【正文】 系統(tǒng)穩(wěn)定必須在多少時(shí)間內(nèi)切除故障線路，也就是知道與極限切除角 cm? 對(duì)應(yīng) 的故障切除時(shí)間，這一時(shí)間通常稱為極限切除時(shí)間 cmt 。根據(jù) 等面積定則有以下關(guān)系 ? ? ? ? ? ? ? ?0 00s i n s i nc m hcm mP P d P P d AA ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??? 可推得極限切除角為： 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 22 ? ?0 0 0c o s c o sc o s h m h mcmmmP P PPP? ? ? ?? ?? ??? ?? ? ??? （ 37） 式中，0 1 0sin mPP? ? ??， 1 0sinh mPP?? ? ????。利用等面積定則，可以決定極限切除角，即功角變化過程中最遲必須在到達(dá) 極限切除 角時(shí)切除故障，如果切除角大于極限切除角，則加速面積大于減速面積，暫態(tài)過程中運(yùn)行點(diǎn)會(huì)越過 h 點(diǎn)而使系統(tǒng)失去同步。 該系統(tǒng)中同樣存在受到大干擾后暫態(tài)穩(wěn)定破壞的情況，如果故障線路切除的比較慢，到 c 點(diǎn)才切除，這時(shí) 轉(zhuǎn)子加速已經(jīng)比較嚴(yán)重，電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 21 功角不斷增大，在 f 點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子的加速度仍然大于同步轉(zhuǎn)速，甚至在到達(dá) h 點(diǎn)后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子仍未能恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，因此，功角就將越過 h 點(diǎn)，此時(shí)電磁功率減小，使發(fā)電機(jī)將進(jìn)一步加速，加速度越來越大，而使功角不斷增大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)之間失去同步。 s in s inEUPPX ??? ? ? ????? （ 36） 二、 系統(tǒng)受到大干擾后的物理過程分析 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 20 結(jié)合 圖 31 和圖 32 進(jìn)行 分析 ，發(fā)生短路故障瞬間，功率特性立即下降為 P? ，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，其角度不會(huì)立即變化，這是發(fā)電機(jī)的運(yùn)行由 a 點(diǎn)突降至 b 點(diǎn)，其輸出的功率顯著減少，而原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率 PT 不變，產(chǎn)生了較大的過剩轉(zhuǎn)矩， PTPb，故障情況越嚴(yán)重，功率 P? 的幅值越低，則過剩轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子開始加速，使運(yùn)行點(diǎn)由 b 點(diǎn)向 c 點(diǎn)移動(dòng)。( ) ( )39。在一回輸電線路的 f 點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，只要在正序網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)根據(jù)不同的短路類型接入不同的附加電抗 ??njX? ，這個(gè) 正序增廣網(wǎng)絡(luò)即可用來計(jì)算不對(duì)稱短路時(shí)的正序電流 和正序功率。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 18 1. 正常運(yùn)行方式時(shí)，電勢(shì) 39。由于線路上各點(diǎn)電勢(shì)、電壓的大小相差不多，而分 段后各段的電抗均遠(yuǎn)小于總電抗，所以功率極限大為提高。即原來的系統(tǒng)被分為獨(dú)立的兩段，系統(tǒng)中原來的功率極限 ? ?1239。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間電氣距離，從而提高了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性 三、 改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補(bǔ)償設(shè)備 有多種方法可以改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。qE （或39。 由功率極限 M EUXP??可見，功率極限與電壓的平方成正比，提高線路的額定電壓等級(jí)，也就提高了功率極限。 一、 減小元件的電抗 在電力系統(tǒng)中，線路的電抗所占比例較大，特別是遠(yuǎn)距離輸電線路所占比重更大。 第二 節(jié) 提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施 從電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的分析可知，電力系統(tǒng)的功率極限越高，即靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)越大，則電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定程度越高。 由上述簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分析可見，雖然 a， b 兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁功率和機(jī)械功率都能夠平衡，但穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn) a 對(duì)應(yīng)的功角 090a? ? ，處于功角曲線的上升部分，隨著功角的增加輸出的電磁功率也增加，即 0EdPd? ? ；不穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn) b 對(duì)應(yīng)的功角 090b? ? ，處于功角特性曲線的下降部分，隨著功角的增加輸出的電磁功率反而減小，即 0EdPd? ? 。 如果小干擾使 ? 減小了 ? ?0???，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率增大，即 a TPP?? ? ，過剩轉(zhuǎn)矩為正，轉(zhuǎn)子將加速，增大趨向 a 點(diǎn)，相似的經(jīng)過一系列震蕩后在 a 點(diǎn)重新獲得平衡 ， 由以上分析可見，在運(yùn)行點(diǎn) a，系統(tǒng)受到小干擾后能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，因此是靜態(tài)穩(wěn)定的。 當(dāng)電力 系統(tǒng)中出現(xiàn)小干擾，使功角 ? 增加一個(gè)微小的增量 ? ?0???，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率達(dá)到與圖 21 中 39。在某一運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)組的輸入功率為 TP ，發(fā)電機(jī) 向系統(tǒng)輸送功率為 0 sinmaPP ?? ， 若 0 TPP? ,如圖 21 中 a 點(diǎn)的運(yùn)行情況，發(fā)電機(jī)的輸入和輸出功率是平衡的，發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行。功率特性方程為式 sinqEq dEUP X ??? （ 21） 式中： 1212d LTTdX X X XX ? ? ? ? ?。電力系統(tǒng)中幾乎隨時(shí)都在受到小干擾，如負(fù)荷的變化 、 切投 負(fù)荷、風(fēng)吹是線路擺動(dòng)以及發(fā)電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)等。 綜上所述，電電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 11 力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下受到干擾后，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的問題，如果能夠，則認(rèn)為該系統(tǒng)在正常運(yùn)行下是穩(wěn) 定的；反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。這種抗干擾的能力是電力系統(tǒng)保證正常運(yùn)行必須具備的。 而電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)能夠保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行方式的能力。一般是表示發(fā)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)間的同步運(yùn)行穩(wěn)定性。其短路電壓百分?jǐn)?shù)和電抗標(biāo)幺值的關(guān)系為： ? ? ? ?0 0 *23 0100 0 001 0 0 1 0 000S NTN N TT NNIXU S XXUU ? ?? ? ? ? (111) 式中： TX 為 變壓 器電抗的有名值。 三、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算 電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的阻抗參數(shù)均是以其本身額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值或百分值給出的， 而在進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必需取統(tǒng)一的基準(zhǔn)值，因此要求將原來的以本身額定值為基準(zhǔn)值的阻抗標(biāo)幺值換算的統(tǒng)一的基準(zhǔn)值。 二、 基準(zhǔn)值的選取 基準(zhǔn)值的選取有一定的隨意性，下面僅以三相電路說明之。標(biāo)幺制中 各種物理量都用標(biāo)幺值（即相對(duì)值）來表示，使運(yùn)算步驟簡(jiǎn)單，數(shù)值簡(jiǎn)明便于分析。 本設(shè)計(jì)對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性物理過程、發(fā)電機(jī)功率特性和功率極限進(jìn)行了透徹的分析，研究了不同故障類型下，故障切除時(shí)間對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩是由發(fā)電廠動(dòng)力部分的運(yùn)行狀態(tài)所決定，發(fā)電廠的電磁轉(zhuǎn)矩是由發(fā)電機(jī)及其連接的電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)所決定，在這些運(yùn)行狀態(tài)中如發(fā)生任意干擾都會(huì)是作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩不平衡，也就會(huì)使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。 本設(shè)計(jì)將分析電力系統(tǒng)的 另一種暫態(tài)過程 —— 電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過程。 （注：本設(shè)計(jì)著重 分析的是電力系統(tǒng)受干擾后的另一種暫態(tài)過程，即電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過程。電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 1 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 目錄 摘要 前言????????????????????? 1 第一章 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 … …………………………… 3 第一節(jié) 標(biāo)幺值 ……………………………… ………… … …… ..3 第二節(jié) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概述 …………………… …… ..5 第二章 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 …………… …… ……… .8 第一節(jié) 簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 …………………… 8 第二節(jié) 提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施 … ………………… ………… 11 第三章 電力統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 …………………… ………… .14 第一節(jié) 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的暫態(tài) 穩(wěn)定性 ?????????? 14 第二節(jié) 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 ???????? 19 第四章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析計(jì)算 ...............22 第一節(jié) 計(jì)算極限切除角 ?? ????????????? 22 第二節(jié) 用分段法計(jì)算搖擺曲線 ???????????? 30 第五章 故障條件下對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)重合閘的要求 ...46 第一節(jié) 故障時(shí)對(duì)繼電保護(hù)的要求 ??????????? 46 第二節(jié) 故障時(shí)對(duì)自動(dòng)重合閘的要求 ?????????? 49 第 三 節(jié) 自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合 ??????? ?? 54 結(jié)束語 ………………………………………… ……… ..57電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 2 參考文獻(xiàn) ????????????????? ?? ? ? 58 內(nèi)容 摘要 隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我國發(fā)電機(jī)、變壓器單機(jī)容量不斷增大，電力系統(tǒng)正朝著“大機(jī)組、超高壓、大電網(wǎng)”的方向發(fā)展。 本設(shè)計(jì)共分六個(gè)章節(jié)，第一章為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)知識(shí)；第二章介紹電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，并提出了 在實(shí)際生產(chǎn)生活中 提高靜態(tài)穩(wěn)定性的有效措施；第三章介紹電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，并提出了在實(shí)際運(yùn)行中提高暫態(tài)穩(wěn)定性的有效措施；第四章介紹用分段法求各種故障下發(fā)電機(jī)的搖擺曲線；第五章介紹了在各種故障下對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)重合閘的要求；第六章為結(jié)束語。 The fifth chapter in various fault of relay protection and automatic reclosing requirements, The sixth chapter for closing. (note: this design of power system are emphatically analyzed after the interference of another kind of transient process, namely the electrical power system transient process. Keywords: static stability of power system stability of transient stability mechanical power excitation adjust Angle 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 4 前言 “電力系統(tǒng)穩(wěn)定性”這部分內(nèi)容是 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 專業(yè)的專業(yè)課的重要內(nèi)容之一，這部分內(nèi)容相對(duì)比較難學(xué)卻又十分重要，因此，真正 透徹 的掌握電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析過程對(duì)我們電力行業(yè)的工作人員有著十分重要的意義。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后， 能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)的問題。當(dāng)轉(zhuǎn)子維持同步轉(zhuǎn)速時(shí)，上述兩部分轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 5 矩是平衡的，一旦這兩部分轉(zhuǎn)矩不平衡時(shí)就會(huì)引起轉(zhuǎn)子的加速或減速，轉(zhuǎn)子就 脫離了 同步轉(zhuǎn)速。能滿足這一點(diǎn)，系統(tǒng)就是功角穩(wěn)定的，否則就是功率不穩(wěn)定的，而必須采取相應(yīng)的措施以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 6 第一章 電 力 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 第一節(jié) 標(biāo)幺值 在電力系統(tǒng)故障分析計(jì)算中，大多應(yīng)用標(biāo)幺 制。 又如 有功功率、無功功率、視在功率的標(biāo)幺值分別為： * BPP S?、* B S?、* BSS S? （ 13） 式中： P 為有功功率， MW； Q 為無功功率， Mvar； S 為視在 功 率， MVA； BS 為功率基準(zhǔn)值， MVA。在式（ 15）中含有四個(gè)基準(zhǔn)值， 可以任選兩個(gè)，一般先 選定電壓和功率的基準(zhǔn)值，則電流和阻抗基準(zhǔn)值分別為： ? ?BB BSI K A3U? （ 1７ ） ? ?BB BUZ 3I?? （ 1８ ） 其中 , BS 單位為 MVA, BU 單位為 KV。 對(duì)于變壓器一般給出其額定電壓、額定功率以及短路電壓百分?jǐn)?shù)等。如果能夠，則認(rèn)為系 統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的；反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者不能建立一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 目前電力系統(tǒng)穩(wěn)定一般是按照電力系統(tǒng)承受擾動(dòng)的大小分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性兩大類，即電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指電電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 10 力系統(tǒng)受到小干擾后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng) 在正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)受干擾而不發(fā)生非同步運(yùn)行、 頻率崩潰 和 電壓崩潰 的能力。為了便于應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計(jì)算工具進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算分析，和在實(shí)際運(yùn)行中更確切地檢驗(yàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的水平并采取提高穩(wěn)定的措施，把電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定三類。 因此，電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性又稱為小干擾穩(wěn)定性。 以簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性分析，可設(shè)同步發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，用同步發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì) qE 和同步電抗 dX 表示發(fā)電機(jī)，則其等值電路如圖上圖所示。不考慮發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的作用時(shí)，認(rèn)為 qE恒定