ）稱為“功角特性”。圖15-3就是簡單系統的功角特性。功角δ在電力系統穩(wěn)定研究中占有特殊地位，它除了表示發(fā)電機電勢和無窮大系統之間的相位差外（時間概念），更重要的是它還表明了各發(fā)電機轉子之間的相對位置。（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：非線性微分方程數值解法（時域法）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靜態(tài)穩(wěn)定性：系統在運行中受到微小擾動后，獨立地恢復原來的運行狀態(tài)的能力簡單電力系統靜態(tài)穩(wěn)定的判據：15-4暫態(tài)穩(wěn)定的初步概念

電力系統暫態(tài)穩(wěn)定性：電力系統在正常運行時，受到大的擾動后，能從原來的運行狀態(tài)不失同步地過渡到新的運行狀態(tài)，并在新狀態(tài)下穩(wěn)定運行。簡單電力系統的暫穩(wěn)判據：等面積定則[大擾動現象]切除一回輸電線路，如圖15-7所示。切除前的正常運行時

系統總電抗Xd∑I=Xd+XT1+XL/2+XT2

切除一回線路后

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

負荷穩(wěn)定性：負荷在正常運行中受到擾動后能保持某一恒定轉差s繼續(xù)運行的能力。負荷穩(wěn)定性是電力系統穩(wěn)定性的一個重要方面。異步電動機的電磁轉矩為為異步電動機定、轉子漏抗之和。異步電動機的轉矩、轉差特性如圖15-10所示。負荷穩(wěn)定判據或15-6電壓穩(wěn)定性的概念

負荷節(jié)點的電壓穩(wěn)定。如圖10-14（P24）所示單機簡單電力系統不存在功角穩(wěn)定問題，但卻存在電壓穩(wěn)定問題。假設：輸電線路總阻抗為負荷等值阻抗為據電壓相量圖，由余弦定理可得將代入可得當電源電勢一定。輸電系統阻抗和負荷功率因數一定時，受端電壓和功率為負荷阻抗幅值或輸電系統阻抗與負荷阻抗比值的函數。分析：受端功率P達到最大值，為當由零變化到無窮大時，受端電壓將由E單調下降到零；當時，受端功率達到極限，相對應的電壓為臨界電壓，其值為受端電壓和功率隨負荷阻抗變化的曲線功率極限與負荷功率因數的關系分析：⑴⑵可見，越小（即越大），功率極限越小，相應的臨界電壓越低；當負荷為超前功率因數，即時，在功率因數角變化的一定范圍內，功率極限將會隨著功率因數的減小而增大，相應的臨界電壓也會升高。當時，功率極限有最大值，為⑶⑷這種情況下輸電系統總阻抗與負荷等值阻抗的關系如下：供電點的輸出功率為：送達負荷點的功率僅為供電點功率的一半，輸電效率為50%。負荷節(jié)點的電壓為：分析電壓穩(wěn)定時，假定條件是：⑴系統頻率保持不變；⑵發(fā)電機電勢不變；⑶阻抗ZS不變。唯一的變量是負荷等值阻抗ZLD。由此可得在給定功率因數下的P-|zs/zLD|曲線和相應的V-|zs/zLD|曲線如圖10-15所示。電網固有功率傳輸特性：分析圖10-15可知：當|zs/zLD|<1時，zLD↓，負荷從電網吸收的P↑，系統能供應較多的功率；當|zs/zLD|=1時，負荷從電網吸收功率達最大值；當|zs/zLD|>1時，若zLD↓，負荷所需P↑），但電網能供給的P反而減少。功率失衡加劇，負荷zLD進一步自動減小（如電動機s增大），電壓隨之迅速下降，如此惡性循環(huán)導致“電壓崩潰”。

電網固有電壓特性：當zLD↓時，負荷節(jié)點電壓呈單調下降趨勢。當系統運行在P-|zs/zLD|曲線的上升段時，負荷有功功率的暫時供需失衡，依靠網絡和負荷的固有特性總可以恢復平衡，系統穩(wěn)定，只是電壓有所下降；當系統運行在P-|zs/zLD|曲線的下降段時，負荷因需求功率的增加而減小阻抗，電網送達的功率反而減少，導致功率不平衡加劇。分析：根據負荷特性，此時負荷阻抗將繼續(xù)減少，負荷節(jié)點電壓隨之迅速下降，從而會引發(fā)“電壓崩潰”。

可見，電壓平衡是負荷維持功率平衡而調節(jié)阻抗的特性與網絡的功率傳輸特性相互作用的結果。說明：⑴負荷功率因數（滯后）不同時，P-|zs/zLD|曲線和V-|zs/zLD|曲線的形狀不變；⑵功率因數變小時，對應于相同|zs/zLD|值的功率P和電壓V均要減??；說明：⑶負荷失穩(wěn)與電壓失穩(wěn)的關系。（P161例析）電壓失穩(wěn)是負荷失穩(wěn)的一種外在表現。⑷電壓穩(wěn)定性判據（分析如下）。⑴曲線的右分支相當于P-|zs/zLD|曲線的上升段，負荷節(jié)點電壓的下降可以換取網絡送達功率的增加，系統運行具有電壓穩(wěn)定；⑵曲線的左分支相當于P-|zs/zLD|曲線的下降段，電壓的下降將導致送達功率的減少，系統運行不具有電壓穩(wěn)定；負荷節(jié)點靜態(tài)電壓穩(wěn)定判據15-7發(fā)電機轉子運動方程一、轉子運動方程旋轉物體（發(fā)電機轉子）的牛頓運動方程：

J——轉動慣量（kg·m·s2）A——角加速度（rad/s2）Ω——機械角速度（rad/s）Θ——從某一固定參考軸算起的空間角位移（rad）ΔM=MT-Me——凈加速轉矩（kg·m）由于δ還具有空間位置的意義，故可通過它將電力系統中的機械運動和電磁運動聯系起來。如發(fā)電機的極對數為p，則電氣角θ、電氣角速度ω、加速度α與實際空間各對應量的關系

θ=pΘ

ω=pΩ

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

θi

ωi相對于同步軸

δi

Δωi于是有：表明角加速度與參考軸的選擇無關。

在多機系統中，發(fā)電機i、j之間：

δij=δi-δj

稱為相對位置角（功角）

Δωij=ωi-ωj

稱為相對角速度而相對于同步參考軸：

δi或δj稱為“絕對”位置角（功角）

Δωi或Δωj=ωi-ωj

稱為“絕對”角速度二、標幺值表示的轉子運動方程這里主要是為了把轉子運動方程轉成電氣方程形式。將式（15-15）所有項都乘極對數p，計及式（15-6）、（15-9）可得選轉矩基準值MB=SB/ΩN，上式兩邊除以MB得定義，則

這就是轉子運動方程的電氣標幺值形式。量綱：TJ（s）；δ（弧度）；ωN（2πfN）；等號右邊各量為標幺值，無量綱。

轉子運動方程的另外幾種形式時間的標幺值：定義時間的基準值為：則時間的標幺值為：故轉子運動方程可改寫為：轉子運動方程的狀態(tài)方程形式用轉差率表示的轉子運動方程因為所以故有：三、慣性時間常數的意義

定義為發(fā)電機額定轉矩，并設MB=MN（取本臺機的額定值為基準值），則

物理意義：設原動機輸入額定轉矩MT*=1，沒有帶負荷Me*=0，故ΔMa*=1；將上式兩邊對t積分，相應的Ω*從0到1，可得TJN=原動機以額定且恒定的轉矩將轉子從靜止拖動至額定轉速所需的時間。查手冊計算公式：多機系統分析:將第i臺機在SNi下的值TJNi歸算到系統統一的基準值SB有一個發(fā)電廠的n臺機組合并成一臺等值機時，其等值慣性時間常數為

這樣，多機系統中第i臺發(fā)電機的轉子運動方程為（略去表示標幺值的*號）：這個方程組的解δi就可以用于描述擾動后發(fā)電機之間的相對運動(δi-δj)，據此可直接判斷系統穩(wěn)定性。方程從形式上看是簡單的二階常微分方程，但右邊的不平衡轉矩卻是很復雜的函數：①MTi（或PTi）主要取決于本臺機組的原動機及其調速系統的特性；②Mei（或Pei）除了與自身的電磁特性、勵磁特性有關外，還與其它機組、系統結構、系統負荷等許多因數有關。前面所學的“元件功率特性”、“簡單供電系統功率特性”、“潮流計算”等知識都是在系統穩(wěn)定研究中確定Pei的必要知識。下面專門討論電磁功率Pei?！痘瘖y品術語》起草情況匯報中國疾病預防控制中心環(huán)境與健康相關產品安全所一、標準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標委會都要建立自己的術語標準。1ONE二、標準經費標準研制經費：3.8萬三、標準的立項意義術語標準有利于行業(yè)間技術交流、提高標準一致性、消除貿易誤差，作為標準體系中的基礎標準，術語標準在各個領域的標準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標準體系建設逐步加快，所涉及的術語和定義的數量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術語標準的制定就顯得尤為重要。四、標準的制訂原則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)督條例實施細則》中關于化妝品的定義。2.協調性直接引用或修改采用的方式，與相關標準中的術語和定義相協調。3.科學性對于沒有國標或定義不統一的術語，在定義時體現科學性的原則。4.實用性在標準體系中出現頻率較高，與行業(yè)聯系較緊密的術語優(yōu)先選用。五、標準的起草經過

第一階段：資料搜集

搜集國內外相關法規(guī)、標準、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內容包括一般術語、衛(wèi)生化學術語、毒理學術語、微生物術語、產品術語、人體安全和功效評價術語，常用英文成份術語等７部分。第三階段：專家統稿1.2007年12月第一次專家統稿會（修訂情況：1.在結構上增加原料功能術語、相關國際組織和科研機構等內容；2.在內容上增加一般術語、產品術語的種類，將化妝品行業(yè)的新產品類別納入本標準；3.對于毒理學、衛(wèi)生化學、微生物學術語進行修改；4.刪除與化妝品聯系不緊密、無存在必要的常用英文成分術語。2.2009年1月第二次專家統稿會會議意見：1.修改能引用國家標準的盡量引用國家標準；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標準中的“產品術語”一章和香化協會所制定的某個標準存在重復，因此刪除“產品術語”一章的內容；對“原料功能術語”的內容進行梳理，刪除了20余條內容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質”等若干項術語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。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專家的意見。六、標準的內容依據1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關領域國家標準如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標簽，GB/T14666-2003分析化學術語等；5.國內外化妝品的相關文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標準的結構和主要內容（一）結構：1.范圍2.一般術語3.毒理學試驗方法術語4.衛(wèi)生化學檢驗方法術語5.微生物檢驗方法術語6.人體安全性和功效性評價術語7.常用原料術語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內容：1).一般術語39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產和監(jiān)督管理中出現頻率較高的術語。2).毒理學試驗方法術語40條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中涉及的術語，以及在毒理學領域出現頻率較高、與化妝品毒理學試驗方法聯系較密切的術語。