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1、电力系统运行稳定性运行分析与计算1目录摘要2前言3第一章 电力系统稳定性问题概述 4第一节 概述4第二章 电力系统静态稳定性 8第一节 简单电力系统的静态稳定性8第二节 自动调节励磁系统对静态稳定的影响12第三节 提高静态稳定性的措施14第三章 电力统暂态稳定性 17第一节 电力系统暂态稳定概述 17第二节 简单的电力系统的暂态稳定性21第三节 发电机转子摇摆曲线的求解31第四节 提高暂态稳定性的措施35第四章 电力系统稳定性的分析计算 39第一节 计算极限切除角39第二节 用分段法计算摇摆曲线49第五章 结束语 62参考文献63电力系统运行稳定性运行分析与计算2摘要保证电力系统稳定是电力系统
2、正常运行的必要条件。为了分析电力系统的稳定性，该设计以电力系统 、 电力系统分析 、 电力网及电力系统 、 电力系统暂态分析为参考资料，结合电力系统稳定性分析基本原理，阐述了电力系统稳定的基本理论和物理过程、计算分析方法以及各种提高稳定性的方法和措施。主要内容包括：电力系统的静态和暂态稳定性，利用分段法计算摇摆曲线等。最后，提出了分析各种故障条件下对继电保护和自动重合闸的要求。（注：本设计分析的是电力系统受干扰后的另一种暂态过程，即电力系统的机电暂态过程。 ）Abstract Power system stability is the normal operation of the power
3、 system is necessary. In order to analyze the stability of power system, the design in the power system, power system analysis, power and power system , power system transient analysis for reference material, combination of power system stability analysis of the basic principle, this paper expounds
4、the basic theory of power system stability and physical processes, and an analysis method to calculate and various methods and measures to improve stability. Main content included: electric power systems, static and transient stability, using the segmentation method for calculating the swing curve,
5、etc.At last, the paper analyses various fault condition of relay protection and automatic reclosing requirements.(note: this design and analysis of the power system after interference is another kind of transient process, namely the electrical power system transient process.电力系统运行稳定性运行分析与计算3前言随着大容量机
6、组和远距离输电线路的出现，电力系统的不断扩大与发展，电力系统的稳定性问题日益突出，因此，电力系统稳定性问题在电力系统中有很重要的地位。 电力系统中各同步发电机间保持同步是电力系统正常运行的必要条件。如果不能使各发电机间保持同步，或在暂时失去同步后不能恢复同步运行，这就使电力系统失去稳定。电力系统稳定性问题最早应追溯到本世纪初。当同步发电机由单机运行发展到与其他同步发电机并列运行后，就出现了电力系统稳定性问题。特别在发生故障情况下，有可能使发电机失去同步。电力系统稳定的破坏，往往会导致系统的解列和崩溃，造成大面积停电。所以，保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。因此，从电力系统的规划设计
7、到日常的运行都应进行电力系统稳定性的研究分析，并提出相应的提高和控制稳定的措施，以保证电力系统的安全经济运行。电力系统运行稳定性运行分析与计算4第一章 电力系统稳定性问题概述电力系统发生故障后，发电机组输入的机械功率和输出的电磁功率间将出现暂时的不平衡，从而引发转子的机械运动过程。在这个运动过程中，系统是否还能继续稳定运行是电力系统稳定研究的核心问题。由于稳定性问题既涉及到转子的机械运动过程，又涉及到电磁功率的变化过程，所以它是一个机电暂态过程。第一节 概述一、稳定性分类及其意义电力系统中同步发电机都是并联运行的。在正常运行时，原动机输入的机械功率和发电机输出的电磁功率是平衡的，所以发电机都保
8、持同步运行。如果电力系统受到一些小的或大的扰动（如果系统负荷的随机变动是一种小的扰动，系统中发生故障或切除主干线路则是大的扰动） ，系统中发电机的电磁功率讲发生变化，而原动机输入的机械功率由于惯性的缘故变化缓慢，不能立即响应，就引起了发电机转速的变化。在这个机电暂态过程中，转速偏离了同步转速，如果变化着的转速在同步转速上下的摇摆，经过一段时间后能够重新恢复到同步运行状态，称系统是稳定的；相反，如果转速偏离同步转速后不能恢复同步运行，则称系统是不稳定的。因此稳定性可以看作是在外界扰动下发电机组间保持同步运行的能力。通常将小扰动所引起的稳定性问题称为电力系电力系统运行稳定性运行分析与计算5统静态稳
9、定性；由大扰动所引起稳定性问题称为电力系统暂态稳定性。电力系统静态稳定性是指系统在某种正常运行状态下，突然受到某种小扰动后，能够自动恢复到原来的稳定运行状态的能力。实际上电力系统中这种任意小的扰动是随时存在的。如负荷的变化，风吹导线使相间距离变化引起的线路电抗的微小变化，调速器、励磁调节器工作点的变化，系统末端的操作等。在小干扰作用下，系统中各状态变量的变化很小。电力系统暂态稳定性是指电力系统在某种正常运行状态下，突然遭受到某种较大的扰动后，能够自动过渡到一个新的稳定运行状态的能力。实际上电力系统遭受大扰动是人们不希望的，但也是无法避免的。如大负荷的投切，大型元件（大型发电机、变压器、高压输电
10、线路）的投切，短路故障的冲击等。系统受到大的扰动时，系统中的运行参数(电压、电流和功率)都将急剧的变化，致使原动机的机械功率与发电机的电磁功率失去平衡。在不平衡转矩作用下，转子的转速将发生变化。转子相对位置的变化，反过来又将影响系统中电流、电压和功率的变化，且在这一过程中，各状态变量的变化都较大。电力系统的稳定性问题还可以分为电源稳定性和负荷稳定性两类。电源稳定性就是要研究扰动后同步发电机转子的运动规律；负荷稳定性的实质就是电压稳定性，是指正常运行情况下或遭受电力系统运行稳定性运行分析与计算6扰动后，电力系统维持各负荷点母线电压在可接受的稳定值的能力。在实际系统中，这两种稳定性往往是交织在一起
11、的，是相互影响和相互关联的。当发电机失去同步时，系统的电压稳定性也遭受到了破坏。稳定性问题是与电力系统的发展密切相关的。对于孤立的发电厂来说，发电机并列运行在公共母线上，并列运行的稳定性是不成问题的。当许多发电机并列运行在同一电力系统内时，随着系统容量和地区的扩大，并列运行稳定性问题也愈益严重。当系统并列运行失去稳定性时，系统内的同步发电机失步，系统发生振荡，结果会使并列的系统解列，可能造成大面积用户停电。使国民经济遭受巨大损失。为了避免发生系统稳定性事故，输电线路的输电容量就要受到限制；反过来讲，随着电力网输电距离的增加和输电容量的增大，系统并列运行稳定性也愈难保证。所以，电力系统稳定性问题
12、与我国开发远方能源，组织联合电力系统有着密切的联系。二、同步发电机有功功率平衡同步发电机在运行时，原动机（汽轮机、水轮机等）的机械功率，除了极少部分损耗外，大部分转变为定子输出的电功率。如果原动机输入功率扣除损耗之后，正好等于发电机输出的电功率，发电机组的转速就维持匀速旋转。否则，发电机组的转速就会变化。当输入的机械功率大于输出的电功率时，机组加速。所电力系统运行稳定性运行分析与计算7以，同步发电机是否能保存同步运转，就要研究机组的功率是否能够保持平衡。假设原动机输入功率为 P1，扣除空载损耗 P0 和励磁损耗P2（励磁机与发电机同轴）后，都由发电机转变为 P,即P1-（P 0+P2）=P （
13、1-1）发电机输出电功率时，定子电流在绕组中还要损耗一部分功率，即铜损 Pcn=3I2R。因此，发电机的实际输出功率是 P2，即P2=P-Pcn （1-2）式（1-1） 、 （1-2）反映发电机组正常稳态运行时功率平衡关系。电力系统运行时，发电机输出的有功功率必须与用户需要的有功功率（包括电力网的有功损耗）保持平衡，才能维持频率不变。但实际运行时，由于各种因素，上述的平衡关系经常遭到破坏，例如，原动机输入的机械功率有惰性，跟不上电功率的瞬时变化，或者，由于原动机的工质参数变化（蒸汽的压力和温度变化、水头波动） ，使原动机的输入关系发生变化，等等。电力系统出现有功功率不平衡时，发电机组的转速就要
14、发生变化，从一个短暂的时间来观察，各发电机组间将发生振荡，严重时可能导致发电机组失去同步。电力系统运行稳定性运行分析与计算8第二章 电力系统静态稳定性电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到起始状态的能力。因此，电力系统的静态稳定性又称为小干扰稳定性。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰，如负荷的变化、投切负荷、风吹导线使线路摆动以及发电机的机械振动等。不管哪一种干扰，如果它的后果使电力系统静态稳定遭到破坏，系统都是静态不稳定的。因此，静态稳定问题的实质就是电力系统保持同步稳定运行状态的能力。第一节 简单电力系统的静态稳定性一、简单电力系统的静态稳定以简
15、单电力系统的静态稳定性分析，可设同步发电机为隐极机，用同步发电机的空载电势 和同步电抗 表示发电机，则其qEdX等值电路如图 2-1 所示。发电机的功率特性方程式为电力系统运行稳定性运行分析与计算9图 2-1 简单电力系统 sinqEdUPX式中： ; 为功角。12dTLTX不考虑发电机励磁调节装置的作用时，认为 恒定，则发电qE机的功-角特性曲线为如下图所示的正弦曲线。 电力系统运行稳定性运行分析与计算10图 2-1 发电机的功角特性在某一运行情况下，发电机组的输入功率为 ,发电机向系统TP输送功率为 ，若 ,如图 2-1 中 a 点的运行情况，0sinmaP0TP发电机的输入和输出功率是平衡的，发电机保持同步运行。由发电机功角特性曲线可以看出，除了 a 点是功率平衡点外，b 点也是功率平衡点，即发电机有两个可能运行的角度 和 。下面就ab分析在下图中 a，b 两个运行点，当受到小干扰时状态变量 的变化情况：1.a 点运行情况分析电力系统运行稳定性运行分析与计算11当电力系统中出现小干扰，使功角 增加一个微小的增量
