電力系統(tǒng)暫態(tài)分析(第七)PPT(王)(包含勵(lì)磁調(diào)節(jié)一節(jié))

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。例如，個(gè)別電動(dòng)機(jī)的接入和切除或加負(fù)荷和減負(fù)荷；又如架空輸電線周?chē)L(fēng)吹擺動(dòng)引起的線間距離(影響線路電抗)的微小變化；另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度也不是絕對(duì)均勻的、即功角δ也是有微小變化的。因此，電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題實(shí)際上就是確定系統(tǒng)的某個(gè)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)能否保持的問(wèn)題。第七章電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性第一節(jié)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定簡(jiǎn)單系統(tǒng)：?jiǎn)螜C(jī)—無(wú)窮大系統(tǒng)隱極機(jī)：

功角特性曲線為：轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：

在PT=PE的點(diǎn)，功率平衡，速度不變

PslP0δ

PTaba、b兩點(diǎn)為功率平衡點(diǎn)，a為穩(wěn)定平衡點(diǎn)，b為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)?！嘣诠翘匦郧€上升段的運(yùn)行點(diǎn)是靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，在下降段的運(yùn)行點(diǎn)是不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。a’a”Δδδab’b”δba點(diǎn)特性：進(jìn)汽量突增發(fā)電機(jī)加速功角增大電磁功率增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加發(fā)電機(jī)減速功角減小回到a點(diǎn)進(jìn)汽量突減發(fā)電機(jī)減速功角減小電磁功率減小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小發(fā)電機(jī)加速功角增大結(jié)論：系統(tǒng)可在a點(diǎn)維持正常運(yùn)行，是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)b點(diǎn)特性：進(jìn)汽量突增發(fā)電機(jī)加速功角增大電磁功率減小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小發(fā)電機(jī)加速功角增大失穩(wěn)進(jìn)汽量突減發(fā)電機(jī)減速功角減小電磁功率增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大發(fā)電機(jī)減速功角減小結(jié)論：系統(tǒng)不能在b點(diǎn)維持正常運(yùn)行，是不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)a點(diǎn)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定a點(diǎn)與b點(diǎn)的異同共同點(diǎn)：都是平衡點(diǎn)，且電磁功率相同。區(qū)別點(diǎn)：（1）a點(diǎn)功角小于90度，b點(diǎn)大于90度；（2）a點(diǎn)功角增大，電磁功率也增大，功角減小，電磁功率也減小，b點(diǎn)正相反，功角增大，電磁功率減小，功角減小，電磁功率增大。受小擾動(dòng)后功角變化特性a點(diǎn)與b點(diǎn)的異同共同點(diǎn)：都是平衡點(diǎn)，且電磁功率相同。區(qū)別點(diǎn)：（1）a點(diǎn)功角小于90度，b點(diǎn)大于90度；（2）a點(diǎn)功角增大，電磁功率也增大，功角減小，電磁功率也減小，b點(diǎn)正相反，功角增大，電磁功率減小，功角減小，電磁功率增大。a點(diǎn)：b點(diǎn)：簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：稱(chēng)為整步功率系數(shù)有功功率儲(chǔ)備系數(shù)：

簡(jiǎn)單系統(tǒng)：其對(duì)應(yīng)的功率角稱(chēng)為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率角Psl=Pmax

δsl

靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)：

其對(duì)應(yīng)的功率稱(chēng)為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率第二節(jié)小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定假設(shè)：

⑴簡(jiǎn)單系統(tǒng)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)：定子繞組方程可用功角特性表示⑵不考慮調(diào)速器和原動(dòng)機(jī)方程，PT

=P0

=常數(shù)⑶不考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，if=常數(shù)，Eq恒定小干擾分析法小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型模型偏差化模型線性化計(jì)算特征值判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性一、小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定（一）列出狀態(tài)變量偏移量的線性方程狀態(tài)方程：小干擾，，

則：

∴矩陣形式：（二）根據(jù)特征根判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性系數(shù)矩陣的特征根為：當(dāng)，為實(shí)根，則單調(diào)增，發(fā)電機(jī)非同期失步；，為一對(duì)虛根，則等幅振蕩，發(fā)電機(jī)在阻尼當(dāng)作用下減幅振蕩。振蕩頻率：固有振蕩頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)行方式有關(guān)，大約為幾個(gè)赫茲?！囔o態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：名詞：稱(chēng)為整步功率系數(shù)，是因位移而產(chǎn)生的電磁功率隱極機(jī)：凸極機(jī)：二．阻尼作用對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響阻尼功率：PD=DΔω與轉(zhuǎn)速變化成正比的功率；D：阻尼系數(shù)，一般指電氣阻尼，受運(yùn)行狀態(tài)的影響計(jì)及阻尼后的偏移量狀態(tài)方程為：

特征根：，λ必有一個(gè)正實(shí)根，發(fā)電機(jī)非周期失步；，運(yùn)行在功角特性曲線的上升階段當(dāng)D>0，正阻尼，λ為負(fù)實(shí)部的共軛根，發(fā)電機(jī)減幅振蕩；當(dāng)D<0，負(fù)阻尼，λ為正實(shí)部的共軛根，發(fā)電機(jī)增幅振蕩；第三節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響一．按電壓偏差的比例調(diào)節(jié)勵(lì)磁（一）列系統(tǒng)的狀態(tài)方程勵(lì)磁調(diào)節(jié)方程：或勵(lì)磁繞組方程：∴狀態(tài)方程為狀態(tài)變量

，可經(jīng)關(guān)系式，將中間變量表示為狀態(tài)變量的函數(shù)，則得狀態(tài)方程為：

其中，

矩陣形式為：框圖形式為：ΣΣK2Σ

K1K5Σ

K4

KeK6ΔδΔωΔEqeΔE’q∴特征方程為：（二）分析特征根的性質(zhì)，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性勞斯判據(jù)：方程系數(shù)>0，勞斯陣列的第一列>0

列出勞斯陣列，作判斷條件1：在曲線的上升部分極限功率角δsl>90°o，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)擴(kuò)大了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍。條件2：由于

當(dāng)，即線路、變壓器電抗遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)電抗，遠(yuǎn)距離輸電，弱聯(lián)系。當(dāng)，系統(tǒng)將振蕩失步。條件3：當(dāng)，系統(tǒng)將非周期失步（爬行失步）。結(jié)論：當(dāng)以電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，，UG不能恒定，一般認(rèn)為小擾動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)工作在Eq’恒定的功角特性曲線上，即認(rèn)為具有比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)，其Eq’恒定。工程中，近似將具有比例式調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)看作恒定。綜合勵(lì)磁類(lèi)型調(diào)節(jié)方式特性δslPslxG無(wú)調(diào)節(jié)ΔUG大變化后，人工調(diào)節(jié)Eq=Eq|0|90°xd比例式ΔUG小變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)E’q=E’q|0|>90°x’d多參量調(diào)節(jié)ΔUG、ΔIG小變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)UG≈UG|0|>90°x’dPSS引入Δω自動(dòng)調(diào)節(jié)UG=UG|0|δG=90°0綜合勵(lì)磁類(lèi)型調(diào)節(jié)方式特性δslPslxG無(wú)調(diào)節(jié)ΔUG大變化后，人工調(diào)節(jié)Eq=Eq|0|90°xd比例式ΔUG小變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)E’q=E’q|0|>90°x’d多參量調(diào)節(jié)ΔUG、ΔIG小變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)UG≈UG|0|>90°x’dPSS引入Δω自動(dòng)調(diào)節(jié)UG=UG|0|δG=90°0第五節(jié)提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施

，縮短電氣距離是提高靜態(tài)穩(wěn)定的重要思路一.采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離。二．減小元件的電抗⑴采用分裂導(dǎo)線；⑵提高線路額定電壓等級(jí)；⑶串聯(lián)電容補(bǔ)償；三．改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)⑴加強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系；⑵采用中間補(bǔ)償設(shè)備。1.發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器，就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置價(jià)格低廉，效果顯著，是提高靜態(tài)穩(wěn)定性的首選措施，幾乎所有發(fā)電機(jī)都裝設(shè)了自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。2.減小元件電抗減小發(fā)電機(jī)和變壓器的電抗發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，可起到減少發(fā)電機(jī)電抗的作用。變壓器的電抗在系統(tǒng)總電抗中所占的比重不大，在選用時(shí)可盡量選用電抗較小的變壓器即可。減小線路電抗線路電抗在電力系統(tǒng)中所占的比例較大，特別是遠(yuǎn)距離輸電線路所占比重更大，因此減小線路的電抗，對(duì)提高電力系統(tǒng)的功率極限和穩(wěn)定性有重要的作用。直接減小線路電抗可釆用以下方法:用電纜代替架空線；釆用擴(kuò)徑導(dǎo)線；釆用分裂導(dǎo)線。16.1提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施3.提高線路的額定電壓提高線路額定電壓等級(jí)，可提高靜穩(wěn)定極限，從而提高靜態(tài)穩(wěn)定的水平。提高線路電壓后，也提高了線路及設(shè)備的絕緣水平，加大鐵塔及帶電結(jié)構(gòu)的尺寸，這樣使系統(tǒng)的投資增加。16.1提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施

對(duì)應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離，應(yīng)有其對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)上合理的額定電壓等級(jí)。

串聯(lián)電容器一般釆用集中補(bǔ)償，當(dāng)線路兩側(cè)都有電源時(shí)，補(bǔ)償電容器一般設(shè)置在中間變電所內(nèi)；當(dāng)只有一側(cè)有電源時(shí)，補(bǔ)償電容器一般設(shè)置在末端變電所內(nèi)以避免產(chǎn)生過(guò)大的短路電流。一般補(bǔ)償度kc<0.5為宜。

補(bǔ)償度越大，系統(tǒng)中總的等值電抗越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。但補(bǔ)償度太大時(shí)，在某些情況下對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

Kc過(guò)大時(shí)，可能使短路電流過(guò)大，短路電流還可能呈容性，某些繼電保護(hù)裝置可能會(huì)誤動(dòng)作。Kc過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)中的等值電抗減小，阻尼功率系數(shù)D可能為負(fù)，則會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生低頻的自發(fā)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于Kc

過(guò)大的補(bǔ)償后，發(fā)電機(jī)的外部電路XL可能呈容性，同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)可能起助磁作用，即同