電力系統(tǒng)潮流分析

1、工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文目錄引言1第一章電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念21.1 同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性21.1.1 同步發(fā)電機(jī)的功角特性21.1.2 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性41.2 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定51.3 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定61.4 電力系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定71.5 電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定9第二章電力系統(tǒng)潮流原理分析112.1 電力系統(tǒng)潮流的概述112.2 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的運(yùn)行和分析112.2.1 簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)的電壓降落112.2.2簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)的功率損耗132.3 電力系統(tǒng)潮流的調(diào)整和控制162.3.1 電力系統(tǒng)無功功率的平衡162.3.2 無功功率與系統(tǒng)電壓的關(guān)系172.3.3 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡

2、19第三章電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)分析203.1 電力系統(tǒng)潮流分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介203.1.1 THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的介紹203.1.2 THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的簡(jiǎn)介223.2 電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)223.2.1 實(shí)驗(yàn)中公用的實(shí)驗(yàn)步驟說明233.2.2 復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流分布的典型結(jié)構(gòu)273.2.3 三相相間短路對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響283.2.4 切機(jī)、切負(fù)荷對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響283.2.5 原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響283.2.6 原動(dòng)機(jī)勵(lì)磁改變對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響283.2.7 原動(dòng)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響283.2.8電容補(bǔ)償對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓

3、的影響28引言在現(xiàn)代社會(huì)中，電能早已成為社會(huì)生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防等各行各業(yè)提供著不可缺少的動(dòng)力，它已經(jīng)像糧食、空氣一般，成為支撐現(xiàn)代社會(huì)文明的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。社會(huì)文明越發(fā)達(dá)，我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活就越離不開電能。因此，電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平已經(jīng)成為反映國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)。所謂電力系統(tǒng)，就是將分散在各個(gè)地區(qū)的發(fā)電廠通過電力網(wǎng)與分散在各負(fù)荷中心的用戶連接起來組成的系統(tǒng)，從而使發(fā)電、供電和用電成為了一個(gè)整體，并在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上具備了一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。（1）合理利用了資源，同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。（2）可以減少總負(fù)荷的峰值，充分地利用了系統(tǒng)的裝機(jī)容

4、量，從而減小了備用容量。（3）可以大大地提高供電可靠性和電能質(zhì)量。（4）可以采用高效率的、大容量的發(fā)電機(jī)組。電力系統(tǒng)的潮流分析是針對(duì)具體的電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)給定的負(fù)荷功率和電源母線電壓，分析網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓和各支路中的功率及功率損耗等相關(guān)方面的問題。在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中都要用到潮流分析與計(jì)算的結(jié)果，例如電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)潮流計(jì)算與分析的結(jié)果選擇導(dǎo)線的截面積和電氣設(shè)備，確定電力網(wǎng)主接線方案，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中電能的損耗和運(yùn)行費(fèi)用，進(jìn)行方案的經(jīng)濟(jì)性比較；電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)潮流分析與計(jì)算的結(jié)果制訂檢修計(jì)劃，校驗(yàn)電能質(zhì)量采取調(diào)頻和調(diào)壓措施，從而最終確定最佳的運(yùn)行方式，整定繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置。本

5、次設(shè)計(jì)主要是利用THLDK-2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和THLZD-2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置投切負(fù)荷、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)、勵(lì)磁改變、缺相運(yùn)行、進(jìn)相運(yùn)行及三相相間短路，利用設(shè)備得到上述狀況發(fā)生時(shí)的電力系統(tǒng)潮流分布圖，并對(duì)其進(jìn)行分析對(duì)比，驗(yàn)證復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流分布的影響因素，最終達(dá)到鍛煉對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力（包括對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，儀器、儀表的選擇與應(yīng)用的、能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的接線與操作、數(shù)據(jù)處理與誤差分析等方面的能力）的目的。第一章電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念判別電力系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的一個(gè)重要的標(biāo)志就是系統(tǒng)中的同步電機(jī)（主要是發(fā)電機(jī)）都處于同步運(yùn)行的狀態(tài)。這里所說的同

6、步運(yùn)行狀態(tài)就是指所有并聯(lián)運(yùn)行的同步電機(jī)都具有相同的角速度。在這種情況下，表征運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)接近于不變的數(shù)值，故通常將這種情況稱作穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴(kuò)大，往往會(huì)出現(xiàn)一些這樣的情況：在長距離的的交流輸電中，當(dāng)輸送的功率達(dá)到一定的數(shù)值之后，電力系統(tǒng)中微小的擾動(dòng)都有可能出現(xiàn)電流、電壓、功率等運(yùn)行參數(shù)的劇烈變化和振蕩的現(xiàn)象，這就表明系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)之間已經(jīng)失去了同步，電力系統(tǒng)已經(jīng)不能保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)了；又比如，當(dāng)電力系統(tǒng)中的某些個(gè)元件發(fā)生故障時(shí)，雖然自動(dòng)保護(hù)裝置已經(jīng)將故障元件切除，但是，電力系統(tǒng)在受到這種大的擾動(dòng)后，也有可能出現(xiàn)上述運(yùn)行參數(shù)的劇烈變化和振蕩現(xiàn)象；此外，甚至對(duì)于運(yùn)行人員

7、的某些正常操作，例如切除輸電線路、發(fā)電機(jī)等，也有可能會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的破壞。通常，人們一般把電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到干擾后能否繼續(xù)保持系統(tǒng)中同步電機(jī)（主要是指同步發(fā)電機(jī)）間同步運(yùn)行的問題，稱之為電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性問題。電力系統(tǒng)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性是根據(jù)受到干擾之后系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位移角（或者是發(fā)電機(jī)電勢(shì)之間的相角差）的變化規(guī)律來判斷的，因此，這種性質(zhì)的穩(wěn)定性又被稱為功角穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性如果遭受到破壞，將會(huì)造成大量用戶的供電中斷，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的瓦解，所產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重。因此，保持電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)于保持電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

8、1.1 同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性是由同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)特性及其電磁功率的變化特性共同決定的。1.1.1 同步發(fā)電機(jī)的功角特性對(duì)于一般的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如圖1-1-1所示，圖中所示的發(fā)電機(jī)G的出口電壓圖1-1-1簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖（a）系統(tǒng)圖；（b），（c）等值電路圖經(jīng)過升壓變壓器T1，雙回輸電線路l及降壓變壓器T2向系統(tǒng)S輸送功率。此時(shí)，我們?cè)O(shè)系統(tǒng)S的容量比發(fā)電機(jī)的容量大很多，即無論發(fā)電機(jī)G向系統(tǒng)側(cè)輸送多大的功率，系統(tǒng)S的母線電壓U的大小和相位都保持不變。在等值電路中，若發(fā)電機(jī)G的電勢(shì)為E，同步電抗用Xd來表示，如果忽略變壓器的勵(lì)磁電抗、線路電容和各元件的電阻，即認(rèn)為在功率傳輸過

9、程中沒有用功功率的損耗，則電力系統(tǒng)的總電抗X（即為發(fā)電機(jī)G和系統(tǒng)母線之間的轉(zhuǎn)移電抗）為X=Xd+XT1+Xl2+XT2（1-1-1）圖1-1-1中的（b）、（c）為（a）的等值電路。假設(shè)不計(jì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，即發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)E被認(rèn)為是常數(shù)，而其相位角可變。設(shè)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送的有功功率P為P=EUXsin（1-1-2）由式（1-1-2）可以看出，在發(fā)電機(jī)電勢(shì)E和系統(tǒng)電壓U恒定時(shí)，在給定的轉(zhuǎn)移阻抗下，發(fā)電機(jī)輸出的功率P是發(fā)電機(jī)電勢(shì)E和系統(tǒng)電壓U之間的夾角的正弦函數(shù)，如圖1-1-2所示。發(fā)電機(jī)輸送的功率極限出現(xiàn)在=90°時(shí)，其值為EUX。因?yàn)楣β蔖直接由決定，所以稱為功率角，簡(jiǎn)稱為

10、功角，故稱P=f（）為功率特性或者是功角特性。圖1-1-2 功角特性1.1.2 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性由于發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電勢(shì)E是由其轉(zhuǎn)子的主磁通0決定的，假設(shè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子只有一對(duì)磁極，則勵(lì)磁電壓與磁通之間的關(guān)系如圖1-1-3所示。E和U間的夾角也就是并列運(yùn)行的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線間的夾角，表征系統(tǒng)兩端發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的特性，在這個(gè)意義上，功角又可稱為“位置角”。圖1-1-3 勵(lì)磁電壓與磁通之間的關(guān)系圖在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子都是以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的，即所有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都具有機(jī)械角速度。當(dāng)傳輸?shù)墓β屎銥镻e時(shí)，此時(shí)的功角將恒為0，兩端發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線間的夾角也會(huì)保持不變。此時(shí)由原動(dòng)機(jī)

11、產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)矩MT（帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)）與發(fā)電機(jī)輸出有功功率所形成的電磁轉(zhuǎn)矩Me是相平衡的，并且原動(dòng)機(jī)提供的有功功率PT和發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率Pe也是相互平衡的，即為MT=Me（1-1-3）PT =Pe（1-1-4）并且功率和轉(zhuǎn)矩之間滿足下列關(guān)系PT=MTN=MTNP（1-1-5）Pe=MeN=MeNP（1-1-6）在式中：N和N分別為轉(zhuǎn)子的同步（或額定）機(jī)械角速度和同步（或額定）電角速度。如果原動(dòng)機(jī)的出力被增大到PT',形成功率增量P=PT'-Pe，則在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上也會(huì)形成轉(zhuǎn)矩增量M=MT'-Me，從而使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加速。根據(jù)旋轉(zhuǎn)剛體的力學(xué)定律可以得出J=M（1-1-7）

12、在式中：J為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，（kgm2）；為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角加速度，（rad/s2）；M為轉(zhuǎn)軸上的凈加速轉(zhuǎn)矩，（Nm）。將M=MT'-Me和=d2dt2代入式（1-1-7），可以得出描述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性的方程為Jd2dt2=MT'-Me（1-1-8）綜上可以得出：發(fā)電機(jī)的加速會(huì)使得功角增大。由圖1-1-2的功角特性可知，當(dāng)功角從0增大到，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率由Pe增大到Pe'=PT'時(shí)，功率和轉(zhuǎn)矩將會(huì)再次達(dá)到平衡，此時(shí)，功角將不再增大，系統(tǒng)將在增大后的功角下穩(wěn)定的運(yùn)行。1.2 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，一般指的是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行中受到微小的擾動(dòng)之后

13、，獨(dú)立恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)的一種能力。對(duì)于簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)，要具有運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性，就必須運(yùn)行在如圖1-1-2所示的功角特性的上升部分，即所處點(diǎn)的斜率大于0。因?yàn)樵谶@部分，電磁功率的增量Pe和角度的增量具有相同的符號(hào)。而在如圖1-1-2所示的功角特性的下降部分即所處點(diǎn)的斜率小于0，電磁功率的增量Pe和角度的增量總是具有相反的符號(hào)。所以，通常用比值Pe/的正負(fù)來判別系統(tǒng)在給定的平衡點(diǎn)處運(yùn)行時(shí)是否靜態(tài)穩(wěn)定性，也是說可以用Pe>0（1-2-1）來作為簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性的依據(jù)。寫成極限形式為dPed>0（1-2-2）dPed被稱為整步功率系數(shù)，整步功率系數(shù)大小可以說明系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的程

14、度。整步功率系數(shù)值越小，靜態(tài)穩(wěn)定的程度越低。整步功率系數(shù)等于0，則是穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界點(diǎn)，即靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)。在簡(jiǎn)單系統(tǒng)中靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功角就是功角特性的最大功率所對(duì)應(yīng)的功角。提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)鍵在于提高系統(tǒng)傳輸功率的極限值。從式（1-1-2）可知，提高功率極限的有效途徑有：提高系統(tǒng)電壓，提高發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)E和減少系統(tǒng)中各單元的電抗之和E。提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性還有許多其他的方法，例如改善原動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能，改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等。1.3 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，但是具有靜態(tài)穩(wěn)定性的電力系統(tǒng)在受到大的系統(tǒng)擾動(dòng)之后不一定能夠仍然保持穩(wěn)

15、定的運(yùn)行狀態(tài)。在這里所說的大擾動(dòng)，是相對(duì)于靜態(tài)穩(wěn)定中所提到的小干擾而言的。引起電力系統(tǒng)大的擾動(dòng)的原因主要有下列幾種：負(fù)荷的突然變化，例如投入和切除大容量的用戶等；投入或者電力系統(tǒng)中的主要元件，例如發(fā)電機(jī)、變壓器及線路等；系統(tǒng)中發(fā)生短路故障。其中，三相短路故障的擾動(dòng)最為嚴(yán)重，常常以此作為檢驗(yàn)系統(tǒng)是否能夠滿足暫態(tài)穩(wěn)定性要求的依據(jù)。電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，一般指的是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行的時(shí)候，在受到一個(gè)較大的擾動(dòng)之后，能夠從原來穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)（平衡點(diǎn)），在不失去同步的情況下過渡到一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，并且能夠在這個(gè)狀態(tài)下穩(wěn)定的運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)經(jīng)歷較大擾動(dòng)的電力系統(tǒng)，如果功角經(jīng)過振蕩之后能夠穩(wěn)定在某一固定的數(shù)值

16、，就表明并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間恢復(fù)了同步運(yùn)行，系統(tǒng)具有暫態(tài)穩(wěn)定性。若電力系統(tǒng)受到較大的干擾之后功角不斷地增大，則表明發(fā)電機(jī)之間已經(jīng)不再同步，系統(tǒng)失去了暫態(tài)穩(wěn)定。因此，可以將電力系統(tǒng)受大的擾動(dòng)之后功角隨時(shí)間變化的特性作為一個(gè)電力系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定性的判別依據(jù)。提高電力線系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的主要原理為：縮小減速加速面積，增大減速面積。也就是說要力爭(zhēng)減小擾動(dòng)量和縮短擾動(dòng)時(shí)間。具體的措施有：快速切除故障；采用自動(dòng)重合閘裝置；采用強(qiáng)行勵(lì)磁裝置和電氣制動(dòng)措施；控制原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。除此之外，還有很多提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法，例如對(duì)遠(yuǎn)距離輸電線路設(shè)中間開關(guān)站和采用強(qiáng)行串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)?。另外，目前正蓬勃發(fā)展的靈活

17、交流輸電技術(shù)也可以大幅度地提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。1.4 電力系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定電力系統(tǒng)的負(fù)荷是由國民經(jīng)濟(jì)各部門的用電負(fù)荷組成的。電力系統(tǒng)的負(fù)荷包括各式各樣的用電設(shè)備，如照明設(shè)備、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電熱電爐、整流設(shè)備等。在不同行業(yè)中這些用電設(shè)備所占比重也不相同。一般交流用電設(shè)備所消耗的功率包括有功功率和無功功率，其大小與其電源的電壓及頻率有關(guān)。這種關(guān)系成為負(fù)荷特性，它對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有重要影響。電力系統(tǒng)負(fù)荷特性是當(dāng)系統(tǒng)頻率及電壓緩慢變化的時(shí)候，地區(qū)負(fù)荷的有功功率及無功功率的變化情況，因此又叫負(fù)荷的靜特性。通常負(fù)荷的靜特性可以用電壓和頻率的多項(xiàng)式或指數(shù)函數(shù)來表示。負(fù)荷特性的多項(xiàng)式如下所示PL+j

18、QL=PL0a+bUU0+cUU02+jQ0e+bUU0+fUU02 (1-4-1)其中：PL0，QL0分別時(shí)電壓為U0時(shí)的負(fù)荷有功功率和無功功率；PL，QL分別是電壓為U時(shí)的負(fù)荷有功功率和無功功率；a,b,c,d,e,f為常數(shù)，由試驗(yàn)確定。負(fù)荷特性的指數(shù)表示形式為PL+jQL=PL0(UU0)NPV+jQL0(UU0)NQV (1-4-2)式中：NPV，NQV為常數(shù)，由試驗(yàn)確定。究竟采用多項(xiàng)式還是指數(shù)形式表示，要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況確定。電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的關(guān)系一般用負(fù)荷曲線來表示。根據(jù)持續(xù)的時(shí)間，負(fù)荷曲線可以分為日負(fù)荷曲線、周負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線；根據(jù)所涉及的范圍，負(fù)荷曲線個(gè)別用戶的負(fù)荷曲線

19、、變電站負(fù)荷曲線、電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線等。在電力系統(tǒng)負(fù)荷的主要成分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電負(fù)荷。在這類負(fù)荷負(fù)荷中，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷又占有主要成分。在電動(dòng)機(jī)負(fù)荷中，除一部分同步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷之外，大部分都是異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，同樣存在受到擾動(dòng)后能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行的穩(wěn)定性問題。異步電動(dòng)機(jī)作為一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，同樣也存在與轉(zhuǎn)矩平衡相關(guān)的運(yùn)行穩(wěn)定性問題。例如：當(dāng)負(fù)荷點(diǎn)的運(yùn)行電壓過低或者異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷過重的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)迅速減速以至于異步電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，從而破壞了負(fù)荷的正常運(yùn)行。在停轉(zhuǎn)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)吸收的有功功率會(huì)變得很小，這就會(huì)使電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)輸出功率發(fā)生變化，從而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，甚至

20、可能導(dǎo)致并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間失去同步。因此，負(fù)荷穩(wěn)定的問題，也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)重要方面。電力系統(tǒng)負(fù)荷的穩(wěn)定性指的就是負(fù)荷在正常運(yùn)行中受到擾動(dòng)之后能保持在某一恒定轉(zhuǎn)差下繼續(xù)運(yùn)行的能力。從機(jī)械轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性（如圖1-4-1所示）可以圖1-4-1 機(jī)械轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性看出，當(dāng)在a在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差增量s與不平衡轉(zhuǎn)矩M具有相同的方向，即M/s>0；而在b點(diǎn)運(yùn)行時(shí)兩者方向卻相反，即M/s<0。所以，我們可以用M/s>0來作為電力系統(tǒng)負(fù)荷靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。當(dāng)用功率的形式表示時(shí)，機(jī)械功率與轉(zhuǎn)差無關(guān)并且恒定時(shí)，極限形式的判據(jù)為dPeds>0（1-4-3）如果電力系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定被破壞，將使

21、負(fù)荷無法正常工作并從系統(tǒng)中被切除。大量負(fù)荷失去穩(wěn)定性，必將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。1.5 電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定發(fā)電機(jī)同步并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間相對(duì)的角運(yùn)動(dòng)規(guī)律作為判斷依據(jù)的，所以，發(fā)電機(jī)同步并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性也被稱作是功角穩(wěn)定性。但是，在實(shí)際的電力系統(tǒng)中還存在另一種性質(zhì)的穩(wěn)定問題，及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性問題。發(fā)電廠經(jīng)過一定距離的輸電線向負(fù)荷中心地區(qū)供電的系統(tǒng)中，當(dāng)電源電壓和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓會(huì)隨著負(fù)荷功率的增加而緩慢下降，如果負(fù)荷功率增加到一定的限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓將發(fā)生不可控制的急劇下降，這就是所謂的“電壓崩潰”現(xiàn)象。在實(shí)用計(jì)算中，可以采用如圖1-5-1所示的P-V

22、曲線作為分析電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的重要手段。圖1-5-1 受端功率和電壓的關(guān)系當(dāng)系統(tǒng)在P-V曲線的右半支運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓的下降可以換取網(wǎng)絡(luò)送達(dá)功率的增加，系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定的。但是有功功率的增加是有限度的，當(dāng)功率達(dá)到最大值Pmax時(shí)，也就是電壓穩(wěn)定的臨界點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)在P-V曲線的左半支運(yùn)行時(shí)，電壓的降低將會(huì)導(dǎo)致功率的減少，由于負(fù)荷本身所固有的動(dòng)態(tài)特性，將不能穩(wěn)定運(yùn)行。所以，dP/dV< 0（1-5-1）可以作為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的一種判據(jù)。在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，通過監(jiān)視各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的P-V曲線的變化和dP/dV判據(jù)的計(jì)算，可以對(duì)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有較清楚的認(rèn)識(shí)。嚴(yán)格地講，采用P-V曲

23、線進(jìn)行電壓穩(wěn)定性分析，并沒有考慮負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性的影響，只是把網(wǎng)絡(luò)傳送功率的極限點(diǎn)當(dāng)作電壓穩(wěn)定的臨界點(diǎn)。應(yīng)該明確的是，電力系統(tǒng)供電點(diǎn)介入的負(fù)荷代表了多種類型的用電設(shè)備和與其相關(guān)的配電網(wǎng)絡(luò)元件的組合，要確定綜合負(fù)荷的輸出功率是非常不容易的。若用一臺(tái)等值電動(dòng)機(jī)來代替綜合負(fù)荷，當(dāng)供電點(diǎn)電壓下降過多時(shí)，雖然從綜合負(fù)荷特性的角度來看仍能保持穩(wěn)定，但是個(gè)別電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備可能已經(jīng)失去了穩(wěn)定或者因電壓過低而退出運(yùn)行。大負(fù)荷或者大量的負(fù)荷失去穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)的有功負(fù)荷驟然減少，使得各發(fā)電機(jī)的有功功率發(fā)生較大的變化，從而引起發(fā)電機(jī)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)也可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的喪失。第二章電力系統(tǒng)潮流原理分

24、析2.1 電力系統(tǒng)潮流的概述電力系統(tǒng)潮流分析是研究和分析電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要是指分析電力系統(tǒng)在某一確定的運(yùn)行方式和接線方式下，系統(tǒng)中從電源到負(fù)荷各處的電壓、電流的大小和方向以及功率（包括有功功率和無功功率）的分布情況。通過對(duì)電力系統(tǒng)日常運(yùn)行的潮流進(jìn)行分析，從而制定出經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行方式。電力系統(tǒng)的潮流控制，包含有功潮流控制和無功潮流控制。在電力網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)的每一種結(jié)構(gòu)都有其自身的特點(diǎn)，因此，潮流控制對(duì)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都具有十分重要的意義。2.2 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的運(yùn)行和分析電力系統(tǒng)在正常的運(yùn)行情況下，運(yùn)行、管理和調(diào)度人員需要清楚地了解在給定的運(yùn)行方式下各母線的電壓是否滿足要

25、求，系統(tǒng)中的功率分布是否合理，元件是否過載，系統(tǒng)有功損耗、無功損耗各是多少等等情況。2.2.1 簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)的電壓降落電力網(wǎng)等值電路由線路和變壓器的等值電路組成。電力網(wǎng)等值電路中通過同一個(gè)電流的阻抗單元（或支路），成為一個(gè)電力網(wǎng)環(huán)節(jié)。任何復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)都可由一系列的電力網(wǎng)環(huán)節(jié)集合而成。當(dāng)功率（或電流）通過電力網(wǎng)環(huán)節(jié)時(shí)，環(huán)節(jié)的阻抗上就會(huì)產(chǎn)生電壓降，并產(chǎn)生功率損耗，使電力網(wǎng)環(huán)節(jié)首、末端的電壓不相等，功率也不相同。如果不考慮不考慮線路的并聯(lián)支路，則線路的等值電路如圖2-2-1所示。電圖2-2-1 電力線路串聯(lián)支路等值電路圖壓降落是首末端電壓的向量差，以節(jié)點(diǎn)2（即受端）的相電壓為參考向量。則可以求出節(jié)

26、點(diǎn)1（即始端）的相電壓。線路的電壓向量圖如圖2-2-2所示。圖2-2-2 電力線路串聯(lián)支路向量圖在單相電路中有U1=U2+dUdU為線路的電壓降落dU=IR+jX=S2U2R+jX=P2-Q2U2R+jX=P2R+Q2XU2+jP2X-Q2RU2上式中的實(shí)部成為電壓降落的縱分量，一般用U表示，其數(shù)值為U=P2R+Q2XU2（2-2-1）上式中的虛部稱為電壓降落的橫分量，一般用U表示，其數(shù)值為U=P2X-Q2RU2（2-2-2）由向量圖可以求得始端電壓幅值和相位角為U1=（U2+U）2+（U）2（2-2-3）=arctanUU2+U（2-2-4）電壓損耗為首末端的電壓幅值之差U=U1-U2（2-

27、2-5）當(dāng)線路較短的時(shí)候，線路兩端的相角差一般不大，可以忽略電壓降落的橫分量。所以可以近似地認(rèn)為U1=U2+U=U2+P2R+Q2XU2（2-2-6）由此可見，可以近似地用電壓降落的縱分量U來表示線路始末端的電壓損耗。以上的公式是以單相功率和相電壓推導(dǎo)得出的，在電力系統(tǒng)潮流分析中常用三相功率和線電壓。在式（2-2-1）（2-2-6）中將相電壓改為線電壓，單相功率換成三相功率，上述關(guān)系仍然成立。需要明確的是：在高壓輸電系統(tǒng)中，電壓降落的縱分量U主要取決于元件所輸送的無功功率Q；電壓降落的橫分量主要取決于元件所輸送的有功功率P。元件兩端電壓的大小之差（電壓損耗）主要取決于無功功率Q，相交之差主要取

28、決于有功功率P。2.2.2簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)的功率損耗當(dāng)線路流過功率或電流時(shí)，在輸電線路的電阻和電抗上就必然產(chǎn)生功率損耗。在圖2-2-3所示的中，所表示的就是輸電線路的型等值電路。圖2-2-3 輸電線路的型等值電路設(shè)SZ'為串聯(lián)支路三相功率損耗，S2'為串聯(lián)支路的末端功率，則有SZ=3I2（R+jX）=P2'2+Q2'2U22（R+jX）（2-2-7）設(shè)SY2'為線路末端并聯(lián)支路消耗的功率，則有SY2=3U2IY2=3U2U23jB2*=-jU22B2（2-2-8）由此可見，輸電線路的并聯(lián)支路消耗的是容性無功功率，即為發(fā)出感性無功功率，它的大小與所加電壓的平方

29、成正比關(guān)系，而與在線路上流過的負(fù)荷沒有直接關(guān)系，即使是線路空載，也會(huì)存在這一功率，所以這一功率也被稱為是充電功率。設(shè)SY1'為線路始端并聯(lián)支路消耗的功率，同理則有SY1'=-jU12B2（2-2-9）U1=U2+P2'R+Q2'XU2+jP2'X-Q2'RU2P2'+jQ2'=P2+jQ2-jU12B2（2-2-10）線路的功率損耗為S=P+jQ=P2'2+Q2'2U22R+jX-jU12B2- jU22B2（2-2-11）線路的電壓損耗為U=P2'R+Q2'XU2（2-2-12）在高壓電網(wǎng)中，一般

30、RX，所以電壓降落主要由無功功率流過電抗的時(shí)候產(chǎn)生。有式（2-2-7）可以看出，即使輸電線路不輸送有功功率（即P2'=0），同樣會(huì)存在用功功率的損耗，這就意味著有能量的損耗。所以為了避免過大的電壓降落，避免有功功率損耗的增加，在電力系統(tǒng)中，一般采用就地平衡的原則，從而避免遠(yuǎn)距離傳送無功功率。當(dāng)輸電線路輕載時(shí)，串聯(lián)支路消耗的無功功率可能會(huì)小于并聯(lián)支路的充電功率。通過式（2-2-10）可以看出此時(shí)的Q2'為負(fù)值，帶入式（2-2-12）可以得到U也為負(fù)值。也就是說，此時(shí)出現(xiàn)了線路始端電壓低于線路末端電壓的情況。在超高壓輸電線路中，線路的充電功率比較大，而輸電線路輸送功率的功率因數(shù)比較

31、高，輸送的無功功率通常比較小，在嚴(yán)重的情況下，輸電線路末端電壓的升高會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的危害，這是不允許的。為了在輸電線路空載或者輕載時(shí)吸收充電功率，避免線路上出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象，常常在超高壓網(wǎng)中線路末端接并聯(lián)電抗器來解決這個(gè)問題。通過圖2-2-2可以看出，在高壓網(wǎng)絡(luò)中，如果RX時(shí)，就有U1sin=IXcos將此式的兩邊同時(shí)乘以U2，即U1U2sin=IU2cosX則有P2=U1U2Xsin通過上式，可以說明當(dāng)輸電線路U1，U2一定時(shí)，P2的大小由U1，U2之間的夾角決定。當(dāng)U1超前U2一定的角度時(shí)，>0，P2>0，即有功功率從電壓向量超前的一端流向電壓向量滯后的一端。通過圖2-2

32、-2還可以看出，U1sin=U2+IXcos將上式進(jìn)行變換，可以得到U2（U1sin-U2）=IU2cosX則Q2=U2（U1sin-U2）XU2（U1-U2）X由此可見，在輸電線路上流過的Q2的大小由U1和U2的幅值所決定。當(dāng)U1>U2的時(shí)候，Q2>0，即無功功率從電壓幅值大的一端流向電壓幅值小的一端。對(duì)于變壓器，可以按照同樣的原理，利用變壓器的等值電路計(jì)算變壓器的電壓降落和功率損耗，假設(shè)變壓器的等值電阻為RT，等值電抗為XT。則變壓器并聯(lián)支路功率損耗為STY=U12（GT+jBT）（2-2-13）變壓器的總功率損耗為PT=P22+Q22U22RT+U12GT (2-2-14)Q

33、T=P22+Q22U22XT+U12BT (2-2-15)綜合上述等式可以看出，變壓器的有功功率損耗和無功功率損耗是由兩部分組成的：一部分是其與通過的負(fù)荷平方成正比的損耗；另一部分是與負(fù)荷無關(guān)的分量。并且，變壓器的并聯(lián)支路是電感性的，因此，變壓器消耗的是感性無功功率。2.3 電力系統(tǒng)潮流的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)潮流的控制，包含有有功功率的潮流控制和無功功率的潮流控制。在電力網(wǎng)絡(luò)中，各種結(jié)構(gòu)都有自身的特點(diǎn)，因此，電力系統(tǒng)的潮流控制對(duì)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定、電力系統(tǒng)的的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都具有十分重要的意義。由于電力系統(tǒng)潮流的控制包括有功潮流控制和無功潮流控制，下面將著重分析電力系統(tǒng)的有功功率和無功功率及它們的調(diào)

34、整，繼而說明電力系統(tǒng)潮流的調(diào)整與控制。2.3.1 電力系統(tǒng)無功功率的平衡電力系統(tǒng)中對(duì)無功功率平衡的基本要求為：系統(tǒng)中的無功電源可能發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或者是等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和。為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和適應(yīng)無功負(fù)荷的增長，系統(tǒng)還必須配用一定的無功備用容量。假設(shè)QGC為電源所供應(yīng)的無功功率之和，QLD為無功負(fù)荷之和，QL為網(wǎng)絡(luò)中無功功率的損耗之和，Qres為無功功率的備用，則整個(gè)系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式為QGC-QLD-QL=Qres（2-3-1）當(dāng)Qres>0時(shí)，表示系統(tǒng)中的無功功率可以平衡并且還有適量的備用容量；當(dāng)Qres<0表示系統(tǒng)中的無功功率

35、不足，應(yīng)該考慮加設(shè)無功功率的補(bǔ)償裝置。系統(tǒng)中無功電源的總出力QGC包括發(fā)電機(jī)的無功功率QG和各種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率QC，即為QGC=QG+QC（2-3-2）一般情況下，要求發(fā)電機(jī)在額定功率因數(shù)或其附近處運(yùn)行，所以可以按照額定功率因數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)所發(fā)出的無功功率。如果此時(shí)系統(tǒng)的無功功率能夠平衡，則發(fā)電機(jī)就保持有一定的無功備用，這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的有功功率是留有備用的。另外，調(diào)相機(jī)和靜電電容器等無功補(bǔ)償裝置是按額定容量來計(jì)算其無功功率的。系統(tǒng)中總的無功負(fù)荷QLD是按負(fù)荷的有功功率和功率因數(shù)來計(jì)算的。為了減少在輸送無功功率的過程中引起的網(wǎng)損，我國有關(guān)技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定，對(duì)5kV及以上的電壓等級(jí)直接供電的工業(yè)

36、負(fù)荷，功率因數(shù)要達(dá)到0.90以上，對(duì)其他的負(fù)荷，功率因數(shù)要不低于0.85.網(wǎng)絡(luò)中總無功功率的損耗QL包括變壓器的無功損耗QLT、線路電抗的無功損耗QL和線路電納的無功功率QB（一般情況下，只計(jì)算110kV及以上電壓線路的充電功率），即為QL=QLT+QL+QB（2-3-3）如果從改善電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損的角度來考慮，應(yīng)該盡量避免通過電網(wǎng)元件大量地傳送無功功率。所以，僅僅從全系統(tǒng)的角度來進(jìn)行無功功率的平衡是不夠的，更重要的應(yīng)該采取分地區(qū)分電壓等級(jí)進(jìn)行無功功率平衡的方法。電力系統(tǒng)在不同的運(yùn)行的方式下，可能會(huì)分別出現(xiàn)無功功率不足和無功功率過剩的情況。所以，在采取補(bǔ)償措施的時(shí)候應(yīng)該做到統(tǒng)籌兼顧：選用既能

37、吸收無功功率又能發(fā)出無功功率的補(bǔ)償裝置。當(dāng)擁有大量超高壓線路的大型電力系統(tǒng)在負(fù)荷的低谷運(yùn)行的時(shí)候，無功功率往往是過剩的，這就會(huì)導(dǎo)致電壓升高并且可能超出允許的范圍。為了改善系統(tǒng)中的電壓質(zhì)量，除了借助各類補(bǔ)償設(shè)備之外，還應(yīng)該考慮發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行。2.3.2 無功功率與系統(tǒng)電壓的關(guān)系在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，系統(tǒng)電源的無功出力在任何時(shí)候都同負(fù)荷的無功功率與網(wǎng)絡(luò)的無功損耗之和相等，即QGC=QLD+QL（2-3-4）下面將用一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)來說明系統(tǒng)在無功功率平衡時(shí)的電壓水平。若一隱極發(fā)電機(jī)經(jīng)過一段線路向負(fù)荷供電，并且略去各元件的電阻，X表示發(fā)電機(jī)與線路的電抗之和，等值電路如圖2-3-1所示。假定發(fā)電機(jī)和

38、負(fù)荷的有功功率為固定值。則由該模型的向量圖（如圖2-3-2所示）可以得到發(fā)電機(jī)輸送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率為P=VIcos=EVXsinQ=VIsin=EVXcos-V2X當(dāng)P為一固定值時(shí)，可以得到Q=(EVX)2-P2-V2X（2-3-5）當(dāng)電勢(shì)E為一固定值的時(shí)候，無功功率Q與系統(tǒng)電壓V的關(guān)系如圖2-3-3中曲線1所示，它是一條開口向下的拋物線。由于負(fù)荷的主要成分是異步電動(dòng)機(jī)，所以它的無功電壓特性如圖2-3-3中曲線2所示。這兩條曲線的交點(diǎn)a處的電壓值就是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓值Va，即在電壓Va處達(dá)到了系統(tǒng)的無功功率平衡。圖2-3-1 系統(tǒng)的等值電路圖2-3-2 系統(tǒng)的向量圖圖2-3-3 通過無功功率平衡

39、確定電壓當(dāng)電力系統(tǒng)中的負(fù)荷增加時(shí)，其無功電壓特性就如曲線2'所示。如果系統(tǒng)中的無功電源沒有相應(yīng)的增加，即電源的無功特性依然是曲線1，則曲線1和2'的交點(diǎn)a'就是此時(shí)的無功平衡點(diǎn)，新的平衡點(diǎn)的電壓為Va，顯然Va<Va。這就說明，在負(fù)荷增加之后，系統(tǒng)現(xiàn)有的無功電源已經(jīng)不能滿足在電壓Va下無功功率平衡的需要，為獲取新的無功平衡，只好降壓運(yùn)行。如發(fā)電機(jī)具有充足的無功備用，則可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流增大發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E，使得曲線1上移到曲線1'的位置，從而使在新的平衡點(diǎn)c處的電壓接近甚至是到達(dá)Va，最終保持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。綜上所述可以得出這樣的結(jié)論：系統(tǒng)中充足的無功備用

40、，能夠滿足系統(tǒng)在較高電壓水平下無功平衡的需求，保證系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行電壓水平；否則，就表現(xiàn)為系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平偏低。因此，在應(yīng)該盡量保證電力系統(tǒng)在額定電壓下運(yùn)行，并且根據(jù)這個(gè)要求裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。2.3.3 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中的頻率的變化是由于作用在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩不平衡所引起的。如果機(jī)械轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，則頻率升高；反之頻率下降。發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率是由系統(tǒng)的負(fù)荷、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)所決定的，這些因素的變化是隨機(jī)的、瞬時(shí)的。然而，發(fā)電機(jī)輸入的機(jī)械功率則是由原動(dòng)機(jī)的汽門或者是導(dǎo)水葉的開度決定的，這些又受控于原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)汽門或?qū)~的速度相對(duì)遲緩，

41、無法適應(yīng)發(fā)電機(jī)電磁功率的變化。因此嚴(yán)格保證系統(tǒng)頻率為額定頻率是不實(shí)際的，故通常規(guī)定一個(gè)允許的頻率偏移范圍。為了保證頻率的偏移不超過所允許的值，需要在系統(tǒng)負(fù)荷變化或由其他原因造成電磁轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，盡量使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率平衡。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和PG，在任何時(shí)候都是與系統(tǒng)中的總負(fù)荷PD是相平衡的。其中系統(tǒng)中的總負(fù)荷PD包括用戶的有功負(fù)荷PLD 、廠用電有功負(fù)荷Ps以及網(wǎng)絡(luò)的有功損耗PL，即為PG-PD=PG-（PLD +Ps+PL）=0 （2-3-6）為保證電力系統(tǒng)能夠安全、優(yōu)質(zhì)的供電，電力系統(tǒng)的有功功率平衡必須在額定的運(yùn)行參數(shù)下確定，而且還

42、應(yīng)具有一定的備用容量。備用容量按照其作用可以分為負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用，按照其存在形式可分為旋轉(zhuǎn)備用和冷備用。電力系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?，就為保證其安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行準(zhǔn)備了必要的條件。第三章電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)分析3.1 電力系統(tǒng)潮流分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及的實(shí)驗(yàn)中共用到了THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以下是這兩種設(shè)備的簡(jiǎn)要介紹。3.1.1 THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的介紹THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一套集多種功能于一體的綜合型實(shí)驗(yàn)裝置，能夠充分展示現(xiàn)代電能發(fā)出和輸送全過程的工作原理。

43、這套實(shí)驗(yàn)裝置由THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)、THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜、無窮大系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組和三相可調(diào)負(fù)載箱等組成。THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)包含有以下單元：1、輸電線路單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的輸電線路單元采用的是雙回路輸電線路，其中每回線路分兩段，并在中間設(shè)置有開關(guān)站，可以構(gòu)成四種不同的聯(lián)絡(luò)阻抗。輸電線路的具體結(jié)構(gòu)如圖3-1-1所示。圖3-1-1 輸電線路結(jié)構(gòu)圖2、微機(jī)線路保護(hù)單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的微機(jī)線路保護(hù)單元主要采用的是TSL-300/01微機(jī)線路保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)線路保護(hù)和自動(dòng)重合閘等功能，被用于配合輸電線路完成穩(wěn)態(tài)非

44、全相運(yùn)行和暫態(tài)穩(wěn)定等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。3、控制方式選擇單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制方式選擇單元主要包括發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式、同期方式和勵(lì)磁方式的選擇，可以通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上的凸輪開關(guān)旋鈕來實(shí)現(xiàn)不同的控制方式。4、監(jiān)測(cè)儀表單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的監(jiān)測(cè)儀表單元采用的均為模擬式儀表，所測(cè)量的信號(hào)均為交流信號(hào)。5、指示單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的指示單元包括光字牌指示和并網(wǎng)指示。6、設(shè)置單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)置單元包括合閘時(shí)間設(shè)置、短路故障類型設(shè)置以及短路時(shí)間設(shè)置。7、外圍設(shè)備接口單元THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜包括的單元有

45、：1、測(cè)量儀表單元；THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜的測(cè)量儀表單元采用的是指針式的測(cè)量儀表，能夠測(cè)量的電量參數(shù)有：原動(dòng)機(jī)電樞電壓，原動(dòng)機(jī)電樞電流，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和單相電源電壓。2、原動(dòng)機(jī)控制單元；THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜的原動(dòng)機(jī)控制單元包括有：原動(dòng)機(jī)電源，ZKS-15型調(diào)速器和THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置。3、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁單元；THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁單元包括有：勵(lì)磁電源、THLCL-1型常規(guī)勵(lì)磁裝置、THLWL-3型微機(jī)勵(lì)磁裝置和波形觀測(cè)孔。4、準(zhǔn)同期單元；THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜的準(zhǔn)同期單元包括THLWZ-2型微機(jī)準(zhǔn)同期裝置

46、。5、外圍設(shè)備接口單元；6、電源單元。THLZD2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜的電源單元具有三個(gè)微型斷路器，他們是：總電源、三相電源盒單相電源。3.1.2 THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的簡(jiǎn)介THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)高度自動(dòng)化的、開放式多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是建立在THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)之上，將多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)聯(lián)接成一個(gè)復(fù)雜多變的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并配置微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)“四遙”功能，還結(jié)合教學(xué)，提供電力系統(tǒng)潮流系統(tǒng)分析。THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能反映現(xiàn)代電能的發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的全過程，能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的高度自動(dòng)化

47、、信息化和數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制、監(jiān)視、保護(hù)和調(diào)度的自動(dòng)化。THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)如下所示：1、系統(tǒng)開放化，具有很好的擴(kuò)展性。2、結(jié)構(gòu)微機(jī)化，各裝置及相關(guān)電量均由微機(jī)監(jiān)測(cè)和控制。3、監(jiān)控屏幕化，模擬實(shí)際調(diào)度運(yùn)行界面，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、清晰，能打印各種運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控軟件采用北京力控組態(tài)軟件，功能強(qiáng)大，方便二次開發(fā)。4、功能綜合化，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多。5、電力系統(tǒng)潮流結(jié)構(gòu)多樣，提供各種模型分析。THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)和模擬無窮大系統(tǒng)三大部分組成，與多臺(tái)THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配合共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本套開放式多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)

48、綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由N臺(tái)（最多為5臺(tái)）相當(dāng)于實(shí)際電力系統(tǒng)中發(fā)電廠的“THLZD2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”、1臺(tái)相當(dāng)于實(shí)際電力系統(tǒng)調(diào)度中心的“THLDK2型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”、6條不同長度的輸電線路和4組功率不同的負(fù)荷、三繞組聯(lián)絡(luò)變壓器以及模擬無窮大系統(tǒng)等組成。整個(gè)一次系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)靈活多變的多機(jī)環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)，便于進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)分析。3.2 電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)為分析有關(guān)電力系統(tǒng)潮流分布的影響因素，在本次設(shè)計(jì)中總共設(shè)置了六個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和驗(yàn)證，這六個(gè)實(shí)驗(yàn)分別是：復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流分布的典型結(jié)構(gòu)；三相相間短路對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響；切機(jī)、切負(fù)荷對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響；原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)對(duì)復(fù)雜電力系

49、統(tǒng)潮流的影響；原動(dòng)機(jī)勵(lì)磁改變對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響；原動(dòng)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的影響；電容補(bǔ)償對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的影響。3.2.1 實(shí)驗(yàn)中公用的實(shí)驗(yàn)步驟說明一、發(fā)電機(jī)組的起勵(lì)建壓先將實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電源插頭插入控制柜左側(cè)的大四芯插座（兩個(gè)大四芯插座可通用）。接著依次打開控制柜的“總電源”、“三相電源”和“單相電源”的電源開關(guān)；再打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“三相電源”和“單相電源”開關(guān)。將控制柜上的“原動(dòng)機(jī)電源”開關(guān)旋到“開”的位置，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)”光字牌點(diǎn)亮，同時(shí)，原動(dòng)機(jī)的風(fēng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出“呼呼”的聲音。按下THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置面板上的“自動(dòng)/手動(dòng)”鍵，選定“自動(dòng)”方式，開機(jī)默認(rèn)方式為“自動(dòng)

50、方式”。按下THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置面板上的“啟動(dòng)”鍵，此時(shí)，裝置上的增速燈閃爍，表示發(fā)電機(jī)組正在啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到1500rpm時(shí)，THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置面板上的增速燈熄滅，啟動(dòng)完成。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近或略超過1500rpm時(shí)，可手動(dòng)調(diào)整使轉(zhuǎn)速為1500rpm，即：按下THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置面板上的“自動(dòng)/手動(dòng)”鍵，選定“手動(dòng)”方式，此時(shí)“手動(dòng)”指示燈會(huì)被點(diǎn)亮。按下THLWT-3型微機(jī)調(diào)速裝置面板上的“”鍵或“”鍵即可調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)起勵(lì)建壓有三種方式，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選定。一是手動(dòng)起勵(lì)建壓；一是常規(guī)起勵(lì)建壓；一是微機(jī)勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)建壓后的值可由用戶設(shè)置，此處設(shè)定為發(fā)

51、電機(jī)額定電壓400V，具體操作如下：手動(dòng)起勵(lì)建壓1) 選定“勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式”和“勵(lì)磁電源”。將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式”旋鈕旋到“手動(dòng)調(diào)壓”，“勵(lì)磁電源”旋鈕旋到“他勵(lì)”。2) 打開勵(lì)磁電源。將控制柜上的“勵(lì)磁電源”打到“開”。3) 建壓。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“手動(dòng)調(diào)壓”旋鈕，逐漸增大，直到發(fā)電機(jī)電壓（線電壓）達(dá)到設(shè)定的發(fā)電機(jī)電壓。常規(guī)勵(lì)磁起勵(lì)建壓1) 選定“勵(lì)磁方式”和“勵(lì)磁電源”。將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“勵(lì)磁方式”旋鈕旋到“常規(guī)控制”，“勵(lì)磁電源”旋鈕旋到“自并勵(lì)”或“他勵(lì)”。2)重復(fù)手動(dòng)起勵(lì)建壓步驟3) 勵(lì)磁電源為“自并勵(lì)”時(shí)，需起勵(lì)才能使發(fā)電機(jī)建壓。先逐漸增大給定，可調(diào)節(jié)THLCL-2常規(guī)可控勵(lì)磁裝置面

52、板上的“給定輸入”旋鈕，逐漸增大到3.5V左右，按下THLCL-2常規(guī)可控勵(lì)磁裝置面板上的“起勵(lì)”按鈕然后松開，可以看到控制柜上的“發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓”表和“發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流”表的指針開始擺動(dòng)，逐漸增大給定，直到發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到設(shè)定的發(fā)電機(jī)電壓。4) 勵(lì)磁電源為“他勵(lì)”時(shí)，無需起勵(lì)，直接建壓。逐漸增大給定，可調(diào)節(jié)THLCL-2常規(guī)勵(lì)磁裝置面板上的“給定輸入”旋鈕，逐漸增大，直到發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到設(shè)定的發(fā)電機(jī)電壓。微機(jī)勵(lì)磁起勵(lì)建壓1) 選定“勵(lì)磁方式”和“勵(lì)磁電源”。將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“勵(lì)磁方式”旋鈕旋到“微機(jī)控制”，“勵(lì)磁電源”旋鈕旋到“自并勵(lì)”或“他勵(lì)”。2) 檢查THLWL-3微機(jī)勵(lì)磁裝置顯示菜單的“系統(tǒng)設(shè)

53、置”的相關(guān)參數(shù)和設(shè)置。具體如下：“勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式”設(shè)置為實(shí)驗(yàn)要求的方式，此處為“恒Ug”。“恒Ug預(yù)定值”設(shè)置為設(shè)定的發(fā)電機(jī)電壓，此處為發(fā)電機(jī)額定電壓?！盁o功調(diào)差系數(shù)”設(shè)置為“+0”具體操作見THLWL-3微機(jī)勵(lì)磁裝置使用說明書。3)按下THLWL-3微機(jī)勵(lì)磁裝置面板上的“啟動(dòng)”鍵，發(fā)電機(jī)開始起勵(lì)建壓，直至THLWL-3微機(jī)勵(lì)磁裝置面板上的“增磁”指示燈熄滅，表示起勵(lì)建壓完成。二、發(fā)電機(jī)組的停機(jī)減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁至0。按下THLWT-3微機(jī)調(diào)速器裝置面板上的“停止”鍵。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速減為0時(shí)，將THLZD-2電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化控制柜面板上的“勵(lì)磁電源”打到“關(guān)”，“原動(dòng)機(jī)電源”打到“關(guān)”。三、發(fā)電機(jī)組

54、并網(wǎng)首先投入無窮大系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式”切至“并網(wǎng)”方式。打開控制柜的“總電源”、“三相電源”和“單相電源”的電源開關(guān)；再打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“三相電源”和“單相電源”開關(guān)。發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的線路有“單回”和“雙回”可選。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選定一種，此處選“單回”。單回：斷路器QF1和QF3（或者QF2、QF4和QF6）處于“合閘”狀態(tài)，其他處斷路器處于“分閘”狀態(tài)；雙回：斷路器QF1、QF2、QF3、QF4和QF6處于“合閘”狀態(tài)，其他處斷路器處于“分閘”狀態(tài)。合上斷路器QF7，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的手柄，逐漸增大輸出電壓，直到接近發(fā)電機(jī)電壓。投入同期表。將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“同期表控制”旋鈕打到“投入”狀態(tài)。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)有三種方式，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選定。一是手動(dòng)并網(wǎng)；一是半自動(dòng)并網(wǎng)；一是自動(dòng)并網(wǎng)。為了保證發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)后不進(jìn)相運(yùn)行，并網(wǎng)前應(yīng)使發(fā)電機(jī)的頻率和電壓略大于系統(tǒng)的頻率和電壓。手動(dòng)并網(wǎng)所謂“手動(dòng)并網(wǎng)