專業(yè)課-電信院電氣工程基礎(chǔ)

1第十四章電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念214.1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念綜述1.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)

保證系統(tǒng)的穩(wěn)定是保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要問題。

系統(tǒng)中投入運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)都在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。32.電力系統(tǒng)暫態(tài)過程

暫態(tài)過程進(jìn)入一種新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)

失去穩(wěn)定

當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行中由于受到某些突然擾動(dòng)，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過程。4功角不穩(wěn)定與電壓不穩(wěn)定二者相互區(qū)別，又相互聯(lián)系。功角失穩(wěn)有可能引發(fā)電壓失穩(wěn)，反之亦然。3.電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類功角穩(wěn)定主要與有功功率的平衡相關(guān)，其主要標(biāo)志是同步發(fā)電機(jī)組之間的同步運(yùn)行狀態(tài)是否被破壞。電壓穩(wěn)定主要與無功功率的平衡相關(guān)，其主要表現(xiàn)為系統(tǒng)的局部或全局是否發(fā)生電壓的持續(xù)下降或上升。

514.2同步發(fā)電機(jī)的功角穩(wěn)定

轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)特性電磁功率的變化特性一、同步發(fā)電機(jī)的功角特性機(jī)電特性6簡單電力系統(tǒng)示意圖

7

在不計(jì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用的情況下（E=常數(shù)），發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送的有功功率發(fā)電機(jī)輸送的功率極限為稱為“功率角”，簡稱“功角”。8隱極同步發(fā)電機(jī)的磁通及電勢相量功角的空間概念9稱為“功角特性”或“功率特性”。10發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電磁轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)距二、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性

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在小干擾作用下，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)將偏離原來的運(yùn)行狀態(tài)（即平衡點(diǎn)），若干擾不消失，系統(tǒng)具有能自動(dòng)在偏離原來平衡點(diǎn)很小處建立新的平衡點(diǎn)；或當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)具有能自動(dòng)回復(fù)到原有的平衡點(diǎn)的能力，則稱電力系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。

14.2.1靜態(tài)穩(wěn)定的概念12分析a、b點(diǎn)的異同

相同點(diǎn)：Pa=Pb=PT

不同點(diǎn)：13結(jié)論：在簡單電力系統(tǒng)且發(fā)電機(jī)無勵(lì)磁調(diào)節(jié)的情況下：系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不穩(wěn)定

臨界狀態(tài)14

說明：①上述結(jié)論僅適應(yīng)于簡單電力系統(tǒng)；②功率極限和穩(wěn)定極限是不同的兩個(gè)概念，對(duì)于簡單無勵(lì)磁調(diào)節(jié)的電力系統(tǒng)，兩者可視為相等；③多機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是不能簡單用功率判據(jù)給予判定的。15★系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)

正常運(yùn)行方式下

≥15%~20%

事故后的運(yùn)行方式下≥10%正常運(yùn)行功率穩(wěn)定極限功率1614.2.2暫態(tài)穩(wěn)定的概念

電力系統(tǒng)在正常工作的情況下，受到一個(gè)較大的擾動(dòng)后，具有能從原來的運(yùn)行狀態(tài)過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，并能在新的狀態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行的能力。

17⑴系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：⑵突然切除一回線：1819結(jié)論：保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件就是轉(zhuǎn)子在加速過程中所積累的動(dòng)能在減速過程中能全部為系統(tǒng)所吸收。

轉(zhuǎn)子在加速過程中所積累的動(dòng)能

A+

∝的面積20

在減速過程中系統(tǒng)所能吸收的能量

∝的面積當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不大時(shí)212223★面積定則

(判別簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本準(zhǔn)則)：加速面積

減速面積＜系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定

系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定

＞加速面積

減速面積24說明：①面積原則僅適用于簡單電力系統(tǒng)；②對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)，面積原則不適用，通常用相對(duì)功角的變化趨勢予以判定。25★提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本原則：提高靜態(tài)穩(wěn)定性：增加發(fā)電機(jī)的電勢；減小系統(tǒng)各元件的電抗。提高暫態(tài)穩(wěn)定性：減小暫態(tài)過程中作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的不平橫轉(zhuǎn)矩以及不平橫轉(zhuǎn)矩作用的時(shí)間。26一、采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置

27★自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的作用：

⑴提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限功率；⑵擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍?！镒詣?dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的任務(wù):

在發(fā)電機(jī)端電壓降低時(shí)，自動(dòng)增大勵(lì)磁電流來提高發(fā)電機(jī)的激磁電勢E，使發(fā)電機(jī)的端電壓恢復(fù)正常。28二、故障后進(jìn)行合理操作29⑴正常運(yùn)行時(shí)⑵故障時(shí)30★快速切除故障

故障切除后>>313233極限切除角

能保證暫態(tài)穩(wěn)定的最大切除角。即在保持加速面積與最大可能的減速面積相等的條件下求得的切除故障的角度。故障極限切除時(shí)間

34

要提高輸送功率必須減小故障的持續(xù)時(shí)間。因此提高繼電保護(hù)和斷路器的動(dòng)作時(shí)間可以將原來不穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定系統(tǒng)。

35★采用三相自動(dòng)重合閘

重合閘可以使減速面積增大，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

36★采用單相自動(dòng)重合閘（IV)

減速面積比三相自動(dòng)重合閘時(shí)增加。

采用單相自動(dòng)重合閘的缺點(diǎn)：要求斷路器能分相操作，還要有故障選相裝置，增加了設(shè)備的復(fù)雜性，且重合閘的動(dòng)作時(shí)間較長。37★發(fā)電機(jī)的強(qiáng)行勵(lì)磁

發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁裝置在系統(tǒng)故障后，發(fā)電機(jī)電壓降低時(shí)動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增大，減少發(fā)電機(jī)電勢的衰減，從而對(duì)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有很大的作用。38三、降低作用在發(fā)電機(jī)軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩

（1）改善原動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性（2）電氣制動(dòng)發(fā)生故障后在發(fā)電機(jī)的端部投入電阻負(fù)荷來消耗發(fā)電機(jī)多余的有功功率，從而降低不平衡轉(zhuǎn)矩，防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大。

投入的電阻稱為制動(dòng)電阻。39四、調(diào)整線路參數(shù)

采用分裂導(dǎo)線線路串入電容降低P增大40本章小結(jié)

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3、系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。

（1）定義（2）判定原則簡單電力系統(tǒng)：★