電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程分析-PowerPointPres

1、第二篇第二篇 電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程分析分析 第六章第六章 穩(wěn)定性問題概述和各元件的穩(wěn)定性問題概述和各元件的機電特性機電特性 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 機電暫態(tài)過程主要是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。電力系機電暫態(tài)過程主要是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到某種干統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀態(tài)或者過渡擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀態(tài)或者過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的問題。到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的問題。 tt0 反之，若系統(tǒng)不能回到反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運行狀態(tài)或者不能

2、建原來的運行狀態(tài)或者不能建立一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，立一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不一個穩(wěn)態(tài)值，而是隨時間不斷增大或振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)斷增大或振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。定的。 如果能夠，則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是穩(wěn)定如果能夠，則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。的。穩(wěn)定的概念穩(wěn)定的概念 簡單系統(tǒng)（單機無窮大系統(tǒng)）簡單系統(tǒng)（單機無窮大系統(tǒng)） U=U=常數(shù)常數(shù) 等值電路等值電路 qEdjx1TjxLjx2Tjx 0UU 相量圖相量圖 IU q qI Iq q q當(dāng)當(dāng)角變化，則電流、各點電角變化，則電流、各點電壓和功率變化。壓和功率變化。

3、當(dāng)當(dāng)Eq、U、不同步，不同步，角不斷變角不斷變化，則電流、化，則電流、電壓、功率振蕩。電壓、功率振蕩。 電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，繼電保護動作，將會造成電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，繼電保護動作，將會造成大面積停電。大面積停電。 在干擾（短路、切機等）影響下，在干擾（短路、切機等）影響下，Mt=Pt-Mt=Pt-PePe0,0,使使得發(fā)電機運行狀態(tài)變化。得發(fā)電機運行狀態(tài)變化。 研究方法：研究方法： 1.1. 1 1 靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動控制理論的方法靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動控制理論的方法 微分方程線性化（小干擾法）微分方程線性化（小干擾法） 研究線性微分方程特征根（頻域法）研究線性微分方程特征根（頻域法）2.2. 2

4、 2暫態(tài)穩(wěn)定分析：暫態(tài)穩(wěn)定分析： 非線性微分方程數(shù)值解法（時域法）非線性微分方程數(shù)值解法（時域法） 大干擾下不適合線性化大干擾下不適合線性化第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機組的機電特性同步發(fā)電機組的機電特性 一轉(zhuǎn)子運動方程一轉(zhuǎn)子運動方程 MdtdJJ J J：轉(zhuǎn)動慣量；轉(zhuǎn)動慣量；：角加速度；角加速度；：機械角速度；機械角速度；M M：不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡轉(zhuǎn)矩 221okJW 額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子動能 MdtdWdtdJk 202取轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值取轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值 0 BBSM*002022MdtdSWdtdSWBkBk 機械角速度機械角速度與電氣角速度與電氣角速度間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： p *00

5、22MdtdSWdtpdpSWBkBk BkJSWT2 取取 - -慣性時間常數(shù)慣性時間常數(shù)*0MdtdTJ 則則 計及計及 0 dtddtddtd 22和和 *ETETETPPPPMMM 轉(zhuǎn)子運動方程為轉(zhuǎn)子運動方程為 *220ETJPPdtdT 或狀態(tài)方程形式：或狀態(tài)方程形式： 0 dtd)(*0ETJPPTdtd 慣性時間常數(shù)的意義慣性時間常數(shù)的意義反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械慣性的重要參數(shù)反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械慣性的重要參數(shù)BBkJSJSWT202 220 JWkTJ是轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的動能的兩倍除以基準(zhǔn)功率是轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的動能的兩倍除以基準(zhǔn)功率令令 0 BBSM MdtdTMdtdSJSMMMM

6、dtdJJNBBB0000取取MT*=1，Me*=0，則則1 M JNJNTdtMdT010當(dāng)發(fā)電機空載時，如原動機將一個數(shù)值等于當(dāng)發(fā)電機空載時，如原動機將一個數(shù)值等于MN的恒定轉(zhuǎn)矩的恒定轉(zhuǎn)矩（MT*1）加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值加到轉(zhuǎn)子上，則轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到額定值時所需的時間。時所需的時間。在穩(wěn)定計算中，當(dāng)已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率在穩(wěn)定計算中，當(dāng)已選好全系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率SBBNiJNiJiSSTT 幾臺發(fā)電機合并成一臺等值發(fā)電機幾臺發(fā)電機合并成一臺等值發(fā)電機 niJiBNnJNnNJNNJNJTSSTSTSTT12211二電磁轉(zhuǎn)矩二電磁轉(zhuǎn)矩M ME E和電磁功率和電磁功

7、率P PE E 機端功率：機端功率： 003iuiuiuiuiuiuPqqddccbbaa dqqdqqddqdiiiiiiriri )3()3(0020221 1電阻消耗的功率電阻消耗的功率 2 2 磁場能量變化釋放的功率磁場能量變化釋放的功率 3 3 經(jīng)氣隙經(jīng)氣隙傳遞的功率傳遞的功率 電磁功率：電磁功率： qddqEiiP 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： qddqEEiiPM 穩(wěn)定分析中的近似簡化：穩(wěn)定分析中的近似簡化： 1 1因直流分量和負序電流對轉(zhuǎn)子繞組的平均轉(zhuǎn)矩為零，所因直流分量和負序電流對轉(zhuǎn)子繞組的平均轉(zhuǎn)矩為零，所以以 不計（不計定子繞組的暫態(tài)過程）以及其諧波不計（不計定子繞組的暫態(tài)過程）以

8、及其諧波 不計負序電流及其諧波不計負序電流及其諧波 只考慮產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩的正序電流的影響只考慮產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩的正序電流的影響2 2r r = 0 = 0 （不計定子繞組的暫態(tài)過程，更無必要計及其衰減）不計定子繞組的暫態(tài)過程，更無必要計及其衰減）3 3 1 1以上簡化的結(jié)果是：以上簡化的結(jié)果是：只考慮定子的正序頻電流時，電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩為：只考慮定子的正序頻電流時，電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩為： ddqqEEUIUIMP （一）簡單系統(tǒng)中發(fā)電機的功率（一）簡單系統(tǒng)中發(fā)電機的功率 簡單系統(tǒng)：簡單系統(tǒng)：一臺同步發(fā)電機與無限大容量電源組成的系統(tǒng)一臺同步發(fā)電機與無限大容量電源組成的系統(tǒng) = const TJ=xd

9、xT1xLxT2xlldTLTddxxxxxxx 21ldTLTddxxxxxxx 211.1.隱極機的功角特性隱極機的功角特性 發(fā)電機用發(fā)電機用E Eq q、xd d表示表示 ( 即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，Eq為常數(shù)）為常數(shù)） dqdqqdddqqxIUxIUxIUE0 sin dqddqqddddqqqqddExUExUEUxUUxUEIUIUPq 是正弦曲線，極限功率是正弦曲線，極限功率 ，極限功率角，極限功率角qEP dqslxUEP 90sl 發(fā)電機用發(fā)電機用Eq、xd表示表示 （不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在（不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在干擾的瞬間不變，

10、并近似認為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用干擾的瞬間不變，并近似認為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用能保持能保持Eq常數(shù)常數(shù) dqdqqdddqqxIUxIUxIUE0 2sin2sin dddddqqdddddddqqddddqqqqddExxxxUxUEUUxxxxxUEUxUUxUEIUIUPq 是是的函數(shù)，極限功率角的函數(shù)，極限功率角 qEP 90sl 發(fā)電機用發(fā)電機用 表示表示dxE , dxI jUEqE qEUI E sincoscossindEdxUEUIPxIE其中，其中， )sin)1(sin)(sin11 ddddqxxEUExxI近似計算中，往往以近似計算中，往往以 代替代替 ，由，由 變

11、化的趨勢反映的變變化的趨勢反映的變化趨勢?；厔?。 機端電壓機端電壓U UG G恒定恒定( (若自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用極強能保持若自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用極強能保持U UG GC C ）GlGUxUUPG sin 2 2凸極機的功角特性凸極機的功角特性 發(fā)電機用發(fā)電機用E Eq q、xd d表示表示 ( 即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，即假設(shè)勵磁回路電壓、電流無變化，Eq為常數(shù)）為常數(shù)） qqdddqqxIUxIUE0 2sin2sin qdqddqqdqdqdddqqqdddqqqqddExxxxUxUEUUxxxxxUEUxUUxUEIUIUPq極限功率角極限功率角9090 發(fā)電機用發(fā)電機用Eq

12、、xd表示表示 （不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在（不計阻尼時，暫態(tài)電動勢在干擾的瞬間不變，并近似認為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用干擾的瞬間不變，并近似認為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用能保持能保持Eq常數(shù)常數(shù) qqdddqqxIUxIUE0 2sin2sin qdqddqqdqdqdddqqqdddqqqqddExxxxUxUEUUxxxxxUEUxUUxUEIUIUPq 是是的函數(shù)，極限功率角的函數(shù)，極限功率角 qEP 90sl ( (二二) )、多機系統(tǒng)中發(fā)電機的功率、多機系統(tǒng)中發(fā)電機的功率 當(dāng)發(fā)電機用當(dāng)發(fā)電機用 表示表示dxE , njnijjijijijjiiiiijijijjiijnjjiiiiEYEE

13、GEBGijEEYEEIEP1121)sin()sincos(ReRe 導(dǎo)納角導(dǎo)納角 ijijijBGtg1 任一臺發(fā)電機的功率角的改變，將引起全系統(tǒng)各機任一臺發(fā)電機的功率角的改變，將引起全系統(tǒng)各機組電磁功率的變化。穩(wěn)定分析是全系統(tǒng)的綜合問題。組電磁功率的變化。穩(wěn)定分析是全系統(tǒng)的綜合問題。 兩機系統(tǒng)兩機系統(tǒng) )sin(1212122111211 YEEGEPE)sin(12121221222221 YEEGEPE12PE2PE1三電勢變化過程的方程式三電勢變化過程的方程式勵磁回路電壓方程：勵磁回路電壓方程： ffffiru ffadfffadffadxxrxixurx dtEdTEEqdqqe

14、 0)(dddqqxxIEE )(0dddqqeqdxxIEEdtEdT 計及計及 第三節(jié) 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的原理和數(shù)學(xué)模型一主勵磁系統(tǒng)一主勵磁系統(tǒng) （一）直流勵磁機勵磁（一）直流勵磁機勵磁 AVR( (二二) )交流勵磁機勵磁交流勵磁機勵磁 自并勵勵磁自并勵勵磁（三）主勵磁機的方程和框圖（三）主勵磁機的方程和框圖Gffuffiffrfu副勵繞組中電流副勵繞組中電流 的電磁慣性，的電磁慣性， 將按的時間常數(shù)將按的時間常數(shù) 滯滯后變化，即一階慣性環(huán)節(jié)：后變化，即一階慣性環(huán)節(jié)： ffiffuffffffrLT pTff11ffufu磁飽和現(xiàn)象用磁飽和現(xiàn)象用負反饋表示負反饋表示 -+pTff11ff

15、u1ffkfu二自動調(diào)節(jié)勵磁裝置二自動調(diào)節(jié)勵磁裝置 G量測濾波TATV勵磁機綜合放大移相觸發(fā)晶閘管輸出轉(zhuǎn)子電壓軟負反饋其他信號ffuffu0GU量測濾波：電壓互感器量測濾波：電壓互感器是具有電抗的變壓器，是具有電抗的變壓器，慣性環(huán)節(jié)電流互感器，慣性環(huán)節(jié)電流互感器，有放大倍數(shù)有放大倍數(shù) 綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出：綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出：取為一階慣性環(huán)節(jié)取為一階慣性環(huán)節(jié) 軟負反饋（軟負反饋（PIDPID調(diào)節(jié)）：當(dāng)變調(diào)節(jié)）：當(dāng)變化快時調(diào)節(jié)使之變化慢些，與化快時調(diào)節(jié)使之變化慢些，與變化率成正比的調(diào)節(jié)，慣性微變化率成正比的調(diào)節(jié)，慣性微分環(huán)節(jié)分環(huán)節(jié)綜合得：綜合得： -k+-+-+-其他信號副勵磁機輸出1 pT