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1、第十五章第十五章 电力系统运行稳定电力系统运行稳定 性的基本概念性的基本概念 15-1 概述概述稳稳定定运运行行状状态态：系系统统中中的的同同步步电电机机（主主要要是是发发电电机机）都都处处于于同同步步运运行行状状态态。即即所所有有并并联联运行的同步电机都有相同的电角速度。运行的同步电机都有相同的电角速度。电电力力系系统统稳稳定定性性问问题题：电电力力系系统统在在运运行行中中受受到到扰扰动动后后能能否否继继续续保保持持系系统统中中同同步步电电机机间间同同步步运运行行的的问问题题。由由于于稳稳定定性性是是根根据据电电机机转转子子之之间间相相对对位位移移角角的的变变化化来来判判别别是是否否同同步步
2、的的，所以又称为功角稳定问题。所以又称为功角稳定问题。武大电力系统分析电力系统运行稳定15-2 功角的概念功角的概念 武大电力系统分析电力系统运行稳定 功角功角在电力系统稳定研究中占有特殊地位，在电力系统稳定研究中占有特殊地位，它除了表示它除了表示Eq和和V之间的相位差外，更重要的之间的相位差外，更重要的是它还表明了各发电机转子之间的相对位置角是它还表明了各发电机转子之间的相对位置角 武大电力系统分析电力系统运行稳定15-3 静态稳定的初步概念静态稳定的初步概念 什么是什么是“电力系统静态稳定性电力系统静态稳定性”： 系统在运行中受到微小扰动后，独立地恢复原来的运行状态的能力。简单电力系统静态
3、稳定的判据简单电力系统静态稳定的判据： 武大电力系统分析电力系统运行稳定15-4 暂态稳定的初步概念暂态稳定的初步概念 武大电力系统分析电力系统运行稳定武大电力系统分析电力系统运行稳定 什么是什么是“电力系统暂态稳定性电力系统暂态稳定性”： 电力系统在正常运行时，受到大的扰动后，能从原来的运行状态不失同步地过渡到新的运行状态，并在新状态下稳定运行。简单电力系统的暂稳判据简单电力系统的暂稳判据： 第十七章的“等面积定则” 武大电力系统分析电力系统运行稳定15-5 负荷稳定的概念负荷稳定的概念 武大电力系统分析电力系统运行稳定 什么是什么是“负荷稳定性负荷稳定性”： 负荷在正常运行中受到扰动后能保
4、持某一恒定转差s继续运行的能力。负荷稳定判据：负荷稳定判据： 或 武大电力系统分析电力系统运行稳定15-6 电压稳定性的概念电压稳定性的概念 武大电力系统分析电力系统运行稳定武大电力系统分析电力系统运行稳定名词解释名词解释电电压压崩崩溃溃现现象象负荷功率增加到一定极限时，节点电压将发生不可控制的急剧下降电压稳定和负荷稳定的关系电压稳定和负荷稳定的关系 如负荷是异步电动机，zLD =R/s，则横坐标轴|zs/zLD|可按一定比例换成s，这就是为什么这里的P-|zs/zLD|特性与电动机的Me-s（或Pe-s）特性相同，而且稳定区都在极限功率Pm的左边。由此可看出，电电压压失失稳稳是是负负荷荷失失
5、稳的表现形式，原因在于功率失衡。稳的表现形式，原因在于功率失衡。负荷点电压稳定的判据：负荷点电压稳定的判据： 武大电力系统分析电力系统运行稳定15-7 发电机转子运动方程发电机转子运动方程 一、转子运动方程一、转子运动方程旋转物体（发电机转子）牛顿运动方程： J: 转动惯量kgms2A: 角加速度rad/s2: 机械角速度rad/s: 从某一固定参考轴算起的空间角位移radMa=MT-Me净加速转矩（kgm） 武大电力系统分析电力系统运行稳定将方程中变量由机械运动量改写成电气量将方程中变量由机械运动量改写成电气量 如发电机的极对数为p，则电气角、电气角速度、加速度与实际空间各对应量的关系 =p
6、 =p =pA参考轴有两种： 静止轴=0（固定位置） 同步旋转轴=N（固定转速，常用）设发电机i的电角度、电角速度记为： 相对于静止轴 i i 相对于同步轴 i i武大电力系统分析电力系统运行稳定于是有： 注意：角加速度与 参考轴的选择无关武大电力系统分析电力系统运行稳定在多机系统中，发电机i、j之间： ij=i-j 称为相对位置角 ij=i-j 称为相对角速度而相对于同步参考轴：i或j称为“绝对”位置角i或j=i-j 称为“绝对”角速度 武大电力系统分析电力系统运行稳定二、标幺值表示的转子运动方程二、标幺值表示的转子运动方程 转子运动方程转成电气方程形式 选转矩基准值MB=SB/N，上式两边
7、除以MB得 定义 为惯性时间常数转子运动方程为这就是转子运动方程的电气标幺值形式 量纲：TJ（s）；（弧度）；N（2fN） 等号右边各量为标幺值，无量纲 (15-23)武大电力系统分析电力系统运行稳定设MB=MN（取本台机的额定值为基准值）由（15-15）式推出： 三、惯性时间常数的意义三、惯性时间常数的意义 定义 为发电机额定转矩对上式两边积分：实际意义：实际意义： TJN=原动机以额定且恒定的转矩将转子从原动机以额定且恒定的转矩将转子从静止拖动至额定转速所需的时间静止拖动至额定转速所需的时间 查手册计算公式：武大电力系统分析电力系统运行稳定多机系统分析多机系统分析一个发电厂的n台机组合并成
8、一台等值机时， 等值惯性时间常数 将第i台机在SNi 下的值TJNi归算到系统统一SB下的值这样，多机系统中第i台发电机转子运动方程（略去表示标幺值的*号）： 武大电力系统分析电力系统运行稳定第十六章第十六章 电力系统的电磁功率特性电力系统的电磁功率特性 16-1 简单电力系统的功率特性简单电力系统的功率特性 已知的初始量:V、PV和QV（或I 和 ）求电磁功率表达式 Pe()并解转子运动方程武大电力系统分析电力系统运行稳定一、隐极发电机的功率特性一、隐极发电机的功率特性（因Xd=Xq，有 ） 端口1输入阻抗端口2输入阻抗端口1、2传输阻抗 双端口网络武大电力系统分析电力系统运行稳定端口1、2
9、的功率P、Q表达式分别为（10-25）（10-26）武大电力系统分析电力系统运行稳定按 确定功率极限及其对应的功角： Eqm=90o 单机-无穷大系统是两机系统的特例（E1=Eq，E2=V，Z11=Z22=Z12=Xd，11=22=12=90o-Z=0） 电源Eq输送功率（16-2）系统V点接受功率 （16-3）武大电力系统分析电力系统运行稳定二、凸极机的功率特性二、凸极机的功率特性 由等值隐极机相量图采用几何法不难推导出功率特性为： 式中 Xd=Xd+XTL，Xq=Xq+XTL 功率极限及其对应功角也是用武大电力系统分析电力系统运行稳定16-2 网络接线及参数对功率特性的影响网络接线及参数对
10、功率特性的影响 一、串联电阻的影响一、串联电阻的影响 发电机为无励磁调节的隐极机Z11=Z12=Z22=Z= R+j Xd由=90o-Z得11=12=22=90o-arctg(Xd/R)0 武大电力系统分析电力系统运行稳定由（10-25）、（10-26）式得出 Eq点输送功率 V点接受功率 武大电力系统分析电力系统运行稳定串联电阻的影响： 武大电力系统分析电力系统运行稳定功率极限及对应功角（仍由dP/d=0定）： Eqm=90o-电阻损耗： 在=0o180o范围内，I 随增大而增大 武大电力系统分析电力系统运行稳定二、并联电阻的影响二、并联电阻的影响 Z11=jX1+Rk/jX2Z22=jX2
11、+Rk/jX1武大电力系统分析电力系统运行稳定仍由（10-25）、（10-26）式得出Eq点输送功率 V点接受功率 武大电力系统分析电力系统运行稳定并联电阻的影响（因120）： 武大电力系统分析电力系统运行稳定功率极限及对应功角（仍由dP/d=0定）：Eqm=90o+1290o 电阻损耗： 因1290o ？2）如果保持Eq 不变呢？武大电力系统分析电力系统运行稳定三、用各种电势表示的功率特性三、用各种电势表示的功率特性 1）Eq不变（无励磁调节）时 2）暂态电势Eq不变时 3）暂态电抗后电势E不变时 4）机端电压VG不变时 武大电力系统分析电力系统运行稳定16-4 复杂电力系统的功率特性复杂电力系统的功率特性 n机系统，i和j是其中任意两机，机端节点为电势节点（发电机内阻抗已包括在N里面） 其中 武大电力系统分析电力系统运行稳定复杂电力系统有以下两个特点：复杂电力系统有以下两个特点： 1) 任一发电机输出的电磁功率，都与所有发电机的电势EG及电势间的相对角ij有关，任何一台发电机运行状态的变化，都要影响到所有其它发电机的运行状态； 2) 任一发电机的电磁功率（功角特性）都是多变量函数，变量为ij（j=1,2,n; ji），因而不能在平面上画出特性曲线，也没有明确的功率极限概念。 武大电力系统分析电力系统运行稳定
