华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第9章-现代电力系统的运行资料.ppt

一、电力系统稳定性的概念 电力系统运行的稳定性，就是指在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力。研究电力系统稳定性问题归结为研究当系统受到扰动后的运动规律，从而判断系统是否可能失去稳定及研究提高系统稳定性的措施。 电力系统稳定性问题，是一个机械运动过程和电磁暂态过程交织在一起的复杂问题，属于电力系统机电暂态过程的范畴。根据扰动量的大小，可将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性两大类型： 电力系统在运行中时刻受到小的扰动，例如负荷的随机变化、汽轮机蒸汽压力的波动、发电机端电压发生小的偏移等等。在小扰动作用下，系统将会偏离运行平衡点，如果这种偏离很小，小扰动消失后，系统又重新恢复平衡，则称系统是静态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复原来的平衡状态，则系统不能保持静态稳定。 电力系统运行时还会受到大的扰动，例如，电气元件的投入或切除、输电线路发生短路故障等等。在大扰动作用下，如果系统运行状态的偏离是有限的，且在大扰动结束后又达到了新的平衡，则称系统是暂态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复平衡，则称系统失去了暂态稳定。 二、发电机转子运动方程 电力系统稳定性的核心问题是研究同步发电机转子运动状态受干扰的响应。 根据力学定律，一个转动惯量为J的转体，如果以角加速度a旋转，作用于该转体的转矩总和为ΣM，则应满足下列关系： 取一参考轴，如此参考轴在空间不动，则转子轴线与此参考轴之间的夹角就是转子的绝对角位移θ；如取在空间以同步速度旋转的轴为参考轴，则转子轴线与此参考轴之间的夹角就是转子相对同步旋转轴的相对角位移，记作δ 0 = w i q j q i d N d j d ij d 同步旋转轴 i w j w N w o 图 9-19 同步发电机转子的角位移 固定参考轴 以电角度表示的同步发电机组的转子运动方程式： 图9-20 简单电力系统及其等值电路 P + j Q T 1 L T 2 G U P+jQ U q E d X 1 T X /2 L X 2 T X 三、发电机的功率特性 简单电力系统如图9-20所示，发电机通过升压变压器、输电线路、降压变压器与受端系统的母线相连接。 这种简单电力系统称为“单机-无限大”系统。当不计各元件的电阻及对地导纳支路时，系统的总电抗为XdΣ，则有： 当发电机的电势Eq和受端电压U均为恒定时，传输功率PEq是角度δ的正弦函数。因为传输功率的大小与相位角δ密切相关。因此，又称δ为“功角”或“功率角”。传输功率与功角的关系PEq=f(δ)，称为“功角特性”或“功率特性”。隐极机的功角特性如图9-22所示。 1、隐极机的功率特性 隐极发电机的纵轴与横轴的同步电抗相等，即Xd=Xq。此时“单机-无限大”系统的相量图如图9-21所示。分析此相量图得： 2、凸极机的功率特性 如发电机为凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等，即Xd≠Xq，令XqΣ=Xq+XTL，凸极机的系统相量图如图9-23所示，分析此相量图可得： 式中，Ud=Usinδ；Uq=Ucosδ； Id=Isin(δ+φ)；Iq=Icos(δ+φ) 凸极机纵横轴磁阻不对称，功角特性多了一项与发电机电势Eq(即与励磁)无关的二次谐波项，称为磁阻功率，磁阻功率的出现，使功率与功角δ成非正弦关系，图9-24给出了凸极机的功角特性。 由于Eq不易直接求出。为此，工程计算上引入了一个虚构电势。在q轴方向上，从图9-23可见，它可直接根据系统运行情况按下式计算： 在计算凸极机的功率特性时，首先根据给定的受端系统电压U0和功率P0和Q0，按上式计算EQ、δ0。同时，由图9-23可知 ： 又 从上两式中消去Id，经整理后，可得Eq和EQ间的关系，即 : 3、自动励磁调节器对功率特性的影响 为维持系统电压，一般发电机都装有自动励磁调节器。 当发电机输出功率增加、端电压下降时，励磁调节器动作以增大励磁电流，使发电机电势Eq增大，直到端电压恢复或接近恢复到整定值UG0为止。这时，励磁调节器将使Eq随功角δ增大而增大。 用不同的Eq值，作出一组正弦功率特性曲线族，其幅值与Eq成正比，如图9-25所示。 一般的比例式励磁调节器并不能完全保持发电机端电压不变。在近似计算中，可以认为它能保持发电机q轴暂态电势Eq不变。可以得出： 对图9-20所示简单电力系统，如发电机为隐极机，无励磁调节，其功率特性曲线如图9-26所示。 四、电力系统的静态稳定性 1、简单电力系统静态稳定实用判据 判断简单电力系统具有静态稳定性的实用判据： 2、功率极限与静态稳定储备系数 发电机功率特性曲线的最大值称为功率极限。功率极限可通过对发电机功率特性求极值，即令dP/dδ=0求得。 对无励磁调节器的隐极发电机，规律