《同步电机》课件2.ppt

*************************************静态稳定性静态稳定性（也称小信号稳定性）是指同步电机在受到小扰动时保持同步运行的能力。小扰动是指不会使系统工作点显著偏离原平衡点的扰动，如小幅度负载变化、励磁变化等。静态稳定性的判据是：功率-角度曲线的斜率必须为正，即dP/dδ0。这意味着电机运行在功率-角度曲线的上升段（通常功率角δ90°），当功率角略有增加时，电磁功率增加大于机械功率增加，产生减速力矩，使转子回到原平衡位置。影响静态稳定性的因素包括：同步电抗（电抗越大，稳定裕度越小）、系统电压（电压越高，稳定性越好）、负载特性（恒功率负载不利于稳定性）、励磁系统响应（快速励磁有利于稳定性）等。在实际系统中，通常通过限制功率角在一定范围内（如30°-40°），保留足够的静态稳定裕度。此外，电力系统稳定器(PSS)通过在励磁系统中引入附加控制信号，可以有效提高系统的小信号稳定性。动态稳定性1扰动发生系统受到大扰动，如短路故障、线路跳闸等故障期间电磁功率减小，转子加速，功率角增大故障切除保护装置动作，切除故障故障后过渡系统进入新拓扑，转子减速或继续加速稳定或失步功率角回到新平衡点或持续增大导致失步动态稳定性（也称暂态稳定性）是指同步电机在遭受大扰动（如短路故障、突加/减负荷等）后维持同步运行的能力。与静态稳定性不同，动态稳定性考虑的是系统在大扰动下的非线性动态行为。评估动态稳定性通常使用相等面积准则或数值时域仿真方法。相等面积准则是基于能量平衡的概念：故障期间，转子获得的加速能量（加速面积）应小于故障切除后可能获得的减速能量（减速面积），这样转子才能回到新的平衡点。影响动态稳定性的因素包括：故障类型和位置、故障切除时间、系统初始运行状态、机组惯性常数、系统阻抗等。提高动态稳定性的主要措施有：加快故障切除速度、增加系统链接强度、使用快速励磁系统、安装制动电阻和快速阀门控制等。同步电机的暂态过程亚暂态过程几个电周期内，阻尼绕组影响显著暂态过程数十个电周期，磁链变化的过渡阶段稳态过程数秒至数分钟，系统达到新的平衡状态同步电机暂态过程研究的是电机在扰动下的电磁和机械暂态行为。根据时间尺度不同，可分为亚暂态、暂态和稳态三个阶段。亚暂态过程持续数个电周期（约0.1秒以内），主要考虑阻尼绕组和漏抗的影响，表现为短路电流的初始冲击和快速衰减。暂态过程持续数十个电周期（约0.1-3秒），此阶段磁通逐渐调整，电流呈较慢衰减，涉及转子主磁场的变化。稳态过程持续数秒至数分钟，系统最终达到新的平衡状态。暂态过程分析需要考虑同步电机的不同时间常数，如直轴暂态时间常数Td、直轴亚暂态时间常数Td等。这些参数直接影响电机的暂态性能。现代电力系统分析软件通常采用详细的同步电机模型，考虑各种暂态特性，进行电力系统的动态仿真。理解同步电机的暂态过程对于系统保护设计、稳定性分析和控制策略制定至关重要。三相突然短路时间(s)短路电流(标幺值)三相突然短路是同步发电机最严重的故障之一，也是研究电机暂态特性的标准工况。当同步发电机端子发生三相突然短路时，短路电流呈现复杂的暂态过程，包括直流分量和交流分量。交流分量又可分为亚暂态、暂态和稳态三个阶段，分别对应不同的等效电抗：亚暂态电抗Xd、暂态电抗Xd和同步电抗Xd。短路瞬间的电流可达额定电流的6-8倍，主要由亚暂态电抗决定。随后电流逐渐衰减，最终稳定在稳态短路电流值，由同步电抗决定。短路过程中，转子还会产生机械振荡和电磁转矩冲击，对机械结构造成严重应力。三相短路分析对于发电机设计、保护系统配置和电力系统稳定性研究具有重要意义。现代发电机需要经过严格的短路试验或仿真分析，验证其在短路条件下的机械和电气强度。失步和重新同步失步现象失步是指同步电机失去与电网的同步运行状态，转子速度不再等于同步速度。失步的主要原因包括：负载突变超过允许范围电网电压骤降或系统故障励磁系统故障或励磁不足启动过程中没有成功拖入同步失步时电机会产生强烈振动、异常噪声，电流急剧增大，功率剧烈振荡，对电机和电网造成严重冲击。重新同步重新同步是指失步电机恢复同步运行的过程。实现重新同步的方法包括：自动重新同步：在部分情况下，电机可通过自身阻尼作用恢复同步减小负载：降低机械负载，减轻电机负担增加励磁：提高电磁转矩，帮助拖入同步断电重启：严重失步情况下需完全断电再按启动程序重新启动现代同步电机配备失步保护装置，在检测到失步时快速切断电源，防止损坏。失步是同步电机运行中最严重的异常状态之一，不仅威胁电机安全，还可能引发电力系统连锁故障。失步时，转子与定子磁场不再保持相对静止