异步电动机有功功率的静态电压特性曲线
电力系统分析
电力系统分析
12.3
发电机转子运动方程
2. 用电角度和功率标么值表示的转子运动方程
TJ d TJ d 2 M P PT PEq 2 0 dt 0 dt
J
（12.7）
式中 TJ －发电机组的惯性时间常数，单位为s（秒）；
Ω －电角速度，单位为rad/s（弧度/秒）； θ －电角位移；
Hale Waihona Puke dP d ( PG PL ) 频率稳定的判据是 <0 df df
图12.13
频率的稳定性 (12.14)
电力系统分析
小
结
电力系统静态稳定是指电力系统受到瞬时性小干扰后，不 发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力 电力系统静态稳定的实用判据为： dPEq S Eq >0 d 电力系统暂态稳定是当电力系统受到大的扰动（如大负 荷的投入或切除及电力系统的短路故障）后经过一个暂态 过程能否达到新的稳定运行状态或恢复到原来的运行状态 的能力。
dP d ( PG PL ) df df
电力系统分析
<0
（12.5）
我国现行的《电力系统安全稳定导则》中规定，电力系统正 常运行方式和正常检修运行方式下，K p ≥16%~20%； 在事故后的运行方式和特殊的运行方式时K p ≥10%。
电力系统分析
12.2 电力系统暂态稳定的基本概念
电力系统暂态稳定是研究电力系统受到大的扰 动后经过一个暂态过程能否达到新的稳定运行状态 或恢复到原来的运行状态的能力。由大扰动引起的 电力系统暂态过程是一个由电磁暂态过程和发电机
第12章 电力系统稳定性的基本概念
本章提示 12.1电力系统静态稳定的基本概念 12.2电力系统暂态稳定的基本概念 12.3发电机转子运动方程 12.4负荷稳定的概念 小结
电力系统问答题
电力系统概念汇总CHAPTER11、什么是电力系统？什么是电力网？他们都由那些设备组成？电力系统：由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应辅助设备、按规定的技术和经济要求组成的,将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统.组成：电力系统是由发电机、变压器、线路、负荷等4类设备组成的有机整体.其组成根据功能分3个层次：电力网络：升压变压器+输电线路+降压变压器+配电线路电力系统：发电机+电力网络+用电设备〔用电负荷〕动力系统：电力系统+发电厂动力局部〔一次能源转换设备〕2、电力网的额定电压是怎样规定的？电力系统各类元件的额定电压与电力网的额定电压有什么关系？I〕电力线路的额定电压和系统的额定电压相等；II〕发电机的额定电压与系统的额定电压为同一级别时,其额定电压规定比系统的额定电压高5%； III〕变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组〔相当于受电设备〕,输出功率一侧的绕组为二次绕组〔相当于供电设备〕；IV〕变压器一次绕组的额定电压与系统的额定电压相等,但直接与发电机联接时,其额定电压那么与发电机的额定电压相等.V〕变压器二次绕组的额定电压规定比系统的额定电压高10%,如果变压器的短路电压小于7%、或直接〔包括通过短距离线路〕与用户联接时,那么规定比系统的额定电压高5%.3、升压变压器和降压变压器的分接头是怎样规定的？变压器的额定变比和实际变比有什么区别？变压器分接头：①为满足电力系统的调压要求,电力变压器的绕组设有假设干个分接抽头分接头,相应绕组的中央抽头称之为主抽头.②变压器绕组额定电压,指主轴头对应的绕组额定电压.③分接头位置用“％〞示出,表示抽头偏离主抽头的额定电压％④分接头的设置：双绕组变压器一一分接头设在高压侧三绕组变压器一一分接头分别设在高压侧和中压侧⑤分接头调节方式与个数:个数为奇数〔含主抽头〕变压器变比A〕额定变比：kN二高压侧额定电压/低压侧额定电压B〕运行变比：k二高压侧分接头电压/低压侧额定电压C〕标么变比：k*= k / kN 〔or ： k*= k / kB见2.6 节〕4、电能生产的主要特点是什么？对电力系统运行有哪些根本要求？特点：同时性,瞬时性,与日常生活联系的密切性根本要求：1、供电平安可靠；2、电能质量良好；3、系统运行经济；4、环境友好.5、电力系统负荷可以分为哪几个等级,各级负荷有何特点？第一级负荷：中断供电的后果极为严重〔人身平安事故等〕第二级负荷：〔大量减产、对居民生活产生影响〕第三级负荷：停电影响不大的其他负荷6、电能质量的根本指标是什么？1、频率fN±0.2〜0.5Hz2、电压35kV及以上电压等级VN±5%, 10kV及以下电压等级VN±7%.3、谐波正弦波形畸变率W4〜5%.7、电力网的接线方式中,有备用接线和无备用接线,各有什么特点？无备用特点：简单、设备费用较少、运行方便、供电可靠性低有备用特点：简单,运行方便,供电可靠性和电压质量有明显提升,缺点是设备费用增加很多.8,什么是开式网络,什么是闭式网络,他们各有什么特点？开式网络：每一个负荷都只能沿惟一的路径取得电能的网络.闭式网络：每一个负荷点至少通过两条线路从不同的方向取得电能的网络.特点上有CHAPTER21、电力网计算中,单位长度输电线路常采用哪种等值电路？等值电路有哪些主要参数？这些参数 个反映什么物理现象？一、输电线路的参数1、电阻：反映线路通过电流时产生的有功功率损失效应2、电感：反映载流导线产生磁场效应3、电导：反映线路带电时绝缘介质中产生泄 导线附近空气游离而产生有功功率损失4、电容：反映带电导线周围电场效应.输电线路的参数可视为沿全长均匀分布,每单 参数为电阻r0,电感L0,电导g0,电容C0.等 下：2、架空线路的导线换位有什么作用？ 当三相导线排列不对称时,各相导线所交链的磁链及各相等值电感便不相同,这将引起三相参数不 对称.因此必须利用导线换位来使三相参数恢复对称.3、分裂导线对线路的参数有什么影响？分裂导线根数愈多,电阻愈小,电感越小,电纳越大.一般单导线线路每公里电抗为0.4.左右,分裂导线根数为2、3、4根时,每公里的电抗分别为0.33、 0.30、0.28 Q 左右.一般单导线线路每公里电纳大约为2.8X10-6 S/km 左右；对于分裂导线线路,每相分裂根数为2、 3、4根时,每公里的电纳分别为3.4X10-6 S, 3.8X10-6 S, 4.1 X 10-6 S 左右.4、电力网计算中两绕组变压器和三绕组变压器常采用哪种等值电路？5、计算绕组容量不同的三绕组变压器的电阻和电抗是要注意什么问题？1)依次让一个绕组开路,其余两个绕组按双绕组变压器做短路实验,测得短路损耗A PS(1-2)、 A PS(2-3)、A PS(3-1).a)容量比为100/100/100时,测得短路损耗A PS(1-2)、A PS(2-3)、A PS(3T)保持不变;b)容量比为 100/50/100 和 100/100/50 时,测得短路损耗A P‘ S(1-2)、A P/ S(2-3)、A P/ S(3T) 必须折算以得到A PS(1-2)、A PS(2-3)、A PS(3-1).折算公式见P-29式2-64.6、变压器变比是如何定义的？它与原、副方绕组的匝数比有何不同？在三相电力系统计算中,变压器的变比通常是指两侧绕组空载线电压的比值,它与统一铁芯柱上的 原副方绕组匝数比石油区别的.对于Yy 和Dd 解放的变压器,k 「V N / V 2 N = w 1/叱,即原副方绕 组匝数比；对于Yd 接法的变压器k T = VJ 匕N = 尽1/叱.7、为什么变压器的五型等值电路能够实现原副方电压和电流的交换？1)变压器的n 型等值电路中三个阻抗(导纳)都与变比k 有关；2)n 型的两个并联支路的阻抗(导纳)的符号总是相反的；3)三个支路阻抗之和恒等于零,即构成了谐振三角形；4)三角形内产生谐振环流,实现原、副方的变压和电流变换,使等值电路起到变压器的作用.8、什么是标幺值？采用标幺值有什么好处？标幺值：在电力系统计算时,采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算.漏电流及 位长度的 值电路如 图2-1单位长线路的一相等值电路好处：元件参数实际大小不明确；相对大小清楚,便于比拟.CHAPTER41、怎样形成节点导纳矩阵？它的元素有什么物理意义？1、对角线元素Yii称为节点1的自导纳,其值等于接于节点i的所有支路导纳之和.2、非对角线元素Yij称为节点i , j间的互导纳,它等于直接联接于节点i , j间的支路导纳的负值.3、假设节点i , j间不存在直接支路,那么有Yij=0.4、节点导纳矩阵是一个稀疏的对称矩阵.2、节点导纳矩阵的特点：1〕直观易得2〕稀疏矩阵2〕对称矩阵CHAPTER91、电力系统日负荷曲线有什么特点？安排日发电方案和确定系统运行方式的重要依据.2、负荷率和最小负荷系数？负荷率：k=P / P ,最小负荷系数：a=P i / P3、年最大负荷曲线和年持续负荷曲线年最大负荷曲线：主要用来安排发电设备的检修方案,同时也为制订发电机组或发电厂的扩建或新建方案提供依据.描述一年内每月〔或每日〕最大有功功率负荷变化的情况.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而绘制成.常用于安排发电方案和进行可靠性估算.4、负荷的电压静态特性,负荷的频率静态特性.负荷的电压静态特性：当频率维持额定值不变时,负荷功率与电压的关系.负荷的频率静态特性：当负荷端电压维持额定值,负荷功率与频率的关系.5、常用综合负荷等值电路综合负荷等值电路：电力系统分析计算中,发电机、变压器和电力线路常用等值电路代表,并由此组成电力系统的等值网络,负荷是电力系统的重要组成局部,用等值电路代表综合负荷是很自然的, 也是合理的.常用综合负荷等值电路：含源等值阻抗〔或导纳〕支路恒定阻抗〔或导纳〕支路异步电动机等值电路1〕潮流计算中,负荷常用恒定功率表示,必要时用线性化的静态特性；2〕短路计算中,负荷表示为含源阻抗支路或恒定阻抗支路；3〕稳定计算中,综合负荷可表示为恒定阻抗或不同比例的恒定阻抗和异步电动机的组合.CHAPTER101、什么叫电压损耗？什么叫电压偏移？电压损耗：两点间电压绝对值之差称为电压损耗,用AV表示.当两点电压之间的相角差5不大时, 可近似地认为电压损耗就等于电压降落的纵分量.电压偏移：网络中某点的实际电压同网络该处的额定电压之差,可以用kV表示,也可以用额定电压的百分数表示.2、电压降落公式分析1〕元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定；2〕元件两端的电压相角差主要由电压降落的横分量决定；3〕高压输电线的参数中,电抗要比电阻大得多,作为极端情况,令R=0可得：在纯电抗元件中,电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生,电压降落的横分量那么因传送有功功率产生.元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件,存在电压相角差那么是传送有功功率的条件.感性无功功率将从电压较高的一端流向电压较低的一端,有功功率那么从电压相位越前的一端流向电压相位落后的一端.实际的网络元件都存在电阻,电流的有功分量流过电阻将会增加电压降落的纵分量,电流的感性无功分量通过电阻那么将减少电压降落的横分量.CHAPTER111、开式网中,一直供电点的电压和负荷节点功率时,可按怎样的步骤进行潮流计算？1、从离电源点A最远的d点开始,利用线路额定电压,逆着功率传送方向依次算出各段功率损耗和功率分布.2、从电源点A开始,顺着功率传送方向,依次计算各段线路的电压降落,求出各节点电压.2、什么叫运算负荷？它在简单网络的潮流计算中有什么用处？将电纳支路分别用额定电压VN下的充电功率代替,将其分别与相应节点的负荷功率合并,得到各个节点的等效功率,叫做等效负荷,可以得到简化等值电路.3、在对多电压级的开式网络进行潮流计算时,对于变压器有哪几种处理方法？方法一：1、将变压器的阻抗归算到线路1的电压级；2、由末端向首端逐步算出各点功率,再用首端功率和电压算出第一段线路的电压损耗和节点b的电压,依次往后推算出各节点的电压.〔注意：经理想变压器时功率保持不变,两侧电压之比等于实际变压比k.〕方法二：1、将变压器阻抗和第二段的参数归算到线路1的电压级；2、按开式网络的潮流计算方法进行计算.〔注意：节点c和d的电压非该点实际电压,而是归算到线路段1的电压级的电压.〕方法三：1、将变压器用口型等值电路取代；2、按开式网络的潮流计算方法进行计算.4、什么是功率分点？电力网中功率由两个方向流入的节点称为功率分点,用▼标出.有时有功功率和无功功率分点可能出现在电力网的不同节点,通常用▼和▽分别表示有功率和无功功率分点.5、什么是循环功率？a〕每个电源点送出的功率都包含两局部：第一局部由负荷功率和网络参数确定,每一个负荷的功率都以该负荷点到两个电源点间的阻抗共轭值成反比的关系分配给两个电源点,且可以逐个计算.第二局部与负荷无关,它可以在网络中负荷切除的情况下,由两个供电点的电压差和网络参数确定, 通常称之为循环功率.b〕当两电源点电压相等时,循环功率为零.6、什么是均一网络？均一网络的功率分布有何特点？对于各线段单位长度的阻抗值都相等的均一网络,在均一电力网中有功功率和无功功率的分布彼此无关.7、简单环网的一般处理方法1〕单电源供电的简单环网可以当作是供电点电压相等的两端供电网络.2〕对于多电源供电的简单环网,将给定功率的电源点当作负荷点处理,而把给定电压的电源点都一分为二,得到假设干个供电点电压的两端供电网络.8、闭式电力网中的电压损耗计算在不要求特别精确时,闭式电力网中任一线段的电压损耗可用电压降落的纵分量代替,即•在不计功率损耗时,V取电力网的额定电压；•计及功率损耗时,如果用某一点的功率就应取同一点的电压.9、两端供电网络中电压最低点确实定1〕假设有功功率分点和无功功率分点为同一节点,那么该点为电压最低点.2〕假设有功功率分点和无功功率分点不在同一点,那么必须分别算出各分点的实际电压,才能确定电压最低点和最大的电压损耗.3〕在具有分支线的闭式电力网中,功率分点只是对于干线而言的电压最低点,不一定是整个电力网的电压最低点.10、环网中功率的自然分布和经济分布功率在环网中与阻抗成反比分布,称此分布为功率的自然分布.1〕功率在环形网中与电阻成反比分布时功率损耗最小〔经济分布〕2〕只有在每段线路的比值R/X都相等的均一网络中,功率的自然分布才与经济分布相符.各段线路的不均一程度越大,两者差异就越大.11、环路电势和循环功率1〕环路电势因并联变压器的变比不等引起.2〕循环功率由环路电势产生,其方向与环路电势的作用方向一致.3〕两变压器的变比相等时,E,=0,循环功率不存在.4〕变压器的实际功率分布是由变压器变比相等且供给实际负荷时的功率分布,与不计负荷仅因变比不同而引起的循环功率叠加而成.12、环网中的潮流限制在环网中引入环路电势使产生循环功率,是对环网进行潮流限制和改善功率分布的有效手段.1〕调整环网中的变压器变比对于比值X/R较大的高压网络,主要作用是改变无功功率分布.2〕一般情况下,网络中功率自然分布不同于所期望的分布时,要求同时调整有功功率和无功功率, 这就要采用一些附加设备来产生所需的环路电势.a〕利用加压调压变压器产生附加电势.6〕利用FACTS 〔Flexible AC Transmission System〕装置实现潮流限制.13、在潮流计算中,根据定解条件可将节点分为哪几类？怎样为不同类型的节点建立潮流方程？1、PQ节点给定有功功率P和无功功率Q,求解电压〔V, 6〕o1〕通常变电所都属于这一类节点；2〕某些发电厂送出的功率在一定时间内固定时,该厂母线；3〕既不接发电机也没有负荷的联络节点〔亦称浮游节点〕.2、PV节点给定有功功率P和电压幅值V,求解Q和5.一般选择有一定无功储藏的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PV节点.3、平衡节点给定电压幅值V和电压相角5,求解P和Q.一般选择主调频发电厂为平衡节点. 〔也可以选择出线最多的发电厂〕14、应用牛顿法求解非线性方程的原理和计算步骤.原理：单变量非线性代数方程的牛顿迭代算法.分为节点电压用直角坐标表示时怎样建立牛顿法潮流方程并形成雅克比矩阵问题和节点电压用极坐标表示时怎样建立牛顿法潮流方程并形成雅克比矩阵问题.15、PQ分解法潮流计算采用了哪些简化假设,这些简化假设的依据是什么？在交流高压电网中,数电线路的电抗要比电阻大得多,系统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响,无功功率的变化主要受母线电压幅值变化的影响.在修正方程式的系数矩阵中,可将矩阵字块的N和K略去不计,认为他们的元素都等于零,这样n-1+m阶的方程式变分解为一个n-1阶和一个m阶的方程.节点的有功功率不平衡量只用于修正电压的相位,节点的无功功率不平衡量只用于修正电压的幅值,这两组方程分别轮流迭代,即是PQ分解法的院里.16、PQ分解法的简化假设对潮流计算结果的精度有影响吗？为什么？PQ分解法所做的种种简化只涉及到解题过程,而收敛条件的校验仍然是以精确的模型为依据的, 所以计算结果的精度是不受影响.但是要注意,在各种简化条件中们关键是输电线路的电阻和电感的比值的大小,110KV及以上电压等级的架空线该比值较小,一般满足PQ分解法的简化条件.在35KV及以下电压等级的电力网中,线路的该比值较大,在迭代计算中可能出现不收敛的情况.CHAPTER121、电力系统的无功功率需求主要由那些主要成分构成？1.无功功率负荷：异步电动机在电力系统负荷〔特别是无功负荷〕中的占比很大.系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定.2.变压器的无功损耗：1〕变压器的无功损耗电压特性与异步电动机的相似.2〕变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重.3.输电线路的无功损耗：1〕35KV及以下架空线路的充电功率很小,线路消耗无功功率,为无功负载.2〕110KV 及以上的架空线路,当传输功率较大时,电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率,为无功负载.2〕110KV及以上的架空线路,当传输功率较小〔小于自然功率〕时, 电纳中产生的无功功率,除了抵偿电抗中的损耗以外,还有多余,为无功电源.2、当机械负荷一定时,异步电动机的无功功率随电压变化而变化的规律有什么特点？为什么？1〕在额定电压附近,电动机的无功功率随电压的升降而增减.2〕当电压明显地低于额定值时,无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定,因此随电压下降反而具有上升的性质. 结合异步电动机无功功率表达式和图像分析可得：3、电力系统总主要的无功功率电源有哪些？电力系统中的无功功率电源主要有发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器和静止无功发生器,这四种装置又称无功补偿装置.静电电容器只能吸收容性无功功率〔即发出感性无功功率〕, 其余几类补偿装置既能吸收容性无功,亦能够吸收感性无功.4、发电机输出的功率要收到什么限制？改变功率因数时,发电机发出的有功功率P和无功功率Q要受定子电流额定值〔额定视在功率〕、转子电流额定值〔空载电势〕、原动机出力〔额定有功功率〕的限制.5、对无功电源的同步调相机和静电电容器的优缺点做比拟分析.同步调相机：1〕相当于空载运行的同步电动机；2〕过励磁运行时,向系统供给感性无功功率起无功电源作用；3〕欠励运行时,从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用.优点：装有自动励磁调节装置的同步调相机能根据装设地点电压的数值平滑改变输出〔或吸收〕无功功率.特别是有强行励磁装置时,在系统故障情况下,能调节系统电压,有利于提升系统稳定性. 缺点：同步调相机是旋转机械,运行维护复杂;有功功率损耗大；投资费用较大〔宜于大容量集中使用〕；响应速度慢难以适应动态无功限制的要求.静电电容器：优点：无旋转部件,维护方便；单位容量投资费用较小,且与容量的大小无关；运行时功率损耗较小.装设容量可大可小,可集中使用也可分散装设就地供给无功功率,以降低网络的电能损耗；缺点：供给系统的无功功率受节点电压影响,调节性能较差.6、新型无功补偿装置,静止无功补偿器和静止无功发生器的特点静止无功补偿器〔Static Var Compensator〕SVC简称静止补偿器,由静电电容器与电抗器并联组成；能够平滑地改变输出〔或吸收〕的无功功率. 常见类型：1〕由晶闸管限制电抗器TCR与固定电容器并联组成的静止补偿器；2〕由饱和电抗器与固定电容器并联组成〔带有斜率校正〕的静止补偿器；3〕晶闸管限制电抗器与晶闸管投切电容器TSC并联组成的静止补偿器.优点：1〕电压变化时能够快速平滑地调节无功功率,满足动态无功补偿需要；2〕运行维护简单,功率损耗较小；3〕响应时间较短,对于冲击负荷有较强的适应性；4〕 TCR 、TSC 型静止补偿器还能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化. 静止无功发生器〔Static Var Generator, SVG 〕也称为静止同步补偿器〔STATCOM 〕或静止调相机〔STATCON 〕 优点:1〕与静止补偿器相比,响应速度更快,运行范围更宽,谐波电流含量更少；2〕电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流,它的储能元件〔如电容器〕容量远比它所提供的无功容量要小.7、为什么说电力系统的运行电压水平取决于无功功率的供需平衡?当电势E 为一定值时,Q 同V 的关系如右图曲 1〕系统在电压Va 下到达无功功率平衡. 2〕假设负荷增加,系统的无功电源不能满足在 功平衡的需要,那么只能降低电压运行以到达新 衡. 3〕假设负荷增加,系统的无功电源能够满足在 功平衡的需要,那么可在较高电压水平下运行.8、无功平衡的原那么 从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑,应尽量防止通过电网元件大量地传送无功功率.应分地 区分电压级地进行无功功率平衡.〔即做到无功功率的就地平衡、减少无功功率的长距离和跨电压 级的传送〕9、电压偏移过大对系统和用户各有什么害处？我国电力系统对于供电电压的允许偏移有什么具 体的规定？ 电压偏移的危害：1〕电压偏移过大,影响用户正常工作；2〕电压降低,会使网络中的功率损耗和能量损耗加大；3〕电压过低可能会危及电力系统运行的稳定性；4〕电压过高,各种电气设备的绝缘可能受到损害,在超高压网络中增加电晕损耗等.电压的允许偏移：1〕35kV 及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额定电压的10%,如供电电压上下偏移同 号时,按较大的偏移绝对值作为衡量依据；2） 10kV 及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的±7%；3） 220V 单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-10%.10、顺调压、逆调压和常调压的概念,这些调压各适用于哪些情况？逆调压：在大负荷时升高电压,小负荷时降低电压的调压方式.一般在最大负荷时保持中枢点电压 比线路额定电压高5%,在最小负荷时保持为线路的额定电压.适用于供电线路较长、负荷变动较 大的中枢点.顺调压：在大负荷时允许中枢点电压低一些,但不低于线路的额定电压的102.5%；小负荷时允许 其电压高一些,但不超过线路额定电压的107.5%.适用于供电距离近,或负荷变动不大的变电所. 常调压：在任何负荷下,中枢点的电压保持为大约恒定的数值,一般较线路额定电压高2%〜5%.11、什么是中枢点,怎样确定中枢点电压的允许变化范围？中枢点：1〕区域性水、火电厂的高压母线；2〕枢纽变电所的二次母线；3〕有大量地方负荷的发电机电压母线.对于向多个负荷点供电的中枢点,其电压允许变化范围可按两种极端情况确定：1〕在地区负荷最大时,电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的 最低电压. 2〕在地区负荷最小时,电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最 高电压. a 〕当中枢点的电压能满足这两个负荷点的要求时,其他各点的电压根本上都能满足.b 〕如果中枢点是发电机电压母线,那么除了上述要求外,还应受厂用设备与发电机的最高允许电压 以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制.c 〕假设在任何时候,各负荷点所要求的中枢点电压允许变化范围都有公共局部,那么调整中枢点的电 压,使其在公共的允许范围内变动,就可以满足各负荷点的调压要求,无需增设调压设备.否那么, 需要在某些负荷点增设必线1所示电压Va 下无的无功平电压Va 下无。
电力系统分析复习题
电⼒系统分析复习题电⼒系统分析复习指导1．填空题知识点提要1. 电⼒系统的暂态稳定性是指电⼒系统在正常运⾏时，受到⼀个⼤的扰动后，能从原来的运⾏状态（平衡点），不失去同步地过渡到新的运⾏状态，并在新的运⾏状态下稳定地运⾏（也可能经多个⼤扰动后回到原来的运⾏状态）。
2. 电⼒系统静态稳定性是指电⼒系统在运⾏中受到微⼩扰动后，独⽴地恢复到它原来的运⾏状态的能⼒。
3. 在三相系统中，可能发⽣的短路有：三相短路（属于对称短路）、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。
在各种类型的短路中，单相短路占⼤多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。
但三相短路的危害最严重。
4. ⼀个⾮线性系统的稳定性，当扰动很⼩时，可以转化为线性系统来研究，这种研究⽅法称为⼩扰动法或⼩⼲扰法。
基于运动稳定性理论的⼩扰动法是分析运动系统静态稳定的严格⽅法。
未受扰运动是否具有稳定性，必须通过受扰运动的性质才能判定；当扰动很⼩时，⾮线性系统的稳定性，在⼀定条件下，可以⽤它的⼀次近似的线性⼩扰动⽅程来判定。
5. 静态稳定储备系数是指为保证电⼒系统运⾏的安全性，不能允许电⼒系统运⾏在稳定的极限附近，⽽要留有的⼀定的裕度。
⽤有功功率表⽰为6. 对称分量法是将电路不对称部分化为电压、电流不对称的边界条件，其余电路仍视为对称的线性电路。
⽽任何⼀组不对称的三相相量（如电压、电流等），，都可以分解成相序各不相同的三组对称的三相相量①正序分量、、；②负序分量，、、；③零序分量、、。
●应⽤对称法计算不对称短路故障处短路电流的步骤如下：①绘制三序等值电路，计算三序等值电路参数；②对三序等值电路进⾏化简，得到三序等效⽹络（或三序电压平衡⽅程）；③列故障处边界条件⽅程；④根据边界条件⽅程绘制复合序⽹，求取故障处基本相的三序电流分量（或利⽤三序电压⽅程和边界条件⽅程求解故障处基本相三序电流分量）⑤利⽤对称分量法公式，根据故障处基本相三序电流分量求故障处各相电流。
●对称分量变换矩阵的表达式：【例】 对称分量法 是分析电⼒系统不对称故障的有效⽅法。
电机控制技术 罗文广课后习题答案
电机控制课后习题（部分答案）1-1.负载转矩的折算原则是什么？负载飞轮矩的折算是什么？答：负载转矩折算的原则是折算前后的功率不变；负载飞轮矩折算的原则是折算前后的动能不变。
1-2.什么是负载特性？什么是电动机的机械特性？答：电力拖动系统的负载转矩特性简称负载特性是指生产机械的负载转矩与转速的关系，典型的负载特性有恒转矩负载、通风机与泵类负载和恒功率负载等。
电动机的机械特性是电动机的输出扭矩与其转速之间的关系。
1-3. 电力传动系统稳定运行的充分必要条件是什么？答：为了保证电力系统稳定运行，电力系统必须满足以下要求：(1)为保持电力系统正常运行的稳定性和频率、电压的正常水平，系统应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量，并有必要的调节手段。
在正常负荷波动和调节有功、无功潮流时，均不应发生自发振荡。
(2)要有合理的电网结构。
(3)在正常方式(包括正常检修方式)下，系统任意一个元件(发电机、线路设备、变压器、母线)发生单一故障时，不应导致主系统发生非同步运行，不应发生频率崩溃和电压崩溃。
(4)在事故后经调整的运行方式下，电力系统仍应有符合规定的静稳定储备，其他元件按规定的事故过负荷运行。
(5)电力系统发生稳定破坏时，必须有预定措施，以缩小事故范围减少事故损失。
2-1.分析并比较交、直流电动机的特点？答：课本38页，表3-12-2.直流电动机有哪些励磁方式？各种励磁方式分别有何特点？答；直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励和复励等。
他励式的特点是励磁绕组单独接其他直流电源，这样励磁电流由该电源供给；并励式的特点是励磁绕组和电枢绕组并联，接同一个直流电源，励磁绕组上的电压就等于电枢绕组的端电压；串励式的特点是励磁绕组与电枢绕组串联连接，这样励磁绕组的电流就等于电枢绕组的电流；复励方式的特点是有两套励磁绕组：一套是与电枢绕组并联的并励绕组，另一套是与电枢绕组串联的串励绕组。
若串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁动势方向相同，就称为积复励式；若方向相反，则称为差复励式。
第六章电力系统的无功功率和电压调整
统电压为UN，但电源提供
的无功功率下降为ΣQGC
时 . 无功也能平衡，但电 压要下降。 ■ 调节变压器分接头可以改 善局部电压，但电源提供 的无功不足时，电压不能 全面改善，而且有可能发 生电压崩溃的危险。
第二节电力系统中无功功率的 最优分布
一、负荷功率因数的提高
■ 异步电动机的无功功率：
二、无功功率的平衡
■ 负荷无功功率的静态电压特性
jXΣ
Q
无
功
负
1’
荷
1
U
二、无功功率的平衡
■ 发电机的静态电压特性
■ 近似二次曲线，E ↑ , 曲 线 ↑
Ф
δ
Ф
U
Q 2’
2 E
U
二、无功功率的平衡
Q
2’ 2
1’ 1
U
二、无功功率的平衡
■ 图中所示的无功电源静态 电压特性和无功负荷静态 电压特性，当电源提供的
■ 静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相 机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范 畴 的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是 这一“家族”的最早成员，日前已为人们所 熟 知；后者则尚待扩大试运行的规模。静止补 偿 器的全称为静止无功功率补偿器(svc)。
■ 并联电抗器
■ 就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电 源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这 种设施，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性 无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它 还有提高输送能力，降低过电压等作用。
■ 最优网损微增率准则
■ 无疑，系统的无功资源越丰富，就可能节约越多 的网损，但也可能会使电网的建设投资增大。
■ 在进行电网规划时，希望以较小的投资，节约 较多的网损，所以无功规划的目标函数不能只 考虑网损，也不能只考虑投资，需要考虑将来 一个时间段内电网的综合效益最好。
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂,负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内.由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平,就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以，电力系统的无功功率必须保持平衡,即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合.2．电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分.一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数,基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1%～2%。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S = （Mvar) （5-1-1） 另一部分为绕组中的无功损耗。
在变压器满载时,基本上等于短路电压k U 的百分值,约为10％这损耗可用式(6—2）求得 2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S = （Mvar) (5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA ）；TL S 为变压器的负荷功率（MVA ）. 由发电厂到用户,中间要经过多级变压,虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75％~100％左右.（2）电力线路的无功损耗.电力线路上的无功功率损耗也分为两部分,即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率,与电力线路电压的平方成正比，呈容性。
电力系统分析4.课题四 电力系统的静态电压特性
∴异步电动机有功功率和无功功率的静态电压特
性曲线如图：
PQ
QM
PM
0
U
在电力系统中，异步电动机占综合负荷的绝大 多数，所以综合负荷的静态电压特性与异步电 动机相似。
第六单元 电力系统频率电压调整
课题四 电力系统的静态电压特性
二、系统无功电源的静态电压特性
系统无功电源：同步发电机、同步调相机、并联电容器及静止补偿器
第六单元 电力系统频率电压调整
课题四 电力系统的静态电压特性
二、系统无功电源的静态电压特性
4.静止无功补偿器
静止补偿器：由电力电容器和电抗器并联组成。
优点：与同步调相 机相比，具有运行 维护简单、有功功 率损耗小、可以消 除系统中的某些高 次谐波等优点。 缺点：在高电压等 级下，电力电子元 器件造价较高，控 制较复杂。
QN
U
0
（c） UN
第六单元 电力系统频率电压调整
课题四 电力系统的静态电压特性
二、系统无功电源的静态电压特性
2.并联电力电容器
QC
U2 XC
CU 2
并联电力电容器可以集中安装在变电站，也可以分散安装在各负荷点；
它可以安装在变压器高压侧，也可安装在变压器的低压侧。其有功损 耗较小，约为额定容量的0.05%～0.5%。并联电力电容器运行维护也 比较方便，因此，并联电力电容器是电力系统目前采用最广泛的无功 补偿设备。
课题四 电力系统的静态电压特性
一、系统综合负荷的静态电压特性
3.电抗器负荷
QU2
X
I
4.异步电动机负荷
QM
பைடு நூலகம்
Qm
Q
U2 Xm
I2X
第五章：电力系统负荷
把用户所消耗的总用电负荷再加上网络中线路和变压器所 损耗的功率就是系统中各个发电厂所应供给的功率， 损耗的功率就是系统中各个发电厂所应供给的功率，称其 为系统的供电负荷。 为系统的供电负荷。 供电负荷再加上发电厂本身所消耗的功率(发电厂的自用 供电负荷再加上发电厂本身所消耗的功率( 电)就是系统中各个发电厂所应发出的总功率。 就是系统中各个发电厂所应发出的总功率。
三、电力系统的年负荷曲线和年最大负荷利用小时数
年最大负荷P 年最大负荷 max ：指全年中消耗电能最多的半小时的平均 功率， 功率，即 P =P
m ax 30
年最大负荷利用小时数Tmax:若用户始终保持最大负荷 年最大负荷利用小时数Tmax:若用户始终保持最大负荷 Tmax: Pmax运行 经过Tmax 运行， Pmax运行，经过Tmax 后所消耗的电能恰好等于全年的实 际耗电量。 际耗电量。
2．负荷的分类 (1)按物理性能分类 可分为有功负荷与无功负荷。 按物理性能分类： (1)按物理性能分类：可分为有功负荷与无功负荷。 (2)按电力生产和销售过程分类：可分为发电负荷、 (2)按电力生产和销售过程分类：可分为发电负荷、供电负 按电力生产和销售过程分类 荷和用电负荷等。 荷和用电负荷等。 (3)按突然中断供电对用户所造成的损失分类： (3)按突然中断供电对用户所造成的损失分类： 按突然中断供电对用户所造成的损失分类 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏， 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大 产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。 产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。 供电方式:由两个独立电源供电。 供电方式 由两个独立电源供电。 由两个独立电源供电 二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废， 二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废， 重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。 重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。 供电方式:由双回路供电。 供电方式 由双回路供电。 供电 三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。 三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。 供电方式:对供电电源无特殊要求。 供电方式 对供电电源无特殊要求。 对供电电源无特殊要求
浅析电力系统中的功率因数及无功补偿方式
要量将单 台或多 台低压 电容器组分散地与用电设 备并接 ， 它与用电设备
共用一套断路器 。通过控制 、保护装置与电机同时投切 。随机补偿适用
于补偿个别大容量且连续运行的无功消耗 ， 以补励磁无功为主。 低压个 别补偿 的优点是 ：用 电设备运行时 ，无功补偿投入 ，用电设备停运 时 ， 补偿设备也退 出，因此不会造成无功倒送 。 ２ ） 低压集中补偿 ， 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在 配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置 ， 根据低 压母线上的无功负荷而直接控制 电容器的投切 。 低压集中补偿的优点 ： 接
备是无功功率的主要消耗者 。 据有关的统计 ， 在Ｔ矿企业所消耗的全部 无功功率 中，异步 电动机 的无功消耗 占了 ６ ０ ％～ ７ ０ ％；而在异步电动 机空载时所消耗 的无功又 占到 电动机总无功消耗 的 ６ ０ ％ ～７ ０ ％。所以
要改善 异步电动机 的功率 因数就要防止 电动 机的空载运行并尽可 能提 高负载率 。
仅为 Ｑ （ Ｑ ＜ Ｑ ） ， 此时虽然系统中的无功功率也能平衡 ， 但平衡条件所
决定的电压水平为 ｕ ，而 ｕ显然低于 Ｕ ｎ 。在这种情况下 ，虽然可 以采 取某些措施 ， 如改变某 台变压器 的变 比来提高局部地 区的 电压水平 ， 但 整个系统的无功功率仍然不足 ， 系统 的电压质量得不到全面改善 。 这种 平衡是系统无功功率不足时达到的平衡 ，是 南于系统的电压水平下降 ， 无功功率负荷本身具有 的电压调节效应 ， 使全 系统 的无功功率需求有所
下降而达到的平衡 ， 是 南于系统 的电压水平下降 ， 无功功率负荷本身具
有 的电压调节效应 ，使全系统 的无功功率需求有所下降而达到的 。
电力系统有功功率的平衡与频率调整
i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损，则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解：按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷，如照明，电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷，如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
（2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 （3）一次投资大，运行费用小。
（应二指）出各: 类发电厂的合理组合 原则（枯1水）充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节（这2）任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压，火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下：
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
20060412.电压无功控制原理及控制策略
Q
下调分接头 调节分接头对电压和无功的影响
调节容抗器对电压和无功的影响
投入电容器无功下降、电压上升，切除电容器 无功上升、电压下降；投入电抗器无功上升、 电压下降，切除电抗器无功下降、电压上升
U
投入电容器（切除电抗器）
U
切除电容器（投入电抗器）
Q
调节容抗器对电压和无功的影响
九域图法
电压无功控制原理及控制策略
电压无功控制原理
电压无功控制策略
电压质量和无功影响
电压质量是衡量电能主要质量指标之一。电压 质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农 业生产具有重大影响。
无功是影响电压质量的一个重要因素，而实现 无功的分层、分区就地平衡是降低网损的重要 手段。
330kV酒钢工程系统网络图
降
投
降
--
3
--
--
投
--
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--
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30
--
--
投
降
降
--
降
投
降
--
十七域图法控制策略
只调电压 动作 区 只调无功 电压优先 无功优先 综合考虑
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
31
--
--
投
--
投
--
投
--
投
--
4
投
升
投
--
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升
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升
5
升
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--
--
升
投
升
投
快切装置SID-8BT说明书(2[1].0)版
![快切装置SID-8BT说明书(2[1].0)版](https://img.taocdn.com/s3/m/9085b8ded15abe23482f4d0e.png)
目录1 SID-8BT多微机快切装置的特点及设计依据 (1)1.1 特点 (1)1.2 设计依据 (1)2 切换方式的选择 (3)2.1 切换过程的特殊描述 (3)2.2 对各种切换方式的评价 (4)2.3 合理的切换方式 (6)3 SID-8BT 多微机快切装置功能 (8)3.1 厂用电断路器的正常“合备用”操作 (8)3.2 厂用电断路器的正常“合工作”操作 (9)3.3 厂用电断路器的“起动正常切换”操作 (9)3.4 厂用电断路器的“事故切换”操作 (9)3.5 厂用母线“低压切换” (10)3.6 厂用电工作分支断路器误跳后起动合备用 (10)3.7 起备变高压侧断路器“冷备用”状态自动投入 (10)3.8 实时计算厂用电负荷等值电抗 (10)3.9 自动存贮切换操作记录 (10)3.10 自动打印切换操作记录 (10)3.11 事故前后厂用母线电压及备用分支电流自动录波和自学习 (10)3.12 与上位机的通讯功能 (11)3.13 接受全球定位系统（GPS）对时功能 (11)4 技术指标 (11)5 结构 (12)5.1 面板布置 (12)5.2 背板布置 (13)6 端子及接线 (13)7 整定参数 (18)7.1 快切参数共 (18)7.2 公共参数 (19)7.3 通讯参数 (19)8 快切装置的操作 (19)8.1 快切参数整定 (20)8.2 公共参数整定 (21)8.3 通讯参数整定 (21)8.4 测试和试验 (21)8.5 切换记录 (23)8.6 电量标定 (24)8.7 装置参数整定 (25)8.8 打印快参数 (25)9 参数整定范围： (26)10 多微机快切装置的配置 (27)11 安装尺寸.............................................................错误！未定义书签。
12 订货需知.............................................................错误！未定义书签。
电力系统稳态
1、用功率和阻抗表示的电压降纵分量的表达式为_ △ U=（PR+QX）/U_2、环网潮流的自然分布是按线路的阻抗来分布的。
3、发电机组有功功率静态频率特性曲线斜率的负值称为发电机单位调节功率o4、电力系统电压中枢点是指__电力系统中监视、控制和和调整电压的点（母线） ________ o5、依据一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、—核能发电厂—、风力发电厂等。
6、采用分裂导线的目的是—减少电晕和电抗—o7、电力系统中一类负荷、二类负荷和三类负荷的划分依据是用户对供电—可靠性—的要求。
8从发电厂电源侧的电源功率中减去变压器的功率损耗，得到的直接连接在发电厂负荷侧母线上的电源功率称为___ 运算功率o9、衡量电能的三个指标中，35KV及以上的系统电压偏移不超过额定电压的土5% o （以偏离额定值的百分数表示）10、如果一条支路的阻抗为2+5j，则它是感性。
（填容性或感性）11、发电机组调差系数的倒数就是发电机的单位调节功率__ o12、电力网是由变压器和电力线路组成。
13、三相架空输电线采用循环换位的目的是_______ 减小三相参数的不平衡 __ o14、衡量电能的三个指标有电压、波形畸变率和频率。
15、在简单两端供电网的初步功率分布中，由两个供电点的电压差引起的功率称为循环功率—16、事故备用是为发电设备发生偶然事故，不影响对电力用户的供电而设的，容量大小受多种因素影响，但不能小于系统中最大机组的单机容量__ o17、中枢点的调压方式可以分为三类：顺调压、逆调压和恒调压或常调压18、某一元件两端电压的数值差为_________ 电压损耗。
19、电力系统频率的调整，主要调节_____有功_____功率。
20、在标么值近似计算中，电压基准值一般选取__________ 平均额定电压21、110kV电力网的平均额定电压为115KV o22、有功负荷在运行的火电机组间最优分配的准则是__等耗量微增率准则—o23、对于长度在100〜300km之间的架空线，其等值电路一般可采用T型或型。
电力系统中各元件的机电特性
第九章 电力系统静态稳定性分析主要内容提示：电力系统的稳定性，是指当电力系统在正常运行状态下突然受到某种干扰后，能否经过一定的时间后又恢复到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的能力。
如果能够，则认为系统在该运行状态下是稳定的。
反之，若系统不能回到原来的运行状态，也不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或振荡，系统是不稳定的。
电力系统的稳定性，按系统遭受到大小干扰的不同，可分为静态稳定性和暂态稳定性。
电力系统的静态稳定性即是在小干扰下的稳定性,电力系统的暂态稳定性是在大干扰下的稳定性。
本章主要讨论：各类旋转元件的机电特性，简单电力系统的静态稳定性及提高电力系统静态稳定的措施。
重点是系统静态稳定的实用判据和小干扰法的应用。
§9—1 各类旋转元件的机电特性本节讨论两个基本问题：同步发电机组转子运动方程及功-角特性()δP ；异步电动机组转子运动方程及电磁转矩与转差的关系()s M 。
一、发电机的转子运动方程在发电机转轴上有两个转矩作用（略摩擦转矩）,一个是原动机作用的机械转矩T M ，与之对应的功率T P 为机械功率；另一个是发电机作用的电磁转矩E M ，与之对应的功率E P 为电磁功率.发电机转轴上的净加速转矩：αJ M M M E T =-=∆ 其中 J 为转子的转动惯量，α为机械角加速度。
当N ωω=时，1=*ω，则**∆=∆P M发电机的转子运动方程：****-=∆=⋅=∆E T N JP P P dt d T M 22δω（＊符号可省略） 写成状态方程:()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==-=E T J N N P P T dt d dt d dt d ωωδωωδ22惯性时间常数：2222222100074.246024N BB N B N B N J n S GD S GD n S GD S J T =⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅==πΩΩ(s) J T 的物理意义：当机组输出电磁转矩0=*E M 、输入的机械转矩1=*T M 时，机组从静止升速到额定转速所需的时间.当δ、t 、J T 以不同的单位表示时，转子运动方程出现不同的形式：如,当δ（rad ）、t （s ）、J T （s ）时，222dt d f T P N J δπ⋅=∆* 当δ(度）、t （s ）、J T （s ）时，22360dt d f T P N J δ⋅=∆*二、发电机的功—角特性方程以图9-1所示的单机对无限大系统为例，分析发电机的功—角特性。
风力发电背靠背PWM变流器中解耦d-q矢量控制的分析
风力发电背靠背PWM变流器中解耦d-q矢量控制的分析摘要--双馈感应电机是一种特殊的可调速的感应电机,它被广泛用作现代大型风力涡轮发电机。
这是一个标准的绕线转子异步电机，其定子绕组直接连接到电网，其转子绕组通过交-直-交PWM变换器连接到电网。
交-直-交PWM变换器通常由一个机器端转换器和一个网侧变流器组成，两者都是由解耦的d-q控制方法控制的。
为了获得一个适当的双馈控制和异步电动机与电网相适应，了解两个直-交转换器的功率控制特性很重要。
这篇论文着眼于双馈感应风力发电机的传统的解耦d-q矢量控制方法的分析。
经典的d-q控制概念，它广泛应用于双馈感应风力发电机转换器的控制，在本文将对此回顾。
之后，将会用解耦的d-q 矢量控制方法进行详尽的研究，来探讨双馈异步电机功率的控制特性。
常规的d-q控制的电机的不足之处将会通过解析和计算机仿真被发现和分析。
广泛地进行模拟研究，来检验在不同d-q控制条件下，双馈感应电机PWM变换器功率的控制特性.索引项目：双馈异步发电机功率电子变换器d-q矢量控制仿真Ⅰ.简介d-q矢量控制的双馈绕线转子感应电机以高性能引人注目并且在当今的风力涡轮机行业有广泛的应用[1-3]。
应用可调速的双馈感应风力电机有几个原因，其中一个原因就是减小机械结构的压力，减少噪音可能性和有功与无功功率控制的可能性[4]。
大多数的主要的风力发电机组制造商正在发展新的在3到5兆瓦范围内的大型风力发电机。
该风力发电机基于变桨距控制的变速操作，使用一个直驱同步发电机（无齿轮箱）或双馈异步发电机。
双馈异步电机系统的另一个重要性能特点是，作为电网与异步电机转子电路之间的连接的背靠背PWM变换器只需要操控总系统功率的分数（20-30％）[6-9]。
这也就是说，除了使用成本较小的转换器的节约，至于直接驱动的同步发电机相比于操控总系统功率的电力电子设备，电力电子设备的损失会减少。
然而，一个双馈异步电动机的操作，性能和电功率，不仅取决于异步电动机，也取决于两个背靠背直-交转换器以及他们是如何被控制的。
第十章 电力系统的静态稳定性
f b f cr f a
图10-17 频率的稳定性
电力系统频率的静态稳定判据是：d f
0
三、电力系统负荷的静态稳定性
电力系统负荷的稳定性主要是指异步电动机运行的稳定性。异 步电动机的转矩特性如下图所示。
第十章 电力系统的静态稳定性
Me
M
e m ax
a
'
a
s
b
M
m
0
s 0 s cr
s
图10-18 异步电动机的转矩特性
第十章 电力系统的静态稳定性
G1 G ~ L1 T1 T2 G2 G ~Q NhomakorabeaQG
b2 b1 b2
' ' ''
a2 a a1
'
'
a1 a2
''
''
b
b1
''
QL
U
''
''
U
U
''
'
T3 L2
C
Q
U
'
b b Ub
'
a
'
U cr
Ua
a
''
U
(a)
图10-13 电力系统的电压稳定性 (a)系统接线图；(b)电压稳定性
二、用小扰动法分析简单电力系统的静态稳定性
1.系统的线性微分方程式 同步发电机组受小扰动运动的二阶线性微分方程式：
TJ d
2
dt
2
(
d p Eq d
) 0
滞相、迟相、进相、调相、功率因数、功角、失磁、失步、振荡、同步、异步
保持原动机输入转矩不变,1）当正常励磁时，功率因数角φ=0度，发电机只输出有功功率，不输出无功功率；2）当过励磁时，励磁电动势增大，输出的有功功率不变，而功率角δ减小，增强了静态稳定能力，同时发电机输出感性无功功率，无功为正值，电枢电流增加了纯感性无功电流而变大，功率因数角φ为正值，这种运行状态称为“迟相”运行；3）当欠励磁时，励磁电动势减小，输出的有功功率不变，功率角δ向90度方向增大，发电机的静态稳定性下降，同时发电机向电网输出容性无功功率，无功为负值，电枢电流加入了纯容性无功电流而变大，功率因数角φ为负值，这种运行状态称为“进相”运行。
调节并网的同步发电机向电网输送无功功率大小和性质的运行方式称为调相运行。
空载不输出有功功率，专门来调节向电网输送无功功率的同步电机，称为调相机。
功率因数角φ，指发电机端电压与电枢电流的相位差角。
功率因数角φ取决于负载的性质，当电流比电压滞后时，功率因数角φ为正，当电流比电压超前时，功率因数角φ为负。
电枢反应作用的性质取决于励磁电动势和电枢电流之间的相位差角ψ，ψ称为内功率因数角。
功率角δ是励磁电动势（即内电动势，是吗？）超前于发电机端电压的（时间）相位差。
内电动势超前于端电压时，δ为正值。
其大小表示发电机输出功率的大小；有关系ψ=φ+δ。
内电动势，是由励磁磁动势和感应出的电枢磁动势共同作用产生的电动势。
提高发电机的功率因数对发电机的运行有什么影响？发电机的功率因数提高后，【cosφ提高后，无功功率减小，有功功率增大，使得功率角δ向90度增大，降低了静态稳定性】根据功角特性，发电机的工作点将提高，发电机的静态稳定储备减少，发电机的稳定性降低。
因此，在运行中不要使发电机的功率因数过高。
如下图所示，功率角δ=θ，当00 <θ<900 时，发电机是静态稳定的；当900 <θ<1800 时，发电机是静态不稳定的。
θ=900时为静态稳定极。
发电机进相运行受哪些因素限制.当系统供给的感性无功功率多于需要时,将引起系统电压升高,要求发电机少发无功甚至吸收无功,此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行.制约发电机进相运行的主要因素有:(1) 系统稳定的限制(2) 发电机定子端部件温度的限制(3) 定子电流的限制(4) 厂用电电压的限制为什么汽轮发电机进相运行时,定子端部铁芯严重发热?汽轮发电机运行时,定子绕组端部的漏磁场也是以同步转速对定子旋转的,其漏磁场的一部分是经过定子绕组端部空间,转子护环,气陷及定子端部铁芯构成磁路的,因此使定子端部铁芯平面上产生涡流而发热.此外,励磁绕组紧靠护环,因此它的漏磁场主要经护环闭合,当进相运行时,由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱,于是护环的饱和程度下降,减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组,从而使定子端部漏磁场增大,铁笋加大,致使定子端部铁芯严重受热.什么叫发电机的无功？交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功.也就是说没有消耗电能,即为无功功率.当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要提高功率因数,容性负载就要用感性负载补偿,反之亦然在电网的总负载中，即要求供给有功功率，又要求供给无功功率。
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二、负荷的静态电压特性
1. 异步电动机的静态电压特性
(1) 异步电动机负荷输入的有功功率由三部分组成。
第一部分是转换为机械
功率的电磁功率 Pe
(1
s)M
。
T
U G (M T 不变）s Pe 第二部分是各绕组中损 耗的功率 Pr I 2 (rs rr )。
U G (M T 不变）s I Pr
可见：过励运行，Eq
(0)
2U时，QEq U
0, QEq随U
而
欠励
过励运行，Eq(0)
2U时，QEq U
0, QEq随U
而
欠励运行，（- QEq）0, U
QEq随U
而
（如图）
3. 电容器的静态电压特性
并联补偿电容器输出的无功功率
QC
U2 QC X C 为一经过原点的抛物线。
0.5
E q 较大时
Q
P, Q 1.0
P Q
1.0 U
三、电力系统的电压稳定性
如下图所示系统，变电所的高压 母线是一电压中枢点。
G
U
G
由这母线提供的负荷无功功率静 态电压特性如图2中曲线QL;
向这母线供电的电源的无功功率 静态电压特性如图2中曲线QG。
Q
QG
a2 a a1 a1 a2
X d小的发电机输出的无功 。（如图）
Pe
Q1、Q2、Q3对应不同的同步电抗；
Q1
X d1 X d2 X d3
1.4
图中— 为无自动调节
1.2
Q2
励磁装置的发电机；
图中为有自动调节
1.0 0.8 Q3
PT
励磁装置的发电机。
0.6
（U G 时Eq ,QEq 的少） 0 0.7 0.8 0.9 1.0
静态电压特性——电压缓慢变化或变化后进入稳态时，系统中 无功、有功功率随电压而变化的规律。但由于系统电压的稳定 性主要和无功功率有关，所以在讨论静态电压特性时仅侧重讨 论无功功率的变化规律。
1. 同步发电机的静态电压特性
发电机的有功功率静态电压特性是一个定值。
定子电阻小，P小，当PT 不变时，
中枢点母线处QL QG无功过剩， 各发电厂向负荷送的无功
b1
b2
b
QL
U
系统中的电压降落（U ) 中枢
b2
U
b1 c Q
U
点U进一步 ， 运行点将越过a点， U b
a
经一系列震荡在a点达到新的平衡。
Ub
b
U cr
U a a UBiblioteka UG ,不会使Pe变化。
Pe
发电机的无功功率：
QEq
EqU Xd
COS
U2 Xd
PT Pe
前项由U G 使QEq ,
后项由U G
使QEq
按U
2 G
,
0 a b C
(0) 1800
QEq
是
还是
不能肯定。还要看X
d
和Eq
(
的大小。
0)
一般，UG 时，X d 大的发电机输出的无功 ；
第三部分是励磁功率或空载损耗功率Pu I02ru。
U G Pr
还与负荷率有关（如图）
P
P
P
P
1.0
1.0
P
P 1.0
1.0 U (a)
(b) 1.0 U
异步电动机有功功率的静态电压特性曲线
1.0 U (c)
（a）机械转矩恒定，负荷率较低的电动机； （b）机械转矩恒定，负荷率较高的电动机； （c）机械转矩随转速的减小而减小的电动机。
（b）机械转矩恒定，负荷率较高的电动机；U G Q先降后升
Q Q
1.0 Q
1.0 Q
异步电动机(a无) 功功1.率0 U的静态电压特性曲线(b) 1.0 U
2. 同步电动机的静态电压特性
QEq
U2 Xd
EqU COS
Xd
Q
0.5
0.25
欠励
0
0.8 0.9
U
0.25 Eq较小时 过励
b1
b2
b
b2
b1
U
QL c Q
U U
而随Q 系统中的电压降落（U ) U b
a
中枢点U恢复到原来值。
Ub
U cr
b
U a a U
Q
在b点：当有U 时（即U ）， 负荷无功 b1,电源无功 b2,
QG
a2 a a1 a1 a2
b1
b2
b
QL
U
b2
b1 c Q
U
U
U b
a
而随Q 系统中的电压降落（U ) Ub Ucr
b
中枢点U恢复到原来值。
U a a U
Q
在a点：当有U 时（即U ），
QG
a2 a a1 a1 a2
负荷无功 a1,电源无功 a2 , 中枢点母线处QL QG无功过剩， 各发电厂向负荷送的无功
U
2. 调相机的静态电压特性
Q
无有功输入输出。无功为
QEq
EqU COS
Xd
U2 2
Xd Xq Xd Xq
Eq 2U
过励
EqU COS U 2
Xd
Xd
QEq Eq(0) 2U U X d X d
0.4
U Eq 2U
0.2
0 0.7 0.8
0.2
U Eq 2U
(2) 异步电动机负荷输入的无功功率由两部分组成。
第一部分是各绕组漏抗 中损耗的功率 Qx I 2 (xs xr )。
第二部分是励磁功率或空载损耗功率Qu I02 xu。
Qx、Qu的变化与 Pr、Pu变化规律一致。
（a）机械转矩恒定，负荷率较低的电动机 U G Q
b1
b2
b
QL
U
b2
b1 c Q
U
U
U b
a
Ub
U cr
b
U a a U
Q QG QL
正常运行时，Q 0，QG QL 运行在QG 与QL交点a, b
Q
稳定分析：设有一个小扰动U。
QG
a2 a a1 a1 a2
在a点：当有U 时（即U ）， 负荷无功 a1,电源无功 a2, 中枢点母线处QL QG无功缺额， 各发电厂向负荷送更多的无功
5-1 电力系统电压稳定的概念
第10章讨论的是电力系统中发电机并列运行的静态稳定性。 它是电力系统静态稳定性的主要方面，但不是唯一方面。电力系 统静态稳定性的另一方面是系统中电压或频率微小变化时，负荷 和电源的无功、有功功率能否保持平衡的问题，或者说，会不会 导致“电压崩溃”或“频率崩溃”的问题。
一 、电源的静态电压特性