1、穩(wěn)定性分析2009-10-14 14:181功角的具體含義。電源電勢的相角差，發(fā)電機q軸電勢與無窮大系統(tǒng)電源電勢之間的相角差。電磁功率的大小與密切相關，故稱為“功角”或“功率角”。電磁功率與功角的關系式被稱為“功角特性”或“功率特性”。功角除了表征系統(tǒng)的電磁關系之外，還表明了各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對空間位置。2功角穩(wěn)定及其分類。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中所有同步發(fā)電機均同步運行，即功角 是穩(wěn)定值。系統(tǒng)在受到干擾后，如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過一段時間的運動變化后仍能恢復同步運行，即功角 能達到一個穩(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。   根據(jù)功角失穩(wěn)的原因和發(fā)展過程，功角

2、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）動態(tài)穩(wěn)定（長過程）3電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及其特點。定義：指電力系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動恢復到原始運行狀態(tài)的能力。如果能，則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是靜態(tài)穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是靜態(tài)失穩(wěn)的。特點：靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運行狀態(tài)下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)是否能夠維持靜態(tài)穩(wěn)定主要與系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的原始運行狀態(tài)有關，而與小干擾的大小、類型和地點無關。4電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其特點。定義：指電力系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來的穩(wěn)態(tài)運行狀

3、態(tài)的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。如果能，則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下該擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。不能，則系統(tǒng)是暫態(tài)失穩(wěn)的。特點：研究的是電力系統(tǒng)在某一運行狀態(tài)下受到較大干擾時的穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行狀態(tài)有關，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間均有關。作業(yè)25發(fā)電機組慣性時間常數(shù)的物理意義及其與系統(tǒng)慣性時間常數(shù)的關系。表示在發(fā)電機組轉(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)速時所經(jīng)過的時間。TJ=TJG*SGN/SB6例題6-1 (P152) （補充知識：當發(fā)電機出口斷路器斷開后，轉(zhuǎn)子做勻加速旋轉(zhuǎn)。汽輪發(fā)電機極對數(shù)p=1。額定頻率為50Hz。要求列寫每個公式的來

4、源和意義。）題目:已知一汽輪發(fā)電機的慣性時間常數(shù)Tj=10S,若運行在輸出額定功率狀態(tài)，在t=0時其出口處突然斷開。試計算（不計調(diào)速器作用）（1）經(jīng)過多少時間其相對電角度（功角）=0+PAI.(0為斷開錢的值）（2）在該時刻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。解:（1）Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=31.4RAD/S2=0+0.5dd2/dt2 所以PI=0.5*2PI*f/10t方 t=更號10/50=0.447（2）t=0.447時，OMG=OMG0+dOMG/dt*t=OMG0+d2/dt2*0.447=OMG0+OMG0/10*0.447=1.045OMG0

5、=1.045*2PIf=328.3rad/s N=1.045*3000=3135R/MIN7.習題6.2.1已知一水輪發(fā)電機額定功率為300MW，額定功率因數(shù)為0.875，飛輪轉(zhuǎn)矩GD2為70000t*M2轉(zhuǎn)速為125R/MIN（1）計算TJ（2）若全系統(tǒng)基準功率SB=200MVA，TJ應該如何歸算解：TJG=2.74GD2*n方/1000SGN(SGN單位Kva）=2.74*70000*125方/1000*（300/0.875）*1000=8.74STJ=TJG*SGN/SB=8.74*（300/0.875）/2008P156例題6-29習題6-202（凸機不要求）10多機系統(tǒng)中發(fā)電機電磁功

6、率的特點答:圖公式, 任一臺發(fā)電機的功角特性，是它與其余所以發(fā)電機電勢相角差的函數(shù)。在系統(tǒng)含有三臺以上發(fā)電機的情況下，不能用曲線作出發(fā)電機的功角特性。任一臺發(fā)電機輸出的電磁功率，都與所有發(fā)電機的電勢及電勢間的相角差有關，因此任一臺發(fā)電機運行狀態(tài)的變化，都要影響到其余發(fā)電機的運行狀態(tài)。11發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時，強制空載電勢與空載電勢的關系？答:相等,Eqe=Eqe'+Td0'dEq'/dt12自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)直接控制發(fā)電機勵磁電壓還是勵磁機勵磁電壓？答:勵磁機勵磁電壓13晶閘管調(diào)節(jié)勵磁器的工作原理？答:當發(fā)電機端電壓(和定子電流)變化時,量測單元測得的電壓信號與給定的電壓相比

7、較，得到的電壓偏差信號經(jīng)放大后，作用于移相觸發(fā)單元，產(chǎn)生不同的相位觸發(fā)脈沖，進而改變晶閘管導通角，使勵磁機勵磁繞組電壓電流變化以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁繞組電壓乃至發(fā)電機電壓的目的。14強行勵磁動作與退出的原因是什么？當發(fā)電機電壓由于系統(tǒng)發(fā)生短路而大幅度下降時，采用強行勵磁，即短接強勵電阻RC或者全部開通晶閘管導通角，此時uff立即躍變至最大值uffm。短路切除后發(fā)電機端電壓上升到一定值，或者強行勵磁運行達到時間限制后，為了系統(tǒng)安全，則強行勵磁將退出工作，即相應恢復RC或者晶閘管導通角的控制，此時uff將變?yōu)檎＿\行時的uff0 15無16發(fā)電機和異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩的作用有何不同？發(fā)電機

8、機械轉(zhuǎn)矩助動電磁轉(zhuǎn)矩制動。電動機相反17異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的電阻與轉(zhuǎn)差的關系？R=rs/s反比18異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的關系？MEmax=U方/2（XS6+Xr6）正比U方19異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性的具體特點是什么？如圖S升高ME升高 IF S小于Scr .S升高ME降低 IF S大于Scr.ME=MEmax IFS=Scr20綜合負荷的靜態(tài)電壓特性一般如何表示？忽略頻率變化，綜合負荷的靜態(tài)電壓特性為：PD=apU2次方+bpU+Cp ap+bp+cp=1QD=aqU2次方+bqU+Cq aq+bq+cq=121整步功率系數(shù)的定義及其與簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的關系？整步功率系數(shù)=dPE/

9、d 大于零系統(tǒng)穩(wěn)定. 整步功率系數(shù)大小可以說明系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的程度。整步功率系數(shù)值越小，靜態(tài)穩(wěn)定的程度越低。整步功率系數(shù)等于0，則是穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界點，即靜態(tài)穩(wěn)定極限點。在簡單系統(tǒng)中靜態(tài)穩(wěn)定極限點所對應的功角就是功角特性的最大功率所對應的功角。22靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)KP的概念，在電力系統(tǒng)實際運行中對KP的具體要求。Kp=(PM-P0)/P0*100/100PM穩(wěn)定極限點對應的功率PO某一運行情況下的輸送功KP大于等于15-20%正常運行方式的靜態(tài)穩(wěn)定儲備要求KP大于等于10%事故后運行方式的靜態(tài)穩(wěn)定儲備要求23簡單系統(tǒng)和電動機的靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)是什么？整步功率系數(shù)=dPE/d 大于零系統(tǒng)穩(wěn)定23小干

10、擾法的基本原理是什么對于一個非線性動力系統(tǒng)，1首先列寫描述系統(tǒng)運動的非線性狀態(tài)方程組；2然后利用泰勒級數(shù)對非線性狀態(tài)方程組進行線性處理3再根據(jù)線性狀態(tài)方程組系數(shù)矩陣的特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。24例題7-12525習題7-2-126不計阻尼作用，列寫簡單系統(tǒng)線性化轉(zhuǎn)子運動方程的特征根，根據(jù)整步功率系數(shù)與特征根的關系，說明其對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。當(dPE/D)小于0特征值分別為一個正實根和負實根， 非周期性發(fā)散，發(fā)電機失去同步，系統(tǒng)不穩(wěn)定當(dPE/D)大于0特征值為一對虛根， 等幅振蕩。實際中，若系統(tǒng)存在正阻尼，       作衰減振蕩，發(fā)電機

11、最終恢復同步，系統(tǒng)穩(wěn)定。27考慮阻尼作用，列寫簡單系統(tǒng)線性化轉(zhuǎn)子運動方程的特征根，并根據(jù)整步功率系數(shù)和阻尼功率系數(shù)與特征根的關系，說明其對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。人12=-D+-根號(D方-4W0TJ(SEq)0)/2TJ (SEq)0整步功率系數(shù)=(dPE/d)0(SEq)0小與0無論D是正是負 ， 人總有一正實根，系統(tǒng)非周期性失去穩(wěn)定。只是在正阻尼時失穩(wěn)過程會慢一些(SEq)0大于0則由D的正負決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性1D大于0(一般不大，10左右)，正阻尼，人是一對具有負實部的共軛復根，小擾動后， 作衰減振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定。2D小于0，負阻尼， 人為一對正實部的共軛根，小擾動后， 自發(fā)振蕩，系統(tǒng)失去穩(wěn)定

12、。28分別考慮正阻尼和負阻尼作用，繪制小干擾下簡單系統(tǒng)運行點的運動軌跡，并根據(jù)運動軌跡的變化說明阻尼功率對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。答:P=PT-(PE+DW) PD=DW正阻尼D大于0圖5D大于0時，衰減振蕩的特征是運行點在P-平面上順時針移動，最后回到初始點。D小于0時自發(fā)振蕩的特征是運行點在P-平面上逆時針移動 逐漸遠離初始運行點，自發(fā)振蕩時功角變化的幅度越來越大，最后必將導致電源之間失步，即系統(tǒng)穩(wěn)定性受到破壞29自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響加裝電壓偏差比例式勵磁調(diào)節(jié)器后，穩(wěn)定極限可由暫態(tài)電勢恒定模型來確定。系統(tǒng)的極限功率和極限功角都增大了。自動調(diào)節(jié)勵磁器可增大極限點功率、極限功角和靜態(tài)穩(wěn)定

13、儲備系數(shù)，即可增強系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性30自動勵磁調(diào)節(jié)器對簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響.（1）比例式勵磁調(diào)節(jié)器可以提高和改善系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。其擴大了穩(wěn)定運行范圍，發(fā)電機可以運行在SEq小于0，即大于90 的一定范圍內(nèi)，也增大了穩(wěn)定極限功率，提高了輸送能力。（2）具有比例式勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機不能運行在 SEq小于0 情況下。（3）放大倍數(shù)的整定值是應用比例式勵磁調(diào)節(jié)器要特別注意的問題。31考慮自動勵磁調(diào)節(jié)器后勞斯穩(wěn)定判據(jù)的物理意義判據(jù)（1）表示：發(fā)電機的運行極限可用暫態(tài)電勢恒定模型來表示。若系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性，則整步功率系數(shù)必須大于0，否則系統(tǒng)將非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。判據(jù)（2）要求：當運行點使得K5小于0時，

14、比例式勵磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不得大于其最大值。否則，勞斯陣列第一列元素中倒數(shù)第二個元素為負，系統(tǒng)存在正實部共軛根，自發(fā)振蕩，失去穩(wěn)定。判據(jù)（3）要求：當運行點使得SEq 小于0時，比例式勵磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不得小于其最小值。否則，勞斯陣列第一列元素中最后一個元素為負，系統(tǒng)存在正實數(shù)根，非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。32勵磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)對簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響1如果Ke整定的適當，即滿足 Kemin小于Ke小于Kemax，則可近似用SE'q=0來確定穩(wěn)定極限，發(fā)電機采用暫態(tài)電勢恒定模型。2如果Ke整定的較大，由于受到自發(fā)振蕩條件的限制（即Ke小于Kemax），極限運行角將縮小，一般比 SE'

15、;q=0 對應的功角小得多，差別的大小與Te有關。當Ke整定的過大而使得Ke大于Kemax，系統(tǒng)存在具有正實部的共軛特征值，系統(tǒng)將自發(fā)振蕩失去穩(wěn)定。3當運行點處SEq小于0時，如果Ke整定的過小使得0小于Ke小于Kemin，則系統(tǒng)存在正實數(shù)特征值，系統(tǒng)將非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。32提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的一般原則系統(tǒng)的功率極限愈高則靜態(tài)穩(wěn)定性愈高。以單機無窮大系統(tǒng)為例，則可以通過減小發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)之間的電氣距離（電抗）、提高發(fā)電機的電動勢和電網(wǎng)運行電壓來提高系統(tǒng)的功率極限。PM=EU/X33提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的常用措施1自動調(diào)節(jié)勵磁裝置5減小元件的電抗（1）采用分裂導線（2）提高線路額定電壓（3）

16、采用串聯(lián)電容補償3改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補償設備34結(jié)合系統(tǒng)的正常、故障及故障線路切除的三個狀態(tài)，繪制振蕩與失步過程的功率特性曲線，說明運行點的運動軌跡與變化趨勢。圖7a:正常運行突然故障P1到P11推出a到bb:W=1,W=0，a=b=0 PT大于PE,W增加大于1，增加推出沿P11b到c。C：保護動作切除故障P11到P111推出C到e Wc=Wmax大于1，Wc=Wmax大于0，c=e，c為切除角。e:PT小于PE,W下降大于1推出W下降大于0推出增加推出沿P111:e到f。f：W=1,W=0，f=max，PT小于PE推出W下降小于1推出W下降小于0推出下降推出沿P111:f到e到K.K

17、:PT=PE,Wk=Wmin小于1，W=Wmin小于0推出下降推出min，W升高推出1推出W升高推出0此后運行點沿P111繞K點振蕩如存在正阻尼則振蕩衰減最終停留在K點上持續(xù)運行。35例8-13636習題8-2-337改進歐拉法求解轉(zhuǎn)子運動方程的步驟是什么？(1) 計算tn時和W 的斜率 上點n=(wn-1)w0    上點wn=PT-PE(n)/TJ(2)計算tn+1時的和W的初步估計值 n+1(0)=+上點nh   Wn+1(0)=Wn+上點Wnh（3）計算tn+1時和W的斜率：上點n+1（0）=（Wn+1（0）-1）*W0 &#

18、160;    上點Wn+1（0）=（PT-PE（n+1（0）/TJ（4）計算TN+1時和W的校驗值：N+1=N+0.5（上點N+上點n+1（0）h     Wn+1=Wn+0.5(上點Wn+上點Wn+1(0)h38提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施有哪些？主要原理：減少擾動后的功率差額（一般為臨時措施，只在暫態(tài)過程中起作用）1 故障的快速切除和自動重合閘裝置2 提高發(fā)電機輸出的電磁功率3 減小原動機輸出的機械功率4 系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的措施（設置解列點 ，短期異步運行和再同步的可能性）39在雙回線的簡單系統(tǒng)中，如果發(fā)生單回線路始端單相短

19、路時，分別通過物理過程的分析說明重合閘成功和不成功對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。要求繪制功率特性曲線，列寫運行點的運動軌跡，標注加速面積與減速面積，說明加速面積與減速面積的變化關系。40在單回線的簡單系統(tǒng)中，如果發(fā)生線路始端單相短路時，通過物理過程的分析說明三相與單相重合閘成功對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。要求繪制功率特性曲線，列寫運行點的運動軌跡，標注加速面積與減速面積，說明加速面積與減速面積的變化關系。說明單相重合閘相對于三相重合閘的特點。答：當發(fā)生單相故障時，單相重合閘能增大故障相線路切除到重合期間的傳輸功率，有利于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。超高壓輸電線路，單相故障很多，宜采用單相重合閘。單相重合閘的去游離時間比三相重合閘的長，因為切除一相后其余兩相仍處在帶電狀態(tài)，盡管故障電流被切斷了，但帶電的兩相仍將通過導線間的電容和電感耦合向故障點繼續(xù)提供電流（潛供電流），因此維持了電弧的燃燒，對去游離不利。41電氣制動的動作原理及影響其作用發(fā)揮的主要因素