華中科技大學(xué)-電氣工程基礎(chǔ)課件(熊銀信)-第9章-現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行

1、第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整 第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率與電壓的調(diào)整 第三節(jié) 電力網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性 第四節(jié) 電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,第九章 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行,第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整,一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡 二、電力系統(tǒng)有功功率的分配 三、電力系統(tǒng) 的頻率調(diào)整,總裝機(jī)容量：所有發(fā)電機(jī)的額定容量之和 有功電源容量：系統(tǒng)中可投入發(fā)電設(shè)備的總?cè)萘恐?備用容量：系統(tǒng)的電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分 為保證供電可靠性和電能質(zhì)量、以及有功功率的經(jīng)濟(jì)分配，發(fā)電廠必須有足夠的備用容量。一般要求備用容量達(dá)最大發(fā)電負(fù)荷的15%30%,1有功功率負(fù)荷 ： 負(fù)荷變動幅度小，周期又很短(如P1)，這種

2、負(fù)荷的變動具有很大的偶然性； 負(fù)荷變動幅度較大，周期也較長（如P2）工業(yè)中大電機(jī)、電爐、延壓機(jī)、電氣機(jī)車等用戶的開停，它們具有一定的沖擊性； 負(fù)荷變動幅度最大，周期也最長，且變化較緩慢（如P3）人們生產(chǎn)、生活及氣象條件的變化等引起的，這種負(fù)荷變化基本上可以預(yù)計。,一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡,二、電力系統(tǒng)有功功率的分配,1、有功電源的最優(yōu)組合 指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā) 電廠的合理組合，包括機(jī)組的最優(yōu)組合順序，機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量和機(jī)組的最優(yōu)開停時間。 2、有功負(fù)荷在運行機(jī)組 間的最優(yōu)分配 指系統(tǒng)的有功負(fù)荷在各運行的發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠間的合理分配。,3、分配原則： 充分合理利用水利資源，盡量避免棄水；最大

3、限度地降低火電廠煤耗，并充分發(fā)揮高效機(jī)組的作用；降低火力發(fā)電的成本，執(zhí)行國家的有關(guān)燃料政策，減少燒油，增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛骸?三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整,1、頻率調(diào)整的必要性 頻率是衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)之一，頻率質(zhì)量下降的危害： 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率； 各種電氣設(shè)備均按額定頻率設(shè)計； 頻率降低，無功損耗增加，無功平衡和電壓調(diào)整變得困難。 2、電力系統(tǒng)的頻率特性 電源有功功率的靜態(tài)頻率特性,電源有功功率靜態(tài)頻率特性：發(fā)電機(jī)組的原動機(jī)機(jī)械功率與角速度或頻率的關(guān)系 無調(diào)速系統(tǒng)時：Pm=C1C22=C1fC2f 2 有調(diào)速系統(tǒng)時：原動機(jī)的靜態(tài)頻特性成為一族曲線。此時發(fā)電機(jī)輸出功率與頻率關(guān)系的曲線近似

4、地用直線表示，稱為發(fā)電機(jī)組的功率一頻率靜態(tài)特性。,電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性 負(fù)荷模型中，負(fù)荷與頻率的關(guān)系可用多項式表示：,頻率的二次調(diào)整 選定系統(tǒng)中的一個或幾個電廠擔(dān)負(fù)二次調(diào)頻任務(wù)，擔(dān)負(fù)二次調(diào)頻任務(wù)的電廠稱為調(diào)頻廠。 調(diào)頻廠的條件： 具有足夠的容量； 具有較快的調(diào)整速度； 調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性要好。 火電廠受鍋爐技術(shù)最小負(fù)荷的限制，可調(diào)容量僅為其額定容量的30%75% 水電廠的調(diào)整容量大于火電廠，水電廠的調(diào)整速度較快，且適宜承擔(dān)急劇變動的負(fù)荷。 一般應(yīng)選擇系統(tǒng)中容量較大的水電廠作為調(diào)頻廠。若水電廠調(diào)節(jié)容量不足或無水電廠時，可選中溫中壓火電廠作為調(diào)頻廠。,第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率與電壓的調(diào)整,一

5、、電力系統(tǒng)的無功功率平衡 二、中樞點的電壓管理 三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施,無功功率與電壓的關(guān)系,一、電力系統(tǒng)的無功平衡 1. 無功電源： 包括發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器等。 發(fā)電機(jī)： 額定狀態(tài)下發(fā)出的無功功率： QGN=SGNsinN=PGNtgN,非額定功率因素有功與無功的關(guān)系： OA代表發(fā)電機(jī)額定電壓 ；AC代表在發(fā)電機(jī)電抗Xd上引起的電壓降，正比于定子額定電流，所以亦正比于發(fā)電機(jī)的額定視在功率SGN；AC在縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)上的投影分別正比于發(fā)電機(jī)的額定有功功率PGN和額定無功功率QGN 。C點表示發(fā)電機(jī)的額定運行點 ；OC發(fā)電機(jī)電勢，它正比于發(fā)電機(jī)的額定激磁電流。,發(fā)電機(jī)變功

6、率因數(shù)運行的限制： 轉(zhuǎn)子電流不能超過額定值 BC 定子電流不能超過額定值 ECD 汽輪機(jī)出力的限制 HC 故實際運行軌跡：HCB,分析： 當(dāng)運行于HC，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率低于額定運行情況下的無功輸出。 運行于BC段時，在降低功率因數(shù)、減少有功輸出的情況下，可多發(fā)無功功率。 只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)(即C點)下運行時，發(fā)電機(jī)的視在功率才能達(dá)到額定值，其容量也利用得最充分。 發(fā)電機(jī)無功輸出與電壓的關(guān)系：,同步調(diào)相機(jī)： 相當(dāng)于空載運行的同步電動機(jī)，在過勵磁運行時，同步調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸送無功功率，欠勵磁運行時，它從系統(tǒng)吸收無功功率，無功功率與電壓靜特性與發(fā)電機(jī)相似。,調(diào)相機(jī)與電容器的比較

7、： 調(diào)相機(jī)：能平滑調(diào)節(jié)，具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng) ，維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)慢，損耗大 電容器：成組地投入切除,具有負(fù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)，維護(hù)簡單，響應(yīng)快，損耗小,電容器： 無功功率與電壓靜特性關(guān)系：,靜止無功補(bǔ)償器： 由晶閘管控制的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，既可發(fā)出無功功率，又可吸收無功功率，且調(diào)節(jié)平滑，安全，經(jīng)濟(jì)，維護(hù)方便。,無功負(fù)荷：電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步電動機(jī)決定。 異步電動機(jī)的無功消耗 ： Qm 異步電動機(jī)的激磁功率，它與施加于異步電動機(jī)的電壓平方成正比。 Q 異步電動機(jī)漏抗X中的無功損耗，它與負(fù)荷電流平方成正比。,2 . 無功負(fù)荷和無功損耗,無功損耗： 網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗包括變壓器和輸

8、電線路的損耗。 變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀?Q0變壓器空載無功損耗，它與所施的電壓平方成正比； QT變壓器繞組漏抗中的無功損耗，與通過變壓器的電流平方成正比。,輸電線路無功損耗：QLQXQB 當(dāng)線路傳輸功率較大，電抗中消耗的無功功率大于電容中發(fā)出的無功功率時，線路等值為消耗無功；當(dāng)傳輸功率較小、線路運行電壓水平較高，電容中產(chǎn)生的無功功率大于電抗中消耗的無功功率時，線路等值為無功電源。,無功平衡 在電力系統(tǒng)運行的任何時刻，電源發(fā)出的無功功率總是等于同時刻系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)的無功損耗之和： QGC(t)QLD(t)Q(t),3.無功功率的平衡與運行電壓水平,無功功率與運行電

9、壓水平 為保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計和運行時，需制訂無功功率的供需平衡關(guān)系，并保證系統(tǒng)有一定的備用容量。 無功備用容量一般為無功負(fù)荷的7%8% 無功功率的就地平衡 無功電源不足時，應(yīng)增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償裝置應(yīng)盡可能裝在負(fù)荷中心，以做到無功功率的就地平衡，減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸而引起的網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電壓損耗,二、中樞點的電壓管理,中樞點指反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站的母線，系統(tǒng)中大部分負(fù)荷由這些節(jié)點供電。根據(jù)負(fù)荷對電壓的要求及電壓損耗的實際情況，確定中樞點的電壓允許調(diào)整范圍（負(fù)荷點電壓UA和UB的允許變化范圍均為(0.951.05)UN ）。,滿足負(fù)荷節(jié)點A的調(diào)壓要求：

10、 08時：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN 824時：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 滿足負(fù)荷節(jié)點B的調(diào)壓要求 016時：U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN 1624時：U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN 綜合考慮，中樞點O的調(diào)壓要求： 08 時：UO = (0.991.06)UN 816時： UO = (1.051.06)UN 1624時： UO = (1.051.08)UN,調(diào)壓方式 逆調(diào)壓： 大負(fù)荷時，電壓損耗大，將中樞點的電壓適當(dāng)升高些(比線路額定電壓高5

11、%)，小負(fù)荷時將中樞點電壓適當(dāng)降低(取線路的額定電壓)。 適合于供電線路較長，負(fù)荷變動較大的中樞點。 順調(diào)壓： 在大負(fù)荷時允許中樞點電壓不低于線路額定電壓的102.5%，小負(fù)荷時不高于線路額定電壓107.5%。 適合于供電線路不長，負(fù)荷變動不大的中樞點。 常調(diào)壓： 即在任何負(fù)荷下都保持中樞點電壓為線路額定電壓的102%105%,三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施,調(diào)壓的原理 發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、線路和降壓變壓器向用戶供電，要求調(diào)整負(fù)荷節(jié)點b的電壓Ub。略去線路的電容充電功率和變壓器的激磁功率，忽略串聯(lián)支路的功率損耗，變壓器的參數(shù)均已歸算到高壓側(cè)。 b點的電壓 ：,調(diào)壓的措施 改變發(fā)電機(jī)端電壓UG 改變變

12、壓器變比K 增設(shè)無功補(bǔ)償裝置 改變輸電線路的參數(shù),調(diào)壓措施1：發(fā)電機(jī)調(diào)壓 在負(fù)荷增大時，損耗增加，用戶端電壓降低，這時增加發(fā)電機(jī)勵磁電流，提高發(fā)電機(jī)的端電壓；在負(fù)荷減小時，損耗減少，用戶端電壓升高，這時減少發(fā)電機(jī)勵磁電流，降低發(fā)電機(jī)的端電壓。 發(fā)電機(jī)運行電壓的變化范圍在發(fā)電機(jī)額定電壓的+5%以內(nèi)。,調(diào)壓措施2： 改變變壓器變比調(diào)壓,歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗： 若低壓側(cè)要求的電壓為U2，則： 式中，變壓器變比KT =U1t /U2N 確定分接頭電壓：,按兩種極端情況(變壓器通過最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的情況)下的調(diào)壓要求計算。 通過Smax時要求的分接頭電壓： U1tmax=(U1maxUmax)

13、U2N/U2max 通過Smin時要求的分接頭電壓： U1tmin=(U1minUmin)U2N/U2min 考慮到在最大和最小負(fù)荷時變壓器要用同一分接頭，故取U1max和U1tmin的算術(shù)平均值： 再根據(jù)U1t av值選擇一個與它最接近的變壓器標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓校驗所選的分接頭在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時變壓器低壓母線上的實際電壓是否符合調(diào)壓要求。,例9-1： 其降壓變電所有一臺變比KT=(110+22.5%)/11的變壓器，歸算到高壓側(cè)的變壓器阻抗為ZT=(2.44+j40)，最大負(fù)荷時進(jìn)入變壓器的功率為Smax=(28+j14)MVA，最小負(fù)荷時為Smin=(10+j6)MVA。最大負(fù)荷時，高壓側(cè)

14、母線電壓為113kV，最小負(fù)荷時為115kV，低壓側(cè)母線電壓允許變化范圍為1011kV，試選擇變壓器分接頭。,解：1. 最大負(fù)荷及最小負(fù)荷時變壓器的電壓損耗為 ： 2. 按最大和最小負(fù)荷情況選變壓器的分接頭電壓 ：,通過在負(fù)荷側(cè)安裝同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器或靜止補(bǔ)償器，以減少通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o功功率，降低網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗。,調(diào)壓措施3: 利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓,在未裝補(bǔ)償裝置時，電力網(wǎng)首端電壓： 在負(fù)荷側(cè)裝設(shè)容量為QC的無功補(bǔ)償裝置后，電力網(wǎng)的首端電壓： 若首端電壓U1保持不變，則：,補(bǔ)償容量為： 簡化： 如變壓器變比為KT，則： 式中，U2C變壓器低壓側(cè)實際要求的電壓值。,1. 電力電容器容量的選擇

15、 在最小負(fù)荷時將電容器全部切除 在最大負(fù)荷時全部投入運行方式 同時配合變壓器變比的選擇 按在最小負(fù)荷時不補(bǔ)償(即電容器不投入)來確定變壓器分接頭 式中，U2min、U2min最小負(fù)荷時變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓和低壓母線要求的電壓值。 按最大負(fù)荷時的調(diào)壓要求計算無功補(bǔ)償容量 式中，U2max、U2Cmax最大負(fù)荷時變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓值和低壓母線要求的電壓值。,2. 同步調(diào)相機(jī)容量的選擇 考慮在最大負(fù)荷時同步調(diào)相機(jī)滿發(fā)無功： 在最小負(fù)荷時同步調(diào)相機(jī)吸收無功功率，考慮到同步調(diào)相機(jī)通常設(shè)計在只能吸收(0.50.6)QCN的無功功率 兩式相除可解出變比KT，選擇與KT值最接近的變壓

16、器高壓繞組分接頭電壓，即確定了變壓器實際變比。 再將實際變比代入以上兩式中任一式即可求出為滿足調(diào)壓要求所需的調(diào)相機(jī)容量QCN。,例9-2：電力網(wǎng)如圖9-16所示，歸算到高壓側(cè)的線路和變壓器阻抗為Z=(6+j120)。供電點提供的最大負(fù)荷Smax=(20+j15)MVA，最小負(fù)荷Smax=(10+j8) MVA，降壓變低壓側(cè)母線電壓要求保持為10.5kV。若U1保持為110kV不變，試配合變壓器分接頭選擇，確定用電容器無功補(bǔ)償容量。,解： 1. 計算未補(bǔ)償時最大及最小負(fù)荷時變電所低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓 2. 最小負(fù)荷時，將電容器全部切除，選擇分接頭電壓 3. 選最接近的分接頭104.5kV，

17、即 1105%的分接頭，則,4. 按最大負(fù)荷時的調(diào)壓要求，確定電容器的容量 取補(bǔ)償容量為6Mvar。 5. 驗算低壓母線實際電壓值 基本滿足調(diào)壓要求。,調(diào)壓措施4：改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓,對于10kV及以下電壓等級的電力網(wǎng)中電阻比較大的線路，考慮增大導(dǎo)線截面以減小線路電阻； 對于35kV及以上電壓等級的電力線路，XR，可以考慮采用串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆椒p小線路電抗。,在未裝設(shè)串聯(lián)電容時，線路的電壓損耗為： 裝設(shè)串聯(lián)電容C(其容抗為XC)后，線路的電壓損耗為：,電壓提高的數(shù)值應(yīng)是補(bǔ)償前后的電壓損耗之差： 故,串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果與負(fù)荷的無功功率Q1成正比，從而與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)。因此，串聯(lián)電容補(bǔ)償

18、一般適用負(fù)荷波動大且功率因數(shù)低的配電線路。,電壓調(diào)整小結(jié),發(fā)電機(jī)調(diào)壓：主要適用于地方性供電網(wǎng)，對于區(qū)域性電力網(wǎng)僅作為輔助調(diào)壓措施。 在系統(tǒng)無功功率充裕時，首先應(yīng)考慮采用改變變壓器變比調(diào)壓：對于無載調(diào)壓變壓器，一般只適用于季節(jié)性負(fù)荷變化的情況。 當(dāng)系統(tǒng)無功電源不足時，必須增設(shè)無功補(bǔ)償容量調(diào)壓：無功功率的就地補(bǔ)償雖需增加投資，但這樣不僅能提高運行電壓水平，還能通過減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸而降低網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗。 串聯(lián)電容補(bǔ)償：可用于配電網(wǎng)的調(diào)壓。 近年來，串聯(lián)電容補(bǔ)償用于超高壓輸電線帶來的對潮流控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高等方面的綜合效益已日益引起人們的關(guān)注。,第三節(jié) 電力網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性,一、電力網(wǎng)

19、的電能損耗 二、降低電能損耗的技術(shù)措施,由于電力系統(tǒng)所需的能源占整個國民經(jīng)濟(jì)的總能源消耗的比例舉足輕重，因此，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性主要反映在總的燃料消耗(或發(fā)電成本)和網(wǎng)絡(luò)的電能損耗上。,一、電力網(wǎng)的電能損耗,電能損耗由兩部分組成： 導(dǎo)線和變壓器繞組電阻上的有功損耗與通過元件的電流或功率有關(guān)，稱為可變損耗； 輸電線和變壓器中并聯(lián)電導(dǎo)中的有功損耗，如輸電線的電暈損耗，變壓器的鐵芯損耗等同施加于元件的電壓有關(guān)，而與通過元件的功率幾乎無關(guān)，稱為固定損耗。,輸電線：電暈損耗可以不計。對于給定的運行時間T，考慮到負(fù)荷隨時間變化，輸電線的電能損耗為： 變壓器的

20、電能損耗為： 式中，P0為變壓器的空載有功損耗，對應(yīng)于固定損耗。 各量單位：功率kVA，電壓kV，電流A，電阻，時間h。,由于負(fù)荷功率是隨時間變化的，所以式中可變損耗可變損耗的計算困難。工程計算中常用的簡化近似算法，即最大負(fù)荷損耗時間法。 最大負(fù)荷損耗時間： 如果網(wǎng)絡(luò)輸送的功率始終保持為最大負(fù)荷功率Smax，經(jīng)小時后，網(wǎng)絡(luò)中損耗的電能恰等于網(wǎng)絡(luò)按實際負(fù)荷曲線運行時全年實際消耗的電能，則稱為最大負(fù)荷損耗時間。,變壓器全年的電能損耗： n臺相同容量變壓器并聯(lián)運行時：,二、降低電能損耗的技術(shù)措施,1提高電力網(wǎng)負(fù)荷的功率因數(shù) (1) 合理選擇異步電動機(jī)的容量及 運行方式 (2) 實行無功功率就地補(bǔ)償

21、2合理組織電力網(wǎng)的運行方式 (1) 適當(dāng)提高電力網(wǎng)的運行電壓水平 (2) 合理組織并聯(lián)變壓器的運行,第四節(jié) 電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念 二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動方程 三、發(fā)電機(jī)的功率特性 四、電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定特性 五、電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性,一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念,電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，就是指在受到外界干擾的情況下發(fā)電機(jī)組間維持同步運行的能力。研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題歸結(jié)為研究當(dāng)系統(tǒng)受到擾動后的運動規(guī)律，從而判斷系統(tǒng)是否可能失去穩(wěn)定及研究提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，是一個機(jī)械運動過程和電磁暫態(tài)過程交織在一起的復(fù)雜問題，屬于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程的范疇。根據(jù)擾動量的

22、大小，可將電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性兩大類型：,電力系統(tǒng)在運行中時刻受到小的擾動，例如負(fù)荷的隨機(jī)變化、汽輪機(jī)蒸汽壓力的波動、發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)生小的偏移等等。在小擾動作用下，系統(tǒng)將會偏離運行平衡點，如果這種偏離很小，小擾動消失后，系統(tǒng)又重新恢復(fù)平衡，則稱系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。如果偏離不斷擴(kuò)大，不能重新恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)不能保持靜態(tài)穩(wěn)定。 電力系統(tǒng)運行時還會受到大的擾動，例如，電氣元件的投入或切除、輸電線路發(fā)生短路故障等等。在大擾動作用下，如果系統(tǒng)運行狀態(tài)的偏離是有限的，且在大擾動結(jié)束后又達(dá)到了新的平衡，則稱系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。如果偏離不斷擴(kuò)大，不能重新恢復(fù)平衡，則稱系統(tǒng)失去了暫態(tài)穩(wěn)

23、定。,二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動方程,電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的核心問題是研究同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動狀態(tài)受干擾的響應(yīng)。 根據(jù)力學(xué)定律，一個轉(zhuǎn)動慣量為J的轉(zhuǎn)體，如果以角加速度a旋轉(zhuǎn)，作用于該轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩總和為M，則應(yīng)滿足下列關(guān)系：,取一參考軸，如此參考軸在空間不動，則轉(zhuǎn)子軸線與此參考軸之間的夾角就是轉(zhuǎn)子的絕對角位移；如取在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)的軸為參考軸，則轉(zhuǎn)子軸線與此參考軸之間的夾角就是轉(zhuǎn)子相對同步旋轉(zhuǎn)軸的相對角位移，記作,以電角度表示的同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子運動方程式：,三、發(fā)電機(jī)的功率特性,簡單電力系統(tǒng)如圖9-20所示，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、輸電線路、降壓變壓器與受端系統(tǒng)的母線相連接。,這種簡單電力系統(tǒng)稱為“單機(jī)-無限

24、大”系統(tǒng)。當(dāng)不計各元件的電阻及對地導(dǎo)納支路時，系統(tǒng)的總電抗為Xd，則有：,當(dāng)發(fā)電機(jī)的電勢Eq和受端電壓U均為恒定時，傳輸功率PEq是角度的正弦函數(shù)。因為傳輸功率的大小與相位角密切相關(guān)。因此，又稱為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角的關(guān)系PEq=f()，稱為“功角特性”或“功率特性”。隱極機(jī)的功角特性如圖9-22所示。,1、隱極機(jī)的功率特性 隱極發(fā)電機(jī)的縱軸與橫軸的同步電抗相等，即Xd=Xq。此時“單機(jī)-無限大”系統(tǒng)的相量圖如圖9-21所示。分析此相量圖得：,2、凸極機(jī)的功率特性 如發(fā)電機(jī)為凸極機(jī)，則其縱軸和橫軸同步電抗不相等，即XdXq，令Xq=Xq+XTL，凸極機(jī)的系統(tǒng)相量圖如圖9-23所

25、示，分析此相量圖可得：,式中，Ud=Usin；Uq=Ucos； Id=Isin(+)；Iq=Icos(+),凸極機(jī)縱橫軸磁阻不對稱，功角特性多了一項與發(fā)電機(jī)電勢Eq(即與勵磁)無關(guān)的二次諧波項，稱為磁阻功率，磁阻功率的出現(xiàn)，使功率與功角成非正弦關(guān)系，圖9-24給出了凸極機(jī)的功角特性。,由于Eq不易直接求出。為此，工程計算上引入了一個虛構(gòu)電勢。在q軸方向上，從圖9-23可見，它可直接根據(jù)系統(tǒng)運行情況按下式計算：,在計算凸極機(jī)的功率特性時，首先根據(jù)給定的受端系統(tǒng)電壓U0和功率P0和Q0，按上式計算EQ、0。同時，由圖9-23可知 ： 又 從上兩式中消去Id，經(jīng)整理后，可得Eq和EQ間的關(guān)系，即 :

26、,3、自動勵磁調(diào)節(jié)器對功率特性的影響,為維持系統(tǒng)電壓，一般發(fā)電機(jī)都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)器。 當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率增加、端電壓下降時，勵磁調(diào)節(jié)器動作以增大勵磁電流，使發(fā)電機(jī)電勢Eq增大，直到端電壓恢復(fù)或接近恢復(fù)到整定值UG0為止。這時，勵磁調(diào)節(jié)器將使Eq隨功角增大而增大。 用不同的Eq值，作出一組正弦功率特性曲線族，其幅值與Eq成正比，如圖9-25所示。,一般的比例式勵磁調(diào)節(jié)器并不能完全保持發(fā)電機(jī)端電壓不變。在近似計算中，可以認(rèn)為它能保持發(fā)電機(jī)q軸暫態(tài)電勢Eq不變?？梢缘贸觯?對圖9-20所示簡單電力系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，無勵磁調(diào)節(jié)，其功率特性曲線如圖9-26所示。,四、電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 1、簡單

27、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定實用判據(jù),判斷簡單電力系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性的實用判據(jù)：,2、功率極限與靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù) 發(fā)電機(jī)功率特性曲線的最大值稱為功率極限。功率極限可通過對發(fā)電機(jī)功率特性求極值，即令dP/d=0求得。 對無勵磁調(diào)節(jié)器的隱極發(fā)電機(jī)，規(guī)律極限為： 對有自動勵磁調(diào)節(jié)器的凸極發(fā)電機(jī)，其功率極限為：,從電力系統(tǒng)運行可靠性要求出發(fā)，不允許電力系統(tǒng)運行在功率極限附近，否則，運行情況稍有變動，系統(tǒng)便會失去穩(wěn)定。為此，一般要求電力系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度。穩(wěn)定裕度的大小，通常用穩(wěn)定儲備系數(shù)表示，以百分值表示的靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)為： 為了保證電力系統(tǒng)運行的可靠性，在正常運行時，要求KP15%20%，事故后運行方式下，

28、要求KP10%。,例9-4 ：簡單電力系統(tǒng)如圖9-27所示，發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器和雙回輸電線路向無限大功率系統(tǒng)送電。輸送功率和電壓的標(biāo)幺值為Po=1.0，Qo=0.2，Uo=1.0，試計算下列情況下發(fā)電機(jī)的功率特性、功率極限及靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)。 發(fā)電機(jī)無勵磁調(diào)節(jié)器，維持Eq=C； 發(fā)電機(jī)裝有比例式勵磁調(diào)節(jié)器，能維持Eq=C； 發(fā)電機(jī)裝有比例式勵磁調(diào)節(jié)器，且近似認(rèn)為能維持E =C。,3、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施 從靜態(tài)穩(wěn)定的分析可以看出，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，應(yīng)著力于提高電力系統(tǒng)的功率極限。從電力系統(tǒng)功率極限的簡單表達(dá)式 ： 可以看出，提高電力系統(tǒng)的功率極限應(yīng)從提高發(fā)電機(jī)的電勢E，減小系統(tǒng)電

29、抗X、提高和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓U等方面著手。 提高發(fā)電機(jī)電勢E 減少系統(tǒng)的總電抗X 提高和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,五、電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在受到大擾動的情況下，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組能否繼續(xù)保持同步運行的問題。 精確地確定所有電磁參數(shù)和機(jī)械運動參數(shù)在暫態(tài)過程中的變化是困難的，通常在暫態(tài)穩(wěn)定計算中采用一些近似簡化條件：,忽略發(fā)電機(jī)定子電流的非周期分量和與它相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量，這就意味著發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的電流、系統(tǒng)的電壓及發(fā)電機(jī)的電磁功率在大擾動的瞬間均可以突變。 在發(fā)生不對稱故障時，不計零序和負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子運動的影響，從而在發(fā)生不對稱故障時可以應(yīng)用正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)。故障時確定正序分量的等值電路與正常運行時的等值電路的不同之處，僅在于在故障處接入由故障類型確定的附加阻抗Z。 在近似計算中，近似考慮發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)過程和自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用，認(rèn)為發(fā)電機(jī)可保持暫態(tài)電勢E =C（常數(shù)）。 不考慮原動機(jī)調(diào)速器的作用，假定原動機(jī)輸入功率保持恒定。,1、分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定時的等值電路和功率特性,一般情況下， XI PIImPIIIm 發(fā)電機(jī)的功率特性曲線見右圖。,由e、d、f、g圍成的面積稱為“減速面積”，它既代表轉(zhuǎn)子在減速過程中所消耗的動能，又等