15.電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念.ppt

1、0,第十五章,電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念,1,課程地位,先修課程 “電路原理”、“電機(jī)學(xué)”、“電磁場(chǎng)”、 “自動(dòng)控制原理” 、“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”、“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”。 “電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析”與“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”、“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”共同構(gòu)成電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)課。,2,電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課,電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),穩(wěn)態(tài),正常的、相對(duì)靜止的運(yùn)行狀態(tài)。,“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”,擾動(dòng)使得系統(tǒng)從一種運(yùn)行狀態(tài)向另一種運(yùn)行狀態(tài)過(guò)渡。,電磁暫態(tài),機(jī)電暫態(tài),分析電網(wǎng)電氣量的變化，比機(jī)電暫態(tài)快得多。,分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化,“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”,暫態(tài),“電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析”,3,課程內(nèi)容和目的,課程內(nèi)容 第六章

2、穩(wěn)定性問(wèn)題概述和各元件機(jī)電特性 第七章 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定 第八章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 課程目的 掌握電力系統(tǒng)靜態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定性的基本概念。 掌握發(fā)電機(jī)的靜態(tài)和暫態(tài)數(shù)學(xué)模型及電磁功率特性。 掌握簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性分析的基本方法。 學(xué)會(huì)分析影響靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性的主要措施。,4,15.1 概述 15.2 同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性 15.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用原理和數(shù)學(xué)模型 15.4 負(fù)荷特性 15.5 柔性輸電裝置特性,第十五章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題概述和各元件機(jī)電特性,5,15.1 概述 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概念,電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后回到

3、原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題。如果能，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。,6,15.1 概述 功角,無(wú)限大系統(tǒng),隱極機(jī),=常數(shù),G,圖6-1 (a) 系統(tǒng)圖,電勢(shì)方程：,總電抗：,發(fā)電機(jī)電磁功率：,功角,功角特性,T,L,不變，系統(tǒng)穩(wěn)定；,一直變化，系統(tǒng)不穩(wěn)定。,7,15.1 概述 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)與功角的關(guān)系,穩(wěn)態(tài)時(shí)：,擾動(dòng)后：,q軸,電磁轉(zhuǎn)矩,機(jī)械轉(zhuǎn)矩,q軸,d軸,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)示意圖,q0軸,電氣角速度,同步電氣角速度,兩q軸的空間相對(duì)位置,兩轉(zhuǎn)子的空間相對(duì)位置,8,15.1 概述 功角的含義,兩電源電勢(shì)的相角差，發(fā)電機(jī)q軸電勢(shì)與無(wú)窮大系統(tǒng)

4、電源電勢(shì)之間的相角差。 電磁功率的大小與相位角密切相關(guān)，稱為“功角”或“功率角”。電磁功率與功角的關(guān)系式被稱為“功角特性”或“功率特性”。 功角除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表明了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。,9,15.1 概述 功角穩(wěn)定的概念,電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中所有同步發(fā)電機(jī)均同步運(yùn)行，即功角 是穩(wěn)定值。系統(tǒng)在受到干擾后，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)變化后仍能恢復(fù)同步運(yùn)行，即功角 能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，則系統(tǒng)就是功角穩(wěn)定的，否則就是功角不穩(wěn)定。 通常，所說(shuō)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性就指的是系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性。,10,15.1 概述 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類,當(dāng)系統(tǒng)的有功或無(wú)功供給不足時(shí)，也可能出現(xiàn)全系

5、統(tǒng)的發(fā)電機(jī)是維持同步運(yùn)行，但系統(tǒng)頻率或電壓不可控制的持續(xù)下降。此時(shí)系統(tǒng)從功角意義上仍然是穩(wěn)定的，但系統(tǒng)已失去了穩(wěn)定即出現(xiàn)了頻率穩(wěn)定或電壓穩(wěn)定問(wèn)題。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包括：功角穩(wěn)定頻率穩(wěn)定電壓穩(wěn)定,11,15.1 概述 功角穩(wěn)定的分類,根據(jù)功角失穩(wěn)的原因和發(fā)展過(guò)程，功角穩(wěn)定可分為如下三類： 靜態(tài)穩(wěn)定（小干擾） 暫態(tài)穩(wěn)定（大干擾） 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定（長(zhǎng)過(guò)程）,12,15.1 概述 靜態(tài)穩(wěn)定(Steady Stability),定義：靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)的能力。如果能，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是靜態(tài)穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是

6、靜態(tài)失穩(wěn)的。 特點(diǎn)：靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行狀態(tài)下受到微小干擾時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。系統(tǒng)是否能夠維持靜態(tài)穩(wěn)定主要與系統(tǒng)在擾動(dòng)發(fā)生前的原始運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，而與小干擾的大小、類型和地點(diǎn)無(wú)關(guān)。,13,15.1 概述 暫態(tài)穩(wěn)定 (Transient Stability),定義：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。如果能，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下該擾動(dòng)下是暫態(tài)穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是暫態(tài)失穩(wěn)的。 特點(diǎn)：暫態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行狀態(tài)下受到較大干擾時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。系統(tǒng)

7、的暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動(dòng)前的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，而且與擾動(dòng)的類型、地點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間均有關(guān)。,14,15.1 概述 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 (Dynamic Stability),定義：電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到小的或大的干擾后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長(zhǎng)過(guò)程運(yùn)行穩(wěn)定性的能力。如果能，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的。 特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過(guò)程較長(zhǎng)，參與動(dòng)作的元件和控制系統(tǒng)更多、更復(fù)雜。（不講）,15,作業(yè)1,功角的具體含義。 功角穩(wěn)定及其分類。 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及其特點(diǎn)。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其特點(diǎn)。,16,15.2 同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性,15.

8、2.1 同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 15.2.3 電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式,17,15.2.1 同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,15.2.1.1轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程 15.2.1.2轉(zhuǎn)子的機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo) 15.2.1.3 慣性時(shí)間常數(shù) 15.2.1.4 同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),18,15.2.1.1 轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程,（6-1）,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,角加速度,機(jī)械角速度,機(jī)械(電磁)轉(zhuǎn)矩,不平衡轉(zhuǎn)矩,反映機(jī)械轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)關(guān)系，是純機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不能反映電氣量的變化作用。,19,15.2.1.2轉(zhuǎn)子機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo) 轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的標(biāo)么值處理,轉(zhuǎn)矩(功率

9、)基準(zhǔn)值,同步機(jī)械（電氣）角速度,慣性時(shí)間常數(shù),單位為s,極對(duì)數(shù),20,15.2.1轉(zhuǎn)子機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo) 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的二階形式,（6-10）,功角 是兩q軸之間的空間相對(duì)位置角,q軸,q0軸,機(jī)械功率,電磁功率,兩邊求導(dǎo),21,15.2.1.2轉(zhuǎn)子機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo) 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的狀態(tài)方程形式,（6-11）,（6-12）,功率和電氣角速度都是標(biāo)幺值,功率是標(biāo)幺值，電氣角速度是有名值,注：習(xí)慣上標(biāo)幺值不帶（*）,反映暫態(tài)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、功角和不平衡功率之間的相互作用與變化規(guī)律，是功角穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。,22,15.2.1.3慣性時(shí)間常數(shù),（1）發(fā)電機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)的物理意義 （2）發(fā)電

10、機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) （3）系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù),23,15.2.1.3慣性時(shí)間常數(shù)發(fā)電機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)的物理意義,表示在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。,(6-6),24,15.2.1.3慣性時(shí)間常數(shù) 發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù),發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)有：飛輪轉(zhuǎn)矩 (tm2)、發(fā)電機(jī)額定容量 ( KVA)、額定轉(zhuǎn)速 ( r/min ),定義,以發(fā)電機(jī)組的額定容量 為基準(zhǔn)的慣性時(shí)間常數(shù) (S)。,(6-7),25,15.2.1.3慣性時(shí)間常數(shù) 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù),注意：容量折算,m臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組合并為單臺(tái)等值機(jī)組：,單臺(tái)發(fā)電機(jī)：,26,15.2.1.4 同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)

11、動(dòng)方程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),干擾后：,穩(wěn)態(tài)：,功角變化,功角不變,假設(shè)調(diào)速器不起作用，機(jī)械功率 不變。電磁功率 的描述和計(jì)算，就成了電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定分析中最為復(fù)雜和困難的任務(wù)。,（6-12）,27,作業(yè)2,發(fā)電機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)的物理意義及其與系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)的關(guān)系。 例題6-1 (P152) （補(bǔ)充知識(shí)：當(dāng)發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開后，轉(zhuǎn)子做勻加速旋轉(zhuǎn)。汽輪發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)p=1。額定頻率為50Hz。要求列寫每個(gè)公式的來(lái)源和意義。） 習(xí)題6-2-1 (P175),28,簡(jiǎn)單系統(tǒng)中PE的計(jì)算,功角穩(wěn)定分析,求解狀態(tài)方程,PE,本節(jié)內(nèi)容：,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率,復(fù)雜系統(tǒng)中PE的計(jì)算,29,3）不計(jì)發(fā)

12、電機(jī)定子繞組及電網(wǎng)中的電磁暫態(tài)過(guò)程。只計(jì)及發(fā)電機(jī)定子電流中的正序基頻交流分量產(chǎn)生的電磁功率。 理由：a、定子及電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過(guò)程很快，百分之幾秒。 b、非周期分量在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的功率平均值接近于零，又由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，因此對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)影響很小。 c、不計(jì)零序和負(fù)序電流的影響，只考慮基波正序分量。零序電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)沒(méi)有影響。負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的功率平均值接近于零，因此對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)影響很小。,2）假設(shè)機(jī)組轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速,1）略去發(fā)電機(jī)定子繞組電阻,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 假設(shè)條件一,30,4）假定發(fā)電機(jī)的某個(gè)電動(dòng)勢(shì)為恒定。,空載電動(dòng)勢(shì)恒定忽略自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁器的作用暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)

13、恒定考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁器的作用一般發(fā)電機(jī)端電壓恒定考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁器的作用很強(qiáng),15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 假設(shè)條件二,RC,G,G,pf,pE,E,G,TA,TV,D,AVR,ff,f,轉(zhuǎn)子回路或勵(lì)磁回路,定子回路,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,圖 6-14,dq軸1,dq軸2,他勵(lì)回路,31,無(wú)限大系統(tǒng),同步發(fā)電機(jī),=常數(shù),G,圖6-1 (a) 系統(tǒng)圖,忽略了電阻，,同步發(fā)電機(jī)的電路方程,T,L,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的電磁功率,32,a,x,d軸,q軸,b,y,c,z,b,c,a,Lbb,Laa,Lcc,r,r,r,ub,ua,uc,ia,ic,ib,if,LDD,rD

14、,iD,LQQ,rQ,iQ,圖2-18 同步發(fā)電機(jī)各繞組位置示意圖,圖2-19 同步發(fā)電機(jī)各回路電路圖,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 同步發(fā)電機(jī)電路圖,33,r,ua,ia,Laa,a相繞組的回路電路圖,a相繞組的回路電壓方程和磁鏈方程：,a相繞組的回路電壓方程和磁鏈方程,機(jī)端電壓,34,回路電壓方程和磁鏈方程：,在abc三相下，定子和轉(zhuǎn)子的回路電壓方程為微分方程,(2-49),15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 在abc三相中同步發(fā)電機(jī)方程,35,由于 1）轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)于定子繞組旋轉(zhuǎn)； 2）轉(zhuǎn)子僅對(duì)d、q軸對(duì)稱。 定、轉(zhuǎn)子繞組間互感，定子自、互感周期性變化，僅有轉(zhuǎn)子繞組自感和轉(zhuǎn)子繞

15、組間互感為常數(shù)。相應(yīng)定子和轉(zhuǎn)子回路電壓方程為一組變系數(shù)微分方程，很難求解。,變系數(shù)矩陣,(2-50),詳見附錄A,36,數(shù)學(xué)角度上：派克變換是一種線性變換； 物理意義上：派克變換將觀察者的角度從靜止的定子繞組轉(zhuǎn)移到隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)的dq軸上。 可以使得定子繞組自、互感，定、轉(zhuǎn)子繞組間互感變成常數(shù)，大大簡(jiǎn)化了同步發(fā)電機(jī)的原始方程。,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 派克變換,37,（2-67）,（2-64）,常系數(shù)矩陣,派克變換后發(fā)電機(jī)回路電壓方程為常系數(shù)微分方程，容易求解。,38,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 在dq軸中同步發(fā)電機(jī)方程,dq軸2,電動(dòng)勢(shì)變化,39,機(jī)電暫態(tài)過(guò)程中，計(jì)算

16、發(fā)電機(jī)的電磁功率時(shí)， 1）略去發(fā)電機(jī)定子繞組電阻 r0 2）忽略定子繞組的電磁暫態(tài)過(guò)程 3）忽略阻尼繞組暫態(tài)過(guò)程 則發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的q軸和d軸分量可表示為：,為空載電勢(shì),15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 機(jī)端電壓dq軸分量的代數(shù)方程,用,和,表示,40,相量形式,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率 機(jī)端電壓dq軸分量的相量方程,勵(lì)磁假設(shè)條件,是 的d軸和q軸分量,和,41,寫成相量形式：,定義：,有：,的d軸和q軸分量,的d軸和q軸分量,引出 參數(shù)，,15.2.2 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和功率無(wú)限大系統(tǒng)母線電壓的dq軸分量方程,=常數(shù),則：,42,以暫態(tài)電勢(shì)表示機(jī)端電壓的dq軸分量,定義：暫態(tài)

17、電勢(shì) 暫態(tài)電抗,勵(lì)磁假設(shè)條件,dq軸磁鏈方程,43,發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的dq軸分量可表示為：,相量形式,是 的d軸和q軸分量,和,以暫態(tài)電勢(shì)表示機(jī)端電壓的dq軸分量,44,寫成相量形式：,定義：,有：,=常數(shù),的d軸和q軸分量,的d軸和q軸分量,引出 參數(shù)，,以暫態(tài)電勢(shì)表示無(wú)限大系統(tǒng)母線的dq軸分量,45,簡(jiǎn)單系統(tǒng)的主要電勢(shì)方程,空載電勢(shì),暫態(tài)電勢(shì),虛擬電勢(shì),用一個(gè)等值電路代表同步發(fā)電機(jī)：,(6-14),(6-24),(6-17),(6-26),46,隱極機(jī)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)相量圖,圖6-3,功角特性,47,凸極機(jī)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)相量圖,圖6-6,48,簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)電磁功率的計(jì)算方法,不考慮電阻，發(fā)電機(jī)與電

18、網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的注入有功相等,將電流分別用各電勢(shì)代替，便可用不同電勢(shì)表示出發(fā)電機(jī)電磁功率。,(6-15),49,用空載電勢(shì)表示隱極機(jī)的功角特性,(6-14),(6-16),50,用暫態(tài)電勢(shì)表示隱極機(jī)的功角特性,磁阻功率,(6-17),(6-18),51,用空載電勢(shì)表示凸極機(jī)的功角特性,磁阻功率,（6-24）,（6-25）,52,用暫態(tài)電勢(shì)表示凸極機(jī)的功角特性,磁阻功率,參照(6-18),(6-26),(6-27),53,用虛擬電勢(shì)和機(jī)端電壓表示同步發(fā)電機(jī)的功角特性,同乘以U/x,(6-22),(6-20),54,、 與 的關(guān)系式,隱極機(jī),，可用(6-21)和(6-23)。,在近似計(jì)算中，常用 代替

19、。,55,簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)功角特性分析 空載電勢(shì)表示的隱極機(jī),圖6-4 為常數(shù)時(shí)隱極發(fā)電機(jī)的功角特性,56,簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功角特性分析 空載電勢(shì)表示的凸極機(jī),圖6-7,磁阻功率,57,簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功角特性 暫態(tài)電勢(shì)表示的同步發(fā)電機(jī),磁阻功率,圖6-5,58,例6-2簡(jiǎn)單系統(tǒng)功角特性的計(jì)算,系統(tǒng)基準(zhǔn)值取法有很多，為計(jì)算方便，我們?nèi)。?隱極機(jī),G,T1,T2,L,18/242kV,220/121kV,59,系統(tǒng)基準(zhǔn)下發(fā)電機(jī)的阻抗標(biāo)幺值參數(shù),有名值,高壓側(cè)有名值,高壓側(cè)標(biāo)幺值,標(biāo)幺值,60,系統(tǒng)基準(zhǔn)下變壓器的電抗標(biāo)幺值,高壓側(cè)有名值,高壓側(cè)標(biāo)幺值,61,系統(tǒng)基準(zhǔn)下線路的電抗標(biāo)幺值,有名值,

20、標(biāo)幺值,62,Q軸虛擬電勢(shì)與功角的計(jì)算公式,參考電壓,系統(tǒng)等值電路：,63,各種電勢(shì)與相位差的計(jì)算公式,代替,代替,64,各種電勢(shì)與相位差的計(jì)算公式,65,各種電勢(shì)表示的功率特性,66,各種電勢(shì)表示的功率特性,時(shí),時(shí),由,計(jì)算,當(dāng),當(dāng),相量圖,67,三電勢(shì)為常數(shù)時(shí)同步發(fā)電機(jī)功角特性對(duì)比,特點(diǎn),圖6-8,68,作業(yè)3,例題6-2 (P156) 習(xí)題6-2-2 (P175)（把題中的Eq|0|、Eq|0|以及Uq|0|為常數(shù)改為Eq、Eq以及UG為常數(shù)，要求畫出系統(tǒng)圖、等值電路圖、相量圖和功率特性曲線）,69,多機(jī)系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)電磁功率,同步發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的等值模型 系統(tǒng)的等值模型 多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電

21、機(jī)的電磁功率 兩機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的電磁功率,70,發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的等值模型,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上的恒定導(dǎo)納：,發(fā)電機(jī)的等值模型：,(6-28),71,系統(tǒng)的等值模型,圖6-10,網(wǎng)絡(luò)有N個(gè)節(jié)點(diǎn) G個(gè)節(jié)點(diǎn)上接有發(fā)電機(jī),72,運(yùn)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的節(jié)點(diǎn)電壓方程 I=YU ,可得：,因此：,只保留發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)：,發(fā)電機(jī)注入電流表達(dá)式,G為發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù),展開,Yij為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)i和j之間的互導(dǎo)納,73,多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的電磁功率,為,的相角差。,和,(6-29),74,多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)電磁功率的特點(diǎn),任一臺(tái)發(fā)電機(jī)的功角特性，是它與其余所以發(fā)電機(jī)電勢(shì)相角差的函數(shù)。在系統(tǒng)含有三臺(tái)以上發(fā)電機(jī)的情況下，不能用曲線作出發(fā)電機(jī)的功角特

22、性。 任一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，都與所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)及電勢(shì)間的相角差有關(guān)，因此任一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化，都要影響到其余發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。,(6-29),75,兩機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)電磁功率,當(dāng)G=2時(shí)（兩機(jī)系統(tǒng)）：,(6-30),(6-29),76,兩機(jī)系統(tǒng)的功角特性,(6-30),圖6-11,很小,77,特殊的兩機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性,=常數(shù),發(fā)電機(jī)的電磁功率：,(6-20),(6-31),78,計(jì)及電阻時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性,=常數(shù),(6-32),79,計(jì)及電阻時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性,=常數(shù),(6-33),80,計(jì)及電阻時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性,圖6-12,81,作業(yè)4,多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)電磁功率的

23、特點(diǎn),82,15.2.3 電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式,RC,G,G,pf,pE,E,G,TA,TV,D,AVR,ff,f,轉(zhuǎn)子回路或勵(lì)磁回路,定子回路,調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng),圖 6-14,前面假定：當(dāng)無(wú)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)， 是常數(shù)。當(dāng)自動(dòng) 調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)能力一般時(shí)， 是常數(shù)。 實(shí)際上：由于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子回路的暫態(tài)過(guò)程， 和 是變化的。,if,uf,rf,勵(lì)磁繞組回路Page29,他勵(lì)回路,83,15.2.3 電動(dòng)勢(shì)變化過(guò)程的方程式,勵(lì)磁繞組電壓回路方程為：,強(qiáng)制空載電動(dòng)勢(shì),勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù),（6-34）,和,受控于,，,而,受控于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)。,84,15.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用原理和數(shù)學(xué)

24、模型,原理：通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電壓 ，改變發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，從而影響發(fā)電機(jī)的電磁功率及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 構(gòu)成：主勵(lì)磁系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。,15.3.1 主勵(lì)磁系統(tǒng) 15.3.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置及其框圖 15.3.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型,85,15.3.1 主勵(lì)磁系統(tǒng),主勵(lì)磁系統(tǒng)：從勵(lì)磁電源到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁主 回路。有直流勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁系統(tǒng) 和靜止勵(lì)磁系統(tǒng)三類。 直流勵(lì)磁系統(tǒng)具有接線和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富等優(yōu)點(diǎn)，但因換向困難、可靠性差，難以制造大容量直流發(fā)電機(jī)。 交流勵(lì)磁系統(tǒng)便于制造、成本低、工作可靠、反應(yīng)迅速。他勵(lì)式交流旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)需換向。常用于大容量機(jī)組。

25、靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電壓的動(dòng)態(tài)方程,86,他勵(lì)直流勵(lì)磁系統(tǒng),pf,PE,E,G,TA,TV,U,AER,ff,f,RC,勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)和原動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn),發(fā)電機(jī),直流勵(lì)磁機(jī),副勵(lì)磁機(jī),強(qiáng)行勵(lì)磁電阻,整流器,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,Automatic excitation regulator,勵(lì)磁電流為直流,圖 6-14,87,他勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng),G,TA,TV,AER,勵(lì)磁電流為直流,TV,發(fā)電機(jī),交流勵(lì)磁機(jī),副勵(lì)磁機(jī),pf,ff,f,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,SCR2,SCR1,圖 6-15,PE,E,自勵(lì)恒壓?jiǎn)卧?88,靜止勵(lì)磁系統(tǒng),G,TA,TV,AER,發(fā)電機(jī),f,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,TV,G,TA,AER,發(fā)電機(jī),f,勵(lì)磁

26、調(diào)節(jié)器,(a)自并勵(lì),圖 6-16,(b)自復(fù)勵(lì),TV,89,他勵(lì)直流勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化的動(dòng)態(tài)方程,主勵(lì)磁系統(tǒng)的回路等值電路 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化的動(dòng)態(tài)方程,90,主勵(lì)磁系統(tǒng)的回路等值電路,他勵(lì)繞組回路,勵(lì)磁繞組回路,Lff,iff,uff,rff,if,uf,rf,f,圖6-17,他勵(lì)繞組回路電壓方程為：,（6-36）,91,不計(jì)飽和時(shí)：,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化的動(dòng)態(tài)方程,不計(jì)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)速的變化時(shí)：,計(jì)及飽和時(shí)：,（6-37）,（6-38）,（6-39）,其中， 為飽和系數(shù) ，不計(jì)飽和時(shí) 。,他勵(lì)繞組時(shí)間常數(shù),（6-40）,92,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化的動(dòng)態(tài)方程標(biāo)幺制形式,之間基準(zhǔn)值的關(guān)系取為

27、：,（6-43）,取,（6-40）,圖6-18,93,15.3.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置及其框圖 晶閘管調(diào)節(jié)勵(lì)磁器原理框圖,G,TA,TV,量測(cè)濾波,綜合放大,移相觸發(fā),晶閘管輸出,轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋,勵(lì)磁機(jī),uf,uff,UG0,其它信號(hào),、電氣角速度的偏差量（PSS）、偏差量的一階和二階導(dǎo)數(shù)（強(qiáng)力式調(diào)節(jié)器）。,機(jī)端電壓的偏差量（電壓偏差比例式調(diào)節(jié)器）,AER,自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如端電壓和定子電流等，自動(dòng)調(diào)節(jié)主勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)。,圖6-20,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,94,15.3.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型按電壓偏差比例調(diào)節(jié)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng),小擾動(dòng)后等值的一階慣性環(huán)節(jié)：,（6-46）,

28、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的等值時(shí)間常數(shù),Te：,Ke：,自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的等值放大倍數(shù),圖6-22,去掉了標(biāo)幺值的下標(biāo),95,大擾動(dòng)后強(qiáng)行勵(lì)磁動(dòng)作與退出的原因,當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓由于系統(tǒng)發(fā)生短路而大幅度下降時(shí)，采用強(qiáng)行勵(lì)磁，即短接強(qiáng)勵(lì)電阻RC或者全部開通晶閘管導(dǎo)通角，此時(shí)uff立即躍變至最大值uffm。短路切除后發(fā)電機(jī)端電壓上升到一定值，或者強(qiáng)行勵(lì)磁運(yùn)行達(dá)到時(shí)間限制后，為了系統(tǒng)安全，則強(qiáng)行勵(lì)磁將退出工作，即相應(yīng)恢復(fù)RC或者晶閘管導(dǎo)通角的控制，此時(shí)uff將變?yōu)檎＿\(yùn)行時(shí)的uff0。,96,強(qiáng)行勵(lì)磁動(dòng)作與退出的空載強(qiáng)制電勢(shì)動(dòng)態(tài)方程,（6-47）Page166,強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作：短接強(qiáng)勵(lì)電阻RC或者全部開通晶閘管導(dǎo)通角。

29、,強(qiáng)勵(lì)退出：恢復(fù)RC或者晶閘管導(dǎo)通角的控制。,（8-32）Page218,去掉了標(biāo)幺值的下標(biāo),97,發(fā)電機(jī)電勢(shì)與勵(lì)磁電壓變化的動(dòng)態(tài)方程(小結(jié)),大擾動(dòng)后強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作 (1)+(3),（1）,（2）,（3）,小擾動(dòng)后電壓偏差比例控制(1)+(2),發(fā)電機(jī)電勢(shì)變化方程,大擾動(dòng)后強(qiáng)勵(lì)退出 (1)+(4),（4）,(6-34),(6-46),(6-47),(8-32),發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化方程,98,作業(yè)5,發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)制空載電勢(shì)與空載電勢(shì)的關(guān)系？ 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)直接控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓還是勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓？ 晶閘管調(diào)節(jié)勵(lì)磁器的工作原理？ 強(qiáng)行勵(lì)磁動(dòng)作與退出的原因是什么？,99,15.4 負(fù)荷特性,負(fù)

30、荷特性：負(fù)荷功率與系統(tǒng)電壓及頻率的關(guān)系。它對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有相當(dāng)影響。 負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)系統(tǒng)電壓和頻率快速變化時(shí)的負(fù)荷特性。通常采用異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性作為負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性。 負(fù)荷靜態(tài)特性：當(dāng)系統(tǒng)電壓和頻率緩慢變化時(shí)的負(fù)荷特性，是各種用電設(shè)備靜態(tài)特性的綜合，又稱為綜合負(fù)荷靜態(tài)特性。其中負(fù)荷隨電壓變化的特性稱為綜合負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性，隨頻率變化的特性稱為綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。 15.4.1 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)電特性 15.4.2 綜合負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性,100,15.4.1 異步電動(dòng)機(jī)組的機(jī)電特性,異步電動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性曲

31、線 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率變化的靜態(tài)特性,101,異步電動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率：,轉(zhuǎn)差率表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：,機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩：,標(biāo)幺值,(6-48),(6-49),(6-50),(6-51),a：與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)部分所占比例； ：與轉(zhuǎn)速有關(guān)的指數(shù)； K：實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值。,102,異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路,可轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的電磁功率,(6-52),圖6-23(b),變化阻抗,103,異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性曲線,(6-53),忽略rs：,圖 6-24,104,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程,考慮轉(zhuǎn)矩不平衡產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程：擾動(dòng)作用，電壓突然減小，轉(zhuǎn)差不能突變，電磁轉(zhuǎn)矩減小，運(yùn)行點(diǎn)從a0到a1。機(jī)械轉(zhuǎn)矩不變，Mm大于ME，s增大，運(yùn)行點(diǎn)從a1運(yùn)行到a2 達(dá)到新的平衡。 s從s0運(yùn)行到s2 ，可由(6-50)、 (6-51)和(6-53)求解出s隨時(shí)間的變化值，從而得到電動(dòng)機(jī)等值阻抗的變化。,機(jī)械轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩,105,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率變化的靜態(tài)特性,假設(shè)轉(zhuǎn)矩始終平衡，不考慮動(dòng)態(tài)過(guò)程：電壓變化，運(yùn)行點(diǎn)直接從一個(gè)平衡點(diǎn)a0到另一個(gè)平衡點(diǎn)a2。由此根據(jù)不同電壓計(jì)算得到不同轉(zhuǎn)差率、不同等值阻抗和