【文章內(nèi)容簡介】 變?yōu)椤⒍咧械淖钚≈怠Ｓ捎诰€路上各點電勢、電壓的大小相差不多，而分段后各段的電抗均遠小于總電抗，所以功率極限大為提高。 以上介紹的提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施都是考慮減小電抗而言，在實際的正常運行中提高發(fā)電機的電勢和電網(wǎng)的運行電壓也可以提高功率極限，但這需要在系統(tǒng)中設(shè)置足夠的無功功率電源。第三章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定第一節(jié) 簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析一、系統(tǒng)處于各種運行方式時發(fā)電機輸出的電磁功率如圖31中（a）所示，簡單的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，正常運行方式時發(fā)電機經(jīng)變壓器和雙回線路想無限大系統(tǒng)送電。設(shè)發(fā)生的一組干擾是：處于正常運行方式的系統(tǒng)，在圖31中（b）中所示一回線路的始端f點發(fā)生不對稱故障，發(fā)生故障后有繼電保護動作切除故障線路，如圖31中（c）所示。1. 正常運行方式時，電勢與無限大系統(tǒng)間的電抗為： （31）發(fā)電機送出的電磁功率為： （32）2. 故障方式時電抗總是大于正常方式時的電抗，即。在一回輸電線路的f點發(fā)生不對稱故障時，只要在正序網(wǎng)絡(luò)的故障點根據(jù)不同的短路類型接入不同的附加電抗，這個正序增廣網(wǎng)絡(luò)即可用來計算不對稱短路時的正序電流和正序功率。例如單相短路，附加電抗應(yīng)為負(fù)序電抗與零序電抗的串聯(lián)；兩相短路時，附加電抗等于負(fù)序電抗；三相短路，作為不對稱短路的一種特殊形式，它的附加電抗。可見，三相短路時對電力線路的穩(wěn)定性而言是所有故障中最不利的。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后，可得發(fā)電機電動勢與無限大系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移電抗為： (33)當(dāng)發(fā)電機電動勢不變時，故障情況下的傳輸功率為： （34）3. 短路發(fā)生后，由于繼電保護裝置將迅速動作，斷開故障線路，如圖31（c）所示，此時發(fā)電機電勢與無限大系統(tǒng)間的電抗為： （35）發(fā)電機的傳輸功率為： （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進行分析，發(fā)生短路故障瞬間，功率特性立即下降為，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，其角度不會立即變化，這是發(fā)電機的運行由a點突降至b點，其輸出的功率顯著減少，而原動機的機械功率PT不變，產(chǎn)生了較大的過剩轉(zhuǎn)矩，PTPb，故障情況越嚴(yán)重，功率的幅值越低，則過剩轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子開始加速，使運行點由b點向c點移動。如果故障永久存在，始終存在過剩轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機將不斷加速，最終與系統(tǒng)失去同步。實際上，發(fā)生故障后繼電保護將迅速切除故障，設(shè)在c點且出故障，這是功率特性變?yōu)?既運行點由的c點突變?yōu)榈膃點，此時發(fā)電機的電磁功率大于原動機的機械功率PEPT,所以發(fā)電機的轉(zhuǎn)子受制動而減速。設(shè)制動過程直到f點時發(fā)電機才回到同步轉(zhuǎn)速，但f點與e點一樣，仍存在PEPT,在制動作用下轉(zhuǎn)子繼續(xù)減速將小于同比轉(zhuǎn)速，功角也開始減小，到達k點前轉(zhuǎn)自一直減速，在k點雖然機械功率與電磁功率平衡，但由于轉(zhuǎn)子低于同步轉(zhuǎn)速，功角繼續(xù)減小，但運行點向下越過k點后，機械功率開始大于電磁功率，轉(zhuǎn)子又開始加速，因此在k點上下產(chǎn)生振蕩，由于阻尼作用使震蕩不斷衰減最后趨向于上的k點，即達到一個新的穩(wěn)定運行方式，說明這一系列大干擾下系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。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點才切除，這時轉(zhuǎn)子加速已經(jīng)比較嚴(yán)重，功角不斷增大，在f 點時轉(zhuǎn)子的加速度仍然大于同步轉(zhuǎn)速，甚至在到達h點后發(fā)電機轉(zhuǎn)子仍未能恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，因此，功角就將越過h點，此時電磁功率減小，使發(fā)電機將進一步加速，加速度越來越大，而使功角不斷增大，導(dǎo)致發(fā)電機與無限大系統(tǒng)之間失去同步。對比以上兩種不同的結(jié)果可見，快速切除故障是保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施。用等面積定則來判斷暫態(tài)是否穩(wěn)定，等面積定則，即當(dāng)減速面積等于加速面積時，轉(zhuǎn)子角速度恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，功角達到最大搖擺角并開始減小。當(dāng)SdefgSabcd時系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，反之，系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。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極限切除角時切除故障，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)過程中運行點會越過h點而使系統(tǒng)失去同步。相反，只要切除角小于極限切除角，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。一、 極限切除角與極限切除時間 根據(jù)前面的分析可知，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須在到達h點以前使轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度。極限是正好達到h點時轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度，這時的故障切除角成為極限切除角。根據(jù)等面積定則有以下關(guān)系可推得極限切除角為： （37）式中。 在極限切除角時切除線路故障，已利用了最大可能的減速面積。如果故障切除角大于極限切除角，就會造成加速面積大于減速面積，暫態(tài)過程中運行點就會越過h點而使系統(tǒng)失去同步。相反，只要故障切除角小于極限切除角，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。但是，利用上式求得極限切除角并沒有真正解決問題，因為工程上實際需要知道的是，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定必須在多少時間內(nèi)切除故障線路，也就是知道與極限切除角對應(yīng)的故障切除時間，這一時間通常稱為極限切除時間。顯然，故障切除時間小于極限切除時間則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，反之系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。因此，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)中所有繼電保護的動作時間都應(yīng)小于這個時間。第二節(jié) 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 引起電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題，主要是由于遭受大干擾后，在發(fā)動機轉(zhuǎn)子上機械輸入功率與電磁輸入功率的不平衡所造成的。暫態(tài)穩(wěn)定的嚴(yán)重程度，與擾動后的過剩功率的大小及擾動持續(xù)時間有關(guān)。對簡單電力系統(tǒng)而言，主要與加速面積和減速面積有關(guān)。提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，就需設(shè)法減小加速面積，增大最大可能的減速面積。需要指出的是，前述提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施，如縮短電氣距離、提高發(fā)動機電動勢E及提高系統(tǒng)電壓U等，對提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性同樣有效。 下面介紹幾種常用的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。一、故障的快速切除和自動重合閘裝置的應(yīng)用 這兩個措施可以較大的減小加速面積，同時增大減速面積，既有效又經(jīng)濟。 快速切除故障對提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是很有效的。如圖32所示，故障切除時間愈小，加速面積愈小，而對應(yīng)的最大可能減速面積愈大，愈利于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。故障切除時間包含有繼電保護動作時間、斷路器固有分閘時間和滅弧時間幾部分。目前廣泛使用的斷路器和真空斷路器的全分閘時間一般都在兩個周波（—）左右，新型保護裝置的動作時間可做到幾十毫秒內(nèi)。由于電力系統(tǒng)中的故障大多是短路故障，且短路故障中大多數(shù)又是瞬時性的，所以故障后的重合閘成功率是很高的，一般可達90%以上。所以采用自動重合閘裝置的措施可以提高供電的可靠性，對提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有十分明顯的作用，是目前應(yīng)有的比較多的措施之一。二、提高發(fā)電機功率特性、消耗或輸出發(fā)動機的過剩功率現(xiàn)代電力系統(tǒng)中大型發(fā)動機都裝有強行勵磁裝置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，使發(fā)電機端電壓下降到額定電壓的85%90%時，強行勵磁裝置動作，迅速而大幅度的增加勵磁以提高發(fā)電機電勢，從而提高了發(fā)電機輸出的電磁功率。因此，在故障期間減小了加速面積并增大了減速面積，從而提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。電氣制動就是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，實時的投入制動電阻以消耗發(fā)動機的部分過剩功率。即在發(fā)電機加速期間投入制動電阻，利用電阻消耗發(fā)電機的部分過剩功率，使加速面積減小，使系統(tǒng)振蕩受到阻尼的影響，達到提高暫態(tài)穩(wěn)定性的目的。變電站中性點經(jīng)小阻抗接地時的作用原理與電氣制動非常相似，變壓器中性點上所接地小電阻只在系統(tǒng)不對稱運行時才能起作用，可認(rèn)為是短路故障時的電氣制動。三、減少原動機的機械功率 故障后減小原動機的機械功率，也可以減小對轉(zhuǎn)子加速的過剩功率，有利于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。1. 采用快速調(diào)速系統(tǒng) 對于汽輪發(fā)動機組，在故障時采用快速關(guān)閉汽門的方法使原動機的輸入機械功率迅速減小，從而達到減小加速面積增大減速面積的效果，因而有利于暫態(tài)穩(wěn)定。2. 采用聯(lián)鎖切機對于水輪發(fā)動機，由于水錘效應(yīng)一般不采用快速關(guān)閉進水閥門的方法。因此，對于水利發(fā)電廠有時采用在故障時出切除部分發(fā)電機，即聯(lián)鎖切機。切除部分發(fā)電機后，等于減小了原動機的輸入功率。必須指出，這種措施只能適用于系統(tǒng)容量大，切除部分發(fā)電機對系統(tǒng)的功率平衡不會造成嚴(yán)重影響的系統(tǒng)中，否則切除部分發(fā)電機后，將對系統(tǒng)的電壓，頻率造成不良的后果。第四章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析計算第一節(jié) 計算極限切除角解:選取基準(zhǔn)值，計算各種參數(shù)， 取=220MVA， , 運行參數(shù)為：。 （2)確定系統(tǒng)正常運行方式，正常運行時，發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗為： (3)確定故障方式進行計算《1》.單相接地（a）此時附加電抗是負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障點f的等值電抗和的串聯(lián).則附加電抗為： =（b）故障切除后（C）計算極限切除角。《2》.兩相短路,(a)此時附加電抗是負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障點的等值電抗. =所以，故障時發(fā)電機輸出的最大功率為(b)故障切除后（c）計算極限切除角==《3》.兩相短路接地（a）此時附加電抗是負(fù)序與零序網(wǎng)絡(luò)在故障點的等值電抗與的并聯(lián)電阻。（b）故障切除后=，(c)計算極限切除角此時附加電抗是負(fù)序與零序網(wǎng)絡(luò)在故障點的等值電抗與的并聯(lián)電阻。