电力系统的运行状态分析

功角在空间上表现为发电机转子磁场轴线与定子合成磁场轴线 之间夹角。
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用图示功角的双重物理意义
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超前U ( 0 0), 转子磁极轴线超前定子合成 在发电机运行时, E 0 磁极轴线一个 角。稳定运行时，转子磁极拖动定子合成磁极同步旋 转，定子合成磁极给转子磁极一个反作用力（制动转矩）。
转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制 动转矩而作功,实现机电能量转换,将由原动机输入的 机械能转变为电能输出。
功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不 仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转 子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运 动紧密联系起来。
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静态稳定储备
第二章 电力系统的运行状态及稳定性分析
2-1 电力系统的运行状态 一、电力系统运行的正常和非正常状态 1、正常状态遵守的约束条件
不等式约束条件： 等式约束条件：
m l n PGi PLj PSk j 1 k 1 i 1 n m l Q Q Q Gi Lj Sk j 1 k 1 i 1
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二、电力系统静态稳定分析
发电机输出的电磁功率方程：
G
Pe
X
Eq U 0 X
sin
Pe
a
功角特性曲线
Pm 0
b
P T
0
a 90 b

180


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二、电力系统静态稳定分析
同步发电机的功率流程：
P1
P 1 P m P M P Fe
Pm P2 P Cu1
Pm
P2
PM
Pe
Pm 0
功角特性曲线
a
b
PT
大于 0 时，转子转速上升，转子加 速， 趋于无穷大。 小于 0 时，转子转速下降，转子制 动， 趋于无穷大。
0
a 90 b

180


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二、电力系统静态稳定分析
发电机输出的电磁功率方程：
G
Pe
X
Eq U 0 X
sin
f min f f max U i min U i U i max PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Sij min Sij Sij max
有功电源：发电机
无功电源：并联电容器 同步调相机
同步电动机 静止补偿器
1
二、电力系统运行状态分类
Pmax PT 储备系数： K P 100% PT
PT
为原动机输入的电磁功率
对静态稳定储备系数的要求： 正常运行情况下应大于15% 事故后要求不小于5%
Pe
Pm 0
功角特性曲线
a
Pmax
b
PT
0
a 90 b

180

Hale Waihona Puke Baidu

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整步功率特性曲线
Pe
dPe d

EqU 0 X
根据上面在点a及点b能否稳定运 行分析，得出静态稳定判据：
P 1 ——原动机输入机械功率
PFe
PCu1
PM ——机械损耗（轴间摩擦、空气摩擦、通风设备） PFe ——定子铁心损耗 Pm ——电磁功率Pe PCu1 ——带载运行时的定子铜耗 P2 ——发电机输出功率
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遭受微小扰动后a、b两个运行点的过渡过程分析： a点：(静态稳定工作点)： 大于 0 时，转子转速上升，转子制动， 趋于0。 小于 0 时，转子转速下降，转子加速， 趋于0。 b点： (静态不稳定工作点)
1、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运
行调度的基础。
2、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束
已经接近上下限，以安全调度为主。
3、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，
系统仍能同步运行。
4、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列
成几个独立的小系统。
5、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列的大系统运
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t 1
2-3 研究电力系统稳定的基本模型
同步发电机基本原理
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2-3 研究电力系统稳定的基本模型
同步发电机基本原理
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2-3 研究电力系统稳定的基本模型
同步发电机定子绕线示意图

B
Pe
EqU 0 X 12
sin
Pm 0
A
P T
当 当
A B A Bmax
转子已将加速期间 储存的动能还给系统 发电机失去稳定
t 1 t 0 t 2

O
0 2 3
' 0 1

加速面积： A 减速面积： B
Pm0 Pesin dt Pesin Pm0 dt
功角 与发电机电磁功率 P 的增量有 e 相同符号时， dPe 即 0 系统是静态稳定的 d
0

90
180
当 当
dPe 0 系统临界稳定 d dPe 0 系统是不稳定的 d
dPe EqU 0 整步功率 cos d X
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三、电力系统暂态稳定分析
G
P e
以发电机内电势E q 表示的功率方程式为：
一、定义： 静态稳定：在一个特定的稳定运行的条件下，电力系统受到任何一个小
的扰动，经过一段时间，它能够自动恢复到或者靠近小扰动 前的运行条件。
暂态稳定：在一个特定的稳态运行条件下，电力系统受到一个特定的大
干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到另一个 允许的稳态运行条件。
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二、电力系统静态稳定分析
行状态过渡。
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正常状态
（满足负荷需求，进行经济运行）
恢复状态
（重新并列， 恢复对用户供电）
警戒状态
（预防性控制）
系统崩溃
（切机、切负荷、 断开线路）
紧急状态
（紧急控制）
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2-2 电力系统稳定性的基本概念
电力系统稳定性分类：
20世纪60年代前：前苏联、我国：静态稳定，动态稳定。 西方：静态稳定，暂态稳定。 20世纪70年代起，国际通用：静态稳定，暂态稳定
发电机输出的电磁功率方程：
G
Pe
X
Eq U 0 X
sin
功角在时间上表示励磁电势和受电端电压之间的相角差；
根据同步发电机相量图，推导同步发电机输出电磁 功率方程
因为：
I
所以：
' ' Eq U t jxd I ' ' X I cos E q sin d ' Eq Ut Pe U t I cos sin ' Xd