【正文】 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。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。 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。不管是哪種干擾，如果它的后果是電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定遭到破壞 ，系統(tǒng)都是靜態(tài)不穩(wěn)定的。 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。 ? 為功角 。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電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 12 恒定。由發(fā)電機(jī)的功角特性曲線可以看出，除了 a 點(diǎn)是功率平衡外， b點(diǎn)也是功率平衡點(diǎn)，即發(fā)電機(jī)有兩個(gè)可能運(yùn)行的角度 a? 和 b? 。 不計(jì)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器作用，則原動(dòng)機(jī)的輸出功率 TP 不變。a 對(duì)應(yīng)的功率值。由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 13 中存在阻尼作用，經(jīng)過(guò)一系列微小震蕩后運(yùn)行點(diǎn)又回到 a 點(diǎn)，即狀態(tài)變量 ? 自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值。 b 點(diǎn)的運(yùn)行情況與 a 點(diǎn)完全不同，當(dāng)小干擾使功角 ? 增加一個(gè)增量 ? ?0???時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率將減少，即 TbPP?? ，轉(zhuǎn)子的過(guò)剩轉(zhuǎn)矩為正值，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將加速， ? 將繼續(xù)增加， ? 的不斷增大，標(biāo)志著發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)非周期性地失去同步，系統(tǒng)中電流、電壓和功率大幅度地波動(dòng)，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，最終導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。 由以上分析可見，在運(yùn)行點(diǎn) b，系統(tǒng)受到小干擾后，不是轉(zhuǎn)移到運(yùn)行點(diǎn) a，就是與系統(tǒng)失去同步，故 b 點(diǎn)是不穩(wěn)定的，系統(tǒng)本身不能維持在 b 點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，對(duì)于簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，可用 EdPd?是否大于零來(lái)判斷系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定與否。 導(dǎo)數(shù) EdPd? 稱為整步功率系數(shù)，其大小可以說(shuō)明發(fā)電機(jī)維持同步運(yùn)行的能力，即說(shuō)明靜態(tài)穩(wěn)定的程度。 由功率極限的基本表達(dá)式M EUP X?? 可見，提高電力系統(tǒng)的功率極限，可從提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)、減小系統(tǒng)的電抗、提 高和穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓等方面考慮。 下面介紹幾種提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施，這些都是直接或間接地減小電抗的措施。因此，減小線路的電抗，對(duì)提高電力系統(tǒng)的功率極限和穩(wěn)定性有重要的作用。 高壓輸電線路中采用分裂導(dǎo)線的主要 目的是為了避免電暈，但同時(shí)也可以減小線路的電抗。這一措施也可以認(rèn)為是間接地減小了線路的電抗。 二、 采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置 發(fā)電 機(jī)裝設(shè)比例型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，可認(rèn)為暫態(tài)電勢(shì) 39。E ）為常數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗由同步電抗 dX 減小為暫態(tài)電抗 39。如果能夠采用按運(yùn)行參數(shù)的變化率調(diào)節(jié)勵(lì)磁，甚至可以將維持發(fā)電機(jī)的端壓設(shè)為參數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗減小為電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 16 零。例如在距離過(guò)長(zhǎng)或聯(lián)系電抗過(guò)大的輸電線路上，可以增加線路的回路數(shù)以減小電抗。使輸電線路等值的分為兩段提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。EUXX? 變?yōu)?39。 aEUX 二 者之中的最小值。 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電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 17 而言，在實(shí)際的正常運(yùn)行中提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電網(wǎng)的運(yùn)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(wú)功功率電源。設(shè)發(fā)生的一組干擾是：處于正常運(yùn)行方式的系統(tǒng)，在圖 31 中 （ b）中所示一回線路的始端 f 點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱故障，發(fā)生故障后有繼電保護(hù)動(dòng)作切除故障線路，如圖 31 中（ c）所示 。E 與無(wú)限大系統(tǒng)間的電抗為： 39。 s in s inEUPPX ??????? （ 32） 2. 故障方式時(shí)電抗總是大于正常方式時(shí)的電抗，即 X? X? 。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(shí)，附加電抗等于負(fù)序電抗；三相短路，作為不對(duì)稱短路的一種特殊形式，它的附加電抗 ? ?3 0X? ? 。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后，可得發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì) E? 與 無(wú)限大系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移電抗為： 39。 1 / 2 2( ) ( )1 / 2 2 X X X Xd T L TX X X X Xd T L T X? ? ? ?? ? ? ? ?? (33) 當(dāng) 發(fā)電機(jī) 電動(dòng)勢(shì) E? 不變時(shí) ，故障情況下的傳輸 功率為： 39。 1 / 2 2d T L TX X X X X?? ? ? ? ? （ 35） 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 19 發(fā)電 機(jī)的傳輸 功率為： 39。如果故障永久存在，始終存在過(guò)剩轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)將不斷加速，最終與系統(tǒng)失去同步。設(shè)制動(dòng)過(guò)程直到 f 點(diǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)才回到同步轉(zhuǎn)速，但 f 點(diǎn)與 e 點(diǎn)一樣，仍存在 PEPT,在制動(dòng)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(dá) k 點(diǎn)前轉(zhuǎn)自一直減速，在 k 點(diǎn)雖然機(jī)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(yùn)行點(diǎn)向下越過(guò) k 點(diǎn)后，機(jī)械功率開始大于電磁功率，轉(zhuǎn)子又開始加速，因此在 k 點(diǎn)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 P?? 的 k 點(diǎn)，即達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行方式，說(shuō)明這一系列大干擾下系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。對(duì)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。當(dāng) SdefgSabcd 時(shí)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，反之，系統(tǒng)暫態(tài) 不穩(wěn)定。相反，只要切除角小于極限切除角，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。極限是正好達(dá)到 h 點(diǎn)時(shí) 轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度，這時(shí)的故障切除角成為極限切除角 cm? 。 在 極限切除角時(shí)切除 線路 故障 ，已利用了最大可能的減速面積。相反，只要故障切除角 ? 小于 極限切除角 cm? ，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。 顯然，故障切除時(shí)間 ct 小于極限切除時(shí)間 cmt 則 系統(tǒng)是穩(wěn)定的，反之系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 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(wèn)題，主要是由于遭受大干擾后，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上機(jī)械輸入功率與電磁輸入功率的不平衡所造成的。對(duì)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)而言，主要與加速面積和減速面積有關(guān)。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(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì) E 及提高系統(tǒng)電壓 U 等，對(duì)提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性同樣有效。 一、 故障的快速切除和自動(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用 這兩個(gè)措施可以較大的減小加速面積，同時(shí)增大減速面積，既有效又經(jīng) 濟(jì)。如圖 32所示，故障切除時(shí)間 ct 愈小 ，加速面積愈小，而對(duì)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。 目前廣泛使用的 6SF 斷路器 和真空斷路器的全分閘時(shí)間一般都在兩個(gè)周波（約 — ）左右，新型保護(hù)裝置的 動(dòng)作時(shí)間可做到幾十毫秒內(nèi)，因此切除故障的最快時(shí)間已可做到 。 所以采用自動(dòng)重合閘裝置的措施可以提高供電的可靠性，對(duì)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。 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。即在 發(fā)電機(jī) 加速期間投入制動(dòng)電電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 24 阻，利用電阻消耗發(fā)電機(jī)的部分過(guò)剩 功率， 使加速面積減小 ， 使系統(tǒng)振蕩受到阻尼的影響，達(dá)到 提高暫態(tài)穩(wěn)定性 的目的 。 三、減少原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率 TP 故障后減小 原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率 TP ， 也 可以減小對(duì)轉(zhuǎn)子加速的過(guò)剩功率，有利于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。 2. 采用聯(lián)鎖切機(jī) 對(duì)于水輪發(fā)動(dòng)機(jī)，由于水錘效應(yīng)一般不采用快速關(guān)閉進(jìn)水 閥門的方法。切除部分發(fā)電機(jī)后，等于減小了原動(dòng)機(jī)的輸入功率 TP 。 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 25 第四章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 的分析計(jì)算 第一節(jié) 計(jì)算極限切除角 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 26 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 27 解 :選取基準(zhǔn)值，計(jì)算各種參數(shù)， 取 BS =220MVA， ? ?110 115B KVU ?, ? ?220 220U 1 1 5 = 2 0 9 K V121B ?? 222 4 2 1 0 . 5 2 2 039。 （ 2)確定系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)與無(wú)限大容量系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗為： 1 1 239。 1 1. 39811Q X P XU UUE ???? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 10 0 . 6 7 7ta n 2 8 . 9 71 0 . 3 2 9 0 . 6 7 7? ? ??? ? ??????? (3)確定故障方式進(jìn)行計(jì)算 《 1》 .單相接地 （ a） 此時(shí)附加電抗 x? 是負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn) f 的等值電抗 2X? 和0X? 的串聯(lián) . 2X? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題分析與計(jì)算 28 ? ?? ?0 0 .1 1 5 0 .2 5 8 4 0 .0 9 5 0 .1 0 40 .1 1 5 0 .2 5 8 4 0 .0 9 5X ? ? ? ???? ? ? 則附加電抗 x? 為： 0. 16 0 0. 10 4 0. 26 4x? ? ? ? ? ? ? ?0 . 2 0 9 0 . 1 1 5 ( 0 . 2 5 8 0 . 0 9 5 )0 . 2 0 9 0 . 1 1 5 ( 0 . 2 5 8 0 . 0 9 5 ) 0 . 2 6 4IIX ? ? ?? ? ? ? ? ?? = 39。 0. 93 5III q T c TX X X X X? ? ? ? ? 39。 ? ? 01 c o s c o sc o s T h o I I I M h I I McmI I I M I I MP P PPP? ? ? ??? ? ? ? ???? ?????? ?? ?111 c os c os c os c os ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?《 2》 .兩相短路 , (a)此時(shí)附加電抗 x? 是負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)的等值電抗 . X?2= ?? ? ( 0 . 2 0 9 0 . 1 1 5 ) ( 0 . 2 5 8 0 . 0 9 5 )X 0 . 1 6? ??=++++ = 所以，故障時(shí)發(fā)電機(jī)輸出的最大功率為 M E 39。 1 . 3 9 8 1 1 . 4 9 50 . 9 3 5MIIIEUx ?? ? ?ⅢP 1 11 8 0 s in 1 3 8 . 21 . 4 9 5h? ?? ? ? ? ?? （ c）計(jì)算極限切除角 cm? ? 1cos ?? ? ? 0c o s c o sc o s T h o I I I M h I I McmI I I M I I MP P PPP? ? ? ?? ? ? ????????? = 1cos? ? ?1 1 3 8 .0 2 2 8 .9 7 1 .4 9 5 c o s 1 3 8 .0 2 1 .0 0 4 c o s 2 8 .9 71801 .4 9 5 1 .1 9 7?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? =? 《 3》 .兩相短路接地 （ a） 此時(shí)附加電抗 x? 是負(fù)序與零序網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)的等值電抗2X? 與 0X? 的并聯(lián)電阻。 1 .3 9 8 1 0 .5 6 22 .4 8 7II MIIEUx ?? ? ?P （ b）故障切除后 IIIx = 39。 0 .2 7 4 0 .1 3 8 0 .0 9 20 .2 7 4 0 .1 3 8x ?? ? ?? 0 . 4 4 1 0 . 5 0 80 . 4 4 1 0 . 5 0 8 3 . 3 8 40 . 0 9 2IIx ?? ? ? ? 39。E 與系統(tǒng)間的 總轉(zhuǎn)移電抗為 IIX =++2? += 所以故障時(shí)發(fā)電機(jī)輸出的最大功率為 MPⅡ = E 39。 0 . 4 1 0 . 2 6 70 . 4 1 0 . 2 6 7 2 . 60 . 0 5 7IIx ?? ? ? ? 39。 1 . 3 9 8 1 1 . 4 9 50 . 9 3 5MIIIEUx ?? ? ?ⅢP 1 11 8 0 s in 1 3 8 . 0 21 . 4 9 5h? ?? ? ? ? ? （ c） 計(jì)算極限切除角 ? ? 001 c o s c o sc o s h o I I I M h I I MI I I M I I MP P Pcm PP? ? ? ?? ? ? ? ???? ????? 111 ( 138 .02 7 ) 5 c os 138 .02 8 c os 7180c os 5 8c os 9???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????