电力系统分析第六章

第六章 电力系统静态稳定第一节 概述一、运动系统稳定性的一般定义运动系统都存在稳定性问题。

定义如下：一个运动系统处于平衡状态，若遭受某种扰动，经过一定的时间变化后，能恢复到原有平衡状态或新的平衡状态下运行，则称该运动系统是稳定的，否则是不稳定的。

【例6-1】b二、电力系统稳定性的特定含义电力系统中发电机都是同步发电机，电力系统的平衡状态是指所有发电机以同步（相同）速度运行。

当电力系统处于某种平衡状态（即发电机以相同速度）运行，遭受某种扰动后，发电机的速度发生变化，经历一定时间速度的变化，若所有发电机能恢复到同步（相同）速度下运行，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。

在正常运行时（平衡状态），发电机输入机械功率T P 等于发电机发出的电磁功率E P （机械损耗很小，因此忽略不计），即E T P P =，发电机保持恒定速度运行。

当受到某种扰动（例如：负荷波动，导线发热、电阻变化、短路、切除线路等），发电机输出功率E P 要发生变化，但T P 不能跟随变化（因为调速系统由机械组成，不能瞬间完成），导致输入与输出功率不平衡，从而引起速度的变化。

受扰动各发电机E P 变化不一样，因此各发电机速度变化不一样，经过一段时间调整，若能够恢复到相同速度下运行，则系统是稳定的，否则是不稳定的。

三、电力系统稳定性的分类按扰动量的大小，电力系统稳定分为⎩⎨⎧大扰动下的稳定—暂态稳定小扰动下的稳定—静态稳定小扰动—如负荷正常变化、导线发热引起参数变化等。

其扰动量很小，因而可以对描述系统运动过程的非线性微分方程进行线性化处理，从而可用线性系统稳定性理论进行分析。

大扰动—如短路、切机、投切线路、投切变压器等。

其扰动量大，因而不能对描述系统运动过程的非线性微分方程进行线性化处理，从而只能用非线性系统稳定性理论进行分析。

四、如何判别稳定1. 以速度，即各机组频率。

2. 以相对转子位置角)(ij t δ的变化过程，即摇摆曲线。

若)(ij t δ能够回复到某一个稳定值则系统是稳定的。

第六章 思考题及习题答案6-1 电力系统中的无功功率电源有哪些？各有什么特点？答：电力系统的无功功率电源有同步发电机、同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和静止无功发生器等。

同步发电机是最基本的无功功率电源，在额定状态下运行时其发出无功功率为N GN GN S Q ϕsin =，当功率因数变化时，其发出的无功也随之变化，但不能超越P -Q 极限图的范围。

同步调相机是只能发无功功率的发电机，过励磁运行时，向系统供给感性无功功率，起无功电源的作用；欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，起无功负荷的作用。

欠励磁运行时的容量只有过励磁运行时容量的50％~65％。

静电电容器只能向系统供给感性无功功率，其所供给的无功功率与所在节点电压的平方成正比，在系统发生故障而使电压降低时，其输出的无功功率反而减少。

因此电容器的无功功率调节性能较差，且无法实现输出的连续调节。

静止无功补偿器（SVC ）由静电电容器与电抗器并联组成。

电容器可发出感性无功功率，电抗器可吸收感性无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出或吸收的无功功率。

但SVC 的核心元件是电容器，因此仍存在系统电压降低、急需向系统供应无功功率时，其提供的感性无功功率反而减少的缺点。

静止无功发生器（SVG ）的主体部分是一个电压源型逆变器，通过控制逆变器的输出电压来实现无功功率的动态补偿。

与SVC 相比，其最重要的一个优点是在电压较低时仍可向系统注入较大的无功功率。

6-2 发电机的运行极限是如何确定的？答：同步发电机运行范围受以下因素限制：定子额定电流（额定视在功率）的限制；转子额定电流（空载电势）的限制；原动机出力（额定有功功率）的限制。

发电机运行极限图的具体绘制可参考教材图6-3。

6-3 什么叫电压中枢点？一般选在何处？答：在电力系统的众多节点中，通常选择一些主要的供电点加以监视和控制，如果这些节点的电压满足要求，则系统中大部分节点的电压基本上也能满足要求，这些主要的供电点称为电压中枢点。

6-3 系统接线图如图6-3所示，已知各元件参数如下：kmx km l L V MVA S T x MVA S G S N d N /38.0,20:%,8,30:,14.0,60:"Ω======线路变压器发电机 试求f 点三相短路时的起始次暂态电流、冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率的有名值。

解：kV V kV V V V MVA S B B av B B 37,5.10,,100)2()1(====即选 那么kA kA V S I B B B 56.13731003)2()2(=⨯==233.06010014.0"1=⨯===G B dG S S x X x2667.03010008.02=⨯===NB ST S S V X x（注意：变压器短路电压有两种写法：以本题为例，一种是%8=s V ，另一种是8%=s V 。

如果题目中采用第一种写法，变压器短路电抗采用公式NB ST S S V X =；如果题目中采用第二种写法，变压器短路电抗采用公式NB S T S S V X 100=。

其无论采用哪种写法主要是理解公式的含义。

以下类同。

） 555.0371002038.022)2(3=⨯⨯===B B LVS xLXx055.1555.02667.0233.0321=++=++=∑x x x x(1) 起始其暂态电流,05.1"=E 取kA kA I x EIB 5526.156.1055.105.1)2("=⨯=∙=∑“(2) 冲击电流,8.1=im k 取3-6题图kA kA I k i im im 9523.35526.18.122"=⨯⨯==(3) 短路电流最大有效值 kA kA k II im im 3443.2)18.1(215526.1)1(2122"=-⨯+⨯=-+=(4) 短路功率 MVA MVA V I S B K 5.99375526.133)2("=⨯⨯==6-5 系统接线如图6-5，已知各元件参数如下.35.0,120:;/4.0,80:%;12,90:2%,12,60:1;2.0,150:2,15.0,60:1"""==Ω====-==-==-==-LD LD S N S N d N d N x MVA S LD km x km l L V MVA S T V MVA S T x MVA S G x MVA S G 负荷线路变压器变压器发电机发电机 分别计算1f 点和2f 点发生三相短路时起始次暂态电流和冲击电流的有名值。