电力系统分析12

本章提示同步发电机组转子的运动方程；简单电力系统的功角特性；复杂电力系统的功角特性；自动调节励磁系统的作用；网络参数和接线对发电机功角特性的影响。第12章电力系统稳定性概述研究重点:电力系统的稳定性按系统承受干扰的大小静态稳定暂态稳定小干扰大干扰状态方程可线性化系统结构参数发生改变电源稳定性负荷稳定性同步发电机是否失步异步电动机是否失速,停顿12.1概述12.2同步发电机组的转子运动方程1.用机械角度和功率表示的转子运动方程ETMMdtdJJM202KWJpdtdpWMK202dtdTMJ0BKJsWT2PMEqTJPPPdtdTM02.用电角度表示的转子运动方程0)(1)1(0EqTJPPTdtddtd转动参考轴转子轴线3.TJ的物理意义dtdTMJJJTdTt10当给发电机转子施加额定转矩后，其转子从静止状态达到额定转速所需的时间。简单电力系统qdXX12.3简单电力系统的功角特性1.隐极同步发电机的功角特性系统的总电抗LTdTLTddXXXXXXX2121定子绕组电压方程式IjXUEdq隐极发电机的功角特性方程sindqEqXUEP当忽略系统中各元件的电阻和电导时，发电机的输出功率P与输送到无限大容量系统的功率P相等EqcosUIPPEqdqMXUEP隐极发电机的功角特性sindqEqXUEP2.凸极同步发电机的功角特性LTqqLTddXXXXXXcosUEIXqddsinUIXqqqdXXqqXUIsindqdXUEIcos当忽略各元件电阻时sincos)cos(cosdqEqUIUIUIUIPP2sin)11(2sin2dqdqEqXXUXUEP'''EqEqPP凸极同步发电机的功角特性基本电磁功率附加电磁功率(磁阻功率)凸极发电机的功角特性450~900mdqdXUEIcos)1(cosqdqdqqXXUXXEE3.用、和表示的功角特性（凸极发电机）qEEGU(1)用表示的功角特性qELTddXXX''2sin)11(2sin2dqdqqEXXUXUEP(2)用、表示的功角特性EGUsincosEIXdcosUIPPPGUEsindEXUEPLTLTGUXUUPGsinLTLTGLTUIXsincosLTLTLTGdXUXEIsinsincosLT例如图所示的简单电力系统，各元件的参数如下：发电机G：MWPN300KVUN5.1085.0cosN95.0dX56.0qX'0.22dX变压器T1:,10.5/242KV,变压器T2:,220/121KV,输电线L:,L=200Km,Ω/Km360NSMVA14%SU360NSMVA14%SUKVUN2204.0LX运行情况：无限大系统母线吸收的功率为,U=115KV。试计算当发电机保持、和为常数时，发电机的功角特性方程。MWP2500,98.0cos0qEqEGU解：1）求各元件参数取基准值MVASB250KVUB115)110(KVUB209121/220115)220(选择线路侧为基本级，求各元件参数的标么值为发电机MVAPSNNN94.35285.0300cos902.094.352250)2095.10()5.10242(95.022dX531.094.352250)2095.10()5.10242(56.022qX209.05.352250)2095.10()5.10242(22.022dX变压器：13.0360250)209242(14.021TX108.0360250)209220(14.022TX线路229.0)2092502004.0(212LX系统的综合电抗为：676.0467.0209.0998.0467.0531.0369.1467.0902.0467.0108.0229.013.021LTddLTqqLTddTLTLTXXXXXXXXXXXXX2）计算正常运行时的、和qEqEGU运行参数的标么值为12502500P01048.1198.0cos203.0000tgPQ1115/115U由得00~IUS000048.1102.1203.01jjQPSI01.2319.1467.009.1467.0)203.01(1jjXIjUUULTGGG2418.198.0102.1998.0199.01cossinUIXUtgq016.51068.39794.016.51sin02.1sin0IIdddqIXUEcos=1×cos39.68°+1.369×0.794=1.8573）功角特性方程qE为常数时2sin2sin2qdqddqEqXXXXUXUEP2sin998.0369.1998.0369.121sin369.11857.12sin136.0sin356.12sin2sin2dqdqdqqEXXXXUXUEP2sin676.0998.0676.0998.021sin676.01306.12sin239.0sin932.1]sin)1([sin1qLTGGXXUU]sin)998.0467.01(19.11[sin1)sin447.0(sin1)]sin447.0(sinsin[467.0119.1sin1GLTGUGXUUP)]sin447.0(sinsin[548.21为常数时qE为常数时GU12.4复杂电力系统的功角特性两台无励磁调节器的隐极发电机简化后的等值电路12222III11132321111ZEZZZZZEI22231312222ZEZZZZZEI12112ZEI21221ZEI21111III根据迭加原理，将它分为两个等值电路：21I12I22I23I11I13I321211221ZZZZZZZ2121111ZEZEI1212222ZEZEI电源、输出的视在功率为：1E2E)(~212111111111ZEZEEIEjQPS)(~121222222222ZEZEEIEjQPS同理)sin(sin)cos(cos121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEP)sin(sin)cos(cos212112212222222212112212222222ZEEZEQZEEZEP12121212当把ψ角用α＝90°－ψ代替时，上式可表示为)cos(cos)sin(sin)cos(cos)sin(sin212112212222222212112212222222121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEPZEEZEQZEEZEP12121212推广到由n台发电机组成的复杂电力系统中。假定n台发电机的电势分别为,,…，则复杂电力系统中第i台发电机功角特性方程为1E2EnEnijjijijijjiiiiiiinijjijijijjiiiiiiiZEEZEQZEEZEP1212)cos(cos)sin(sinijij复杂电力系统中发电机的功角特性方程式有以下特点：系统内任一台发电机运行情况的变化（如电势E和功角θ），都会影响系统其他发电机的运行状态。第i台发电机的功角特性与（n－1）个发电机转子间的相对功角有关，发电机功角特性不再是二维平面中的概念，它是在多维空间中，因此也不能在P-θ坐标上直观地绘出发电机的功角特性，所以就不能由功角特性来确定其功率极限。由于系统中节点电压的相位θ对电源输出的无功功率Q影响不大，所以我们重点研究的是发电机输出的有功功率，它是电力系统稳定计算中一个重要公式。)(ijifPij二、网络接线和参数对发电机功角特性的影响1.串联电阻对功角特性的影响输送到无限大容量系统中的功角特性为隐极发电机的功角特性)sin(sin2ZUEZUPqU)sin(sin2ZUEZEPqqEq串联电阻时的功角特性曲线)sin(sin2ZUEZEPqqEq)sin(sin2ZUEZUPqU090mMPm发电机的功率极限值增大了系统的静态稳定略有提高ZUEUEPPPqqUEqsin)cos2(22ZUEPqMZUEZEPqqMsin2sin2ZEq2．并联电阻对功角特性的影响)sin(sin)sin(sin212122222121211112ZUEZUPZUEZEPqUqqEq输入阻抗11011111111112211190ZZjXRRjXRjXjXZkk22022222222221122290ZZjXRRjXRjXjXZkk01111111XRtg02222122XRtg120121212121290ZZjXR0)(2112112dkXRXXtgdkkjXRXXRjXjXjXjXZZ2121212112转移阻抗并联电阻时的功角特性曲线1211112sinZUEZEPqqM12090mMPcossin2sinsin12122211211112ZUEZUZEPPPqqUEq)sin(sin)sin(sin212122222121211112ZUEZUPZUEZEPqUqqEq3．并联电抗对功角特性的影响,1112111jXjXjXjXjXjXZkk0110,2211222jXjXjXjXjXjXZkk0220sin12XUEPPqUEq122121212112jXXXXjjXjXjXjXjXjXZZkdk021120并联电抗后的功角特性sin12XUEPPqUEq12XUEPqMMP并联电抗后功率极限降低12.5同步发电机自动调节励磁系统同步发电机励磁系统•励磁功率单元•励磁调节器