电力系统分析第三章机组特性.ppt

第九章 机组的机电特性 第三篇 电力系统稳定性分析 同步发电机组的运动方程式9.1 发电机的功-角特性方程式 9.2 异步电动机组的机电特性 9.3 自动调节励磁系统对功角特性的影响9.4 n电力系统的稳定性，是指当电力系统在某一运行 状态下受到某种干扰后，能否继续运行的能力。 如果能够继续运行，则认为系统在该运行状态下 是稳定的；反之，系统是不稳定的。 n按遭受干扰的大小分为静态稳定性和暂态稳定性 。 静态稳定性：指系统受到小干扰后，能否恢复到 起始运行状态的能力。 暂态稳定性：指系统受到大干扰（短路、断线等 ），能否恢复到原来运行状态或过渡到新的平衡 状态的能力。 9.1 同步发电机组的运动方程式 一. 机械转矩方程式 同步发电机转子运动的方程为 -原动机的机械转矩；N m -发电机的电磁转矩； N m -机组转子的机械角加速度；rad/s2 -机组转子的机械角速度；rad/s -机组转子的机械角位移；rad -不平衡转矩或净加速转矩；N m 9.1 二. 同步发电机组的基本方程式 在电力系统分析中，采用电气角度、电角速度来表示转子的运动方程 -电角度；-电角速度 ； -同步发电机磁极对数 ； -同步电角速度； -角位移； 转子的相对角速度： 转子的相对或绝对角加速度 ： 代入机械转矩方程 ： 将上式标幺化，取转矩基准值 则 即 或 其中 为归算到功率基准值 的发电机组的惯性时间常数(s) 若机组的转速偏离同步转速不大 ， 由于 则 即不平衡转矩的标幺值近似等于不平衡功率的标幺值 上式即为同步发电机组转子运动的基本方程式。 当的单位rad时 ， 当的单位时， 9.1 三. 将方程式化为全标幺值形式 某些场合使用时，需要将 均化为rad形式 ， 即全标幺值形式，同学请参照书本自行学习。 注意基准值的取值。 9.1 四. 惯性时间常数及其物理意义 同步发电机组的惯性时间常数 对于单机组取 单机组的惯性时间常数以本机组 额定容量为基准时 为同步发电机组转子在额定转速时所具有的动能； 为额定转速时,机组单位容量所具有的动能； 为额定转速时,机组单位容量所具有动能的2倍； 这反映了发电机组转子在额定转速时的机械转动的惯性； 当可求发电机转速 从0上升至 时所需的时间 得 的另一个物理意义： 当机组输出的电磁转矩 ，输入的机械转矩 则不平衡转矩 时，机组从 静止升速至额定转速所需的时间。 惯性时间常数实际中的计算方法： -包括原动机在内的机组转子的回转力矩； -机组的额定转速；r/min -机组的额定功率；kVA 在电力系统稳定计算中，当已选好全系统统一的基准功 率时，必须将各发电机的惯性时间常数归算成统一基准功率 的有名值为 -以机组容量 为基准的惯性时间常数； -以机组容量 为基准的惯性时间常数； n台机组并列运行时 汽轮发电机组的惯性时间常数 816s； 水轮发电机组的惯性时间常数 48s； 同期调相机组的惯性时间常数 24s； 同步发电机组转子的运动方程式，可以描述电力系统受 扰动后发电机间或发电机与系统间的相对运动，也是用来判 断电力系统受扰动后能否保持稳定性的最直接根据。 发电机组转子的运动状态决定于作用在其轴上的不平衡转 矩，不平衡转矩又取决于机械转矩与电磁转矩的差值。 一般认为机械转矩在机电暂态过程中保持不变。电磁转矩 计算非常复杂。 9.2 发电机功-角特性特征方程式 一. 隐极式发电机的功-角特性方程式 发电机输出的电磁功率和功率角的关系，称为发电机的 功-角特性，这是分析电力系统稳定性问题的另一个重要基 础方程式。 隐极式发电机的转子是对称的，其直轴同步电抗 与交轴同步电抗是相等的， 即 1 以空载电动势和同步电抗表示发电机时 隐极式发电机等值电路和向量图 由于定子绕组电阻很小，常忽略不计，r0. 等值电路关系式 隐极式发电机相量图 由图得 （9-23） 将（9-23）代入得 同理 无限大容量电源-当电力系统的电源距短路点的电 气距离较远时，由短路引起的电源送出功率的变化远 小于电源的容量，端电压及频率在短路后的暂态过程 中保持不变。 无限大容量母线-母线上接无限大容量电源。 若发电机与无限大容量母线相连，则母线电压保持恒 定；若发电机无自动调节励磁装置，并保持 为定值 。 Eq 当Eq 和U 恒定时，可作出其功率特性曲线功角特 性曲线 发电机的功-角特性曲线 为一正弦曲线，其最大值为 也称为功率极限。 该功-角特性曲线多运用于电力系统正常运行及故障后 稳态运行稳定性的分析和计算。 2 以交轴暂态电动势和直轴暂态电抗表示发电机时 在分析暂态稳定或近似地分析某 些有自动调节励磁装置的静态稳 定时，往往以交轴暂态电动势和 直轴暂态电抗表示发电机。 代入功率表达式得 此时得到的功-角