电力系统暂态分析—电力系统机电暂态过程

1、电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统机电暂电力系统机电暂态过程态过程电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 电力系统稳定性电力系统稳定性定义：正常运行的电力系统受到扰动后，能否回定义：正常运行的电力系统受到扰动后，能否回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的能力。状态的能力。sasb电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 电力系统稳定性电力系统稳定性功角功角：发电机电势与无限大母线电压之间的相角：发电机电势与无限大母线电压之间的相角差称为功角。差称为功角。电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 转子运动方程转子运动方程eTMMJae

2、TMMdtdJ2020221KKWJJWeTKMMdtdW2020BBSMeTBKMMdtdSW02BKJSWT2电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 转子运动方程转子运动方程eTJMMdtdT0eTJMMdtdTpp00 , PSPSMSMMMMBBBB0eTJMMdtdTeTJPPdtdTeTJPPdtdT电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 转子运动方程转子运动方程eTPP 转子加速转子加速eTPP 转子减速转子减速eTPP 转子平衡转子平衡0转速恒定转速恒定电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 转子运动方程转子运动方程eTJPPdtdT220tje tje00UE0dtde

3、TJPPdtdT01dtd电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 例例1 1已知汽轮发电机转子惯性时间常数已知汽轮发电机转子惯性时间常数T TJ J=10s=10s，若运行在额定功率状态，在若运行在额定功率状态，在t=0t=0时其出口断路器时其出口断路器突然断开，在不计调速器的作用下，试计算突然断开，在不计调速器的作用下，试计算 （1 1）经过多少时间其功角）经过多少时间其功角 = = 0 0+ + （2 2）该时刻）该时刻的转子转速。的转子转速。eTJPPdtdT220解：解：2022/4 .31sradTdtdJ222021tdtd24 .3121tst447. 051电力系统机电暂态过

4、程电力系统机电暂态过程 例例1 1已知汽轮发电机转子惯性时间常数已知汽轮发电机转子惯性时间常数T TJ J=10s=10s，若运行在额定功率状态，在若运行在额定功率状态，在t=0t=0时其出口断路器时其出口断路器突然断开，在不计调速器的作用下，试计算突然断开，在不计调速器的作用下，试计算 （1 1）经过多少时间其功角）经过多少时间其功角 = = 0 0+ + （2 2）该时刻）该时刻的转子转速。的转子转速。解：解：sradtdtdtdtd/ 3 .328447. 04 .313142200min/ 313530003143 .328rn电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 发电机的电磁转矩

5、和功率发电机的电磁转矩和功率qddqeiiM将上述电磁转矩代入转子运动方程，和同步发电将上述电磁转矩代入转子运动方程，和同步发电机基本方程联立求解是分析机电暂态的精确方法机基本方程联立求解是分析机电暂态的精确方法 发电机电磁暂态过程简化发电机电磁暂态过程简化只计及发电机定子电流正序基频分量产生的转矩只计及发电机定子电流正序基频分量产生的转矩对发电机励磁系统暂态过程进行不同程度简化对发电机励磁系统暂态过程进行不同程度简化：（1 1）空载电动势恒定；（）空载电动势恒定；（2 2）暂态电动势恒定；）暂态电动势恒定；（3 3）机端电压恒定。）机端电压恒定。电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 隐极

6、机功角特性隐极机功角特性ddqqxIUE（1 1）空载电动势恒定）空载电动势恒定dqdxIU0qqddqdqdeIUIUjIIjUUIUP)(Re(ResindqddqexUExUEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 隐极机功角特性隐极机功角特性（1 1）空载电动势恒定）空载电动势恒定sindqddqexUExUEPdqMxUEP功率极限：功率极限：电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 隐极机功角特性隐极机功角特性ddqqxIUE（2 2）暂态电动势恒定）暂态电动势恒定dqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2dddddqexxxxUxUEP电力系统机电暂态过程电力系统机

7、电暂态过程 隐极机功角特性隐极机功角特性由于暂态电抗和同步由于暂态电抗和同步电抗不相等，出现了电抗不相等，出现了按两倍功角变化的功按两倍功角变化的功率分量，称为暂态磁率分量，称为暂态磁阻功率。它使功率极阻功率。它使功率极限略有增加，并且极限略有增加，并且极限值出现在功角大于限值出现在功角大于9090处。处。2sin2sin2dddddqexxxxUxUEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 隐极机功角特性隐极机功角特性近似工程计算中采取近似工程计算中采取进一步简化进一步简化sindexUEPsin)1 (sin)(sin11ddddqxxEUExxI电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过

8、程 隐极机功角特性隐极机功角特性（3 3）发电机端电压恒定）发电机端电压恒定GeGexUUPsinsin)1 (sin1deGGxxUULTexxx电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 凸极机功角特性凸极机功角特性（1 1）空载电势恒定）空载电势恒定ddqqxIUEqqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2qdqddqexxxxUxUEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 凸极机功角特性凸极机功角特性2sin2sin2qdqddqexxxxUxUEP由于凸极机直轴和交轴由于凸极机直轴和交轴的磁阻不相等，即直轴的磁阻不相等，即直轴和交轴电抗不相等，出和交轴电抗不相等，出现了按

9、两倍功角变化的现了按两倍功角变化的功率分量，称为磁阻功功率分量，称为磁阻功率。它使功率极限略有率。它使功率极限略有增加，并且极限值出现增加，并且极限值出现在功角小于在功角小于9090处。处。电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 凸极机功角特性凸极机功角特性（2 2）暂态电势恒定）暂态电势恒定ddqqxIUEqqdxIU0qqddeIUIUP2sin2sin2dqdqdqexxxxUxUEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 凸极机功角特性凸极机功角特性由于直轴暂态电抗和交由于直轴暂态电抗和交轴同步电抗不相等，出轴同步电抗不相等，出现了按两倍功角变化的现了按两倍功角变化的功率分量，称为

10、暂态磁功率分量，称为暂态磁阻功率。它使功率极限阻功率。它使功率极限略有增加，并且极限值略有增加，并且极限值出现在功角小于出现在功角小于9090处。处。2sin2sin2dqdqdqexxxxUxUEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 多机系统中发电机的功率多机系统中发电机的功率UYI将发电机用等效电抗和该电抗后的电势代表，如将发电机用等效电抗和该电抗后的电势代表，如果除了发电机节点外，已经消去了系统等效网络果除了发电机节点外，已经消去了系统等效网络中的其他中间节点，根据系统的节点方程中的其他中间节点，根据系统的节点方程可得任一台发电机注入系统的电流为可得任一台发电机注入系统的电流为将上

11、述方程代入功率方程，可得将上述方程代入功率方程，可得ijnjjiYEI1电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 多机系统中发电机的功率多机系统中发电机的功率)sincos()sincos(ReRe1211ijijnijjijijjiiiiijijnjijijjiijnjjiiieBGEEGEBGEEYEEIEP电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 电动势变化过程的方程式电动势变化过程的方程式由于励磁调节系统和发电机转子回路的暂态过程，由于励磁调节系统和发电机转子回路的暂态过程，即使是暂态电动势也只是在突然扰动瞬间不突变，即使是暂态电动势也只是在突然扰动瞬间不突变，不可能一直保持恒定，以下讨论无阻尼绕组发电不可能一直保持恒定，以下讨论无阻尼绕组发电机的电势变化过程。机的电势变化过程。发电机励磁回路方程为发电机励磁回路方程为ffffiru上式两侧同时乘以上式两侧同时乘以fadrx/ffadfffadffadxxrxixurx电力系统机电暂态过程电力系统机电暂态过程 电动势变化过程的方程式电动势变化过程