【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) 的故障切電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 22 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 in s inc m hcm mP P d P P d AA ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??? 可推得極限切除角為： ? ?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，即功電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 21 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，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 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。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 15 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。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 14 由上述簡單電力系統(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)下受到電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 11 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。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 10 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)算步驟簡單，數(shù)值簡明便于分析。 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)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 5 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 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 ……………………… ………………… ……… ..57參考文獻(xiàn) ????????????????? ?? ? ? 58 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問題分析與計(jì)算 2 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)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)