电力系统稳定性分析与计算_毕业设计(编辑修改稿)

电力系统稳定性分析与计算_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

短路发生后， 由于 继电保护装置将迅速 动作，断开故障线路 ，如图 31（ c）所示， 此时发电机电势与无限大系统间的电抗为： 39。 1 / 2 2d T L TX X X X X     （ 35） 发电 机的传输 功率为： 39。 s in s inEUPPX     （ 36） 二、 系统受到大干扰后的物理过程分析 电力系统运行稳定性问题分析与计算 20 结合 图 31 和图 32 进行 分析 ，发生短路故障瞬间，功率特性立即下降为 P ，但由于转子的惯性，其角度不会立即变化，这是发电机的运行由 a 点突降至 b 点，其输出的功率显著减少，而原动机的机械功率 PT 不变，产生了较大的过剩转矩， PTPb，故障情况越严重，功率 P 的幅值越低，则过剩转矩越大，转子开始加速，使运行点由 b 点向 c 点移动。 如果故障永久存在，始终存在过剩转矩，发电机将不断加速，最终与系统失去同步。 实际上，发生故障后继电保护将迅速切除故障，设在 c 点且出故障，这是功率特性变为 P ,既运行点由 P 的 c 点突变为 P 的 e 点，此时发电机的电磁功率大于原动机的机械功率 PEPT,所以发电机的转子受制动而减速。 设制动过程直到 f 点时发电机才回到同步转速，但 f 点与 e 点一样，仍存在 PEPT,在制动作用下转子继续减速将小于同比转速，功角也开始减小，到达 k 点前转自一直减速，在 k 点虽然机械功率与电磁功率平衡，但由于转子低于同步转速，功角继续减小，但运行点向下越过 k 点后，机械功率开始大于电磁功率，转子又开始加速，因此在 k 点上下产生振荡，由于阻尼作用使震荡不断衰减最后趋向于上 P 的 k 点，即达到一个新的稳定运行方式，说明这一系列大干扰下系统是暂态稳定的。 该系统中同样存在受到大干扰后暂态稳定破坏的情况，如果故障线路切除的比较慢，到 c 点才切除，这时 转子加速已经比较严重，电力系统运行稳定性问题分析与计算 21 功角不断增大，在 f 点时转子的加速度仍然大于同步转速，甚至在到达 h 点后发电机转子仍未能恢复到同步转速，因此，功角就将越过 h 点，此时电磁功率减小，使发电机将进一步加速，加速度越来越大，而使功角不断增大，导致发电机与无限大系统之间失去同步。 对比以上两种不同的结果可见，快速切除故障是保证系统暂态稳定的有效措施。 用等面积定则来判断暂态是否稳定，等面积定则，即当减速面积等于加速面积时，转子角速度恢复到同步转速，功角达到最大摇摆角并开始减小。 当 SdefgSabcd 时系统暂态稳定，反之，系统暂态 不稳定。 利用等面积定则，可以决定极限切除角，即功角变化过程中最迟必须在到达 极限切除 角时切除故障，如果切除角大于极限切除角，则加速面积大于减速面积，暂态过程中运行点会越过 h 点而使系统失去同步。 相反，只要切除角小于极限切除角，系统总是稳定的。 一、 极限切除角与极限切除时间 根据前面的 分析可知，为了保持系统的稳定，必须在到达h 点以前使转子恢复同步速度。 极限是正好达到 h 点时 转子恢复同步速度，这时的故障切除角成为极限切除角 cm。 根据 等面积定则有以下关系        0 00s i n s i nc m hcm mP P d P P d AA            可推得极限切除角为： 电力系统运行稳定性问题分析与计算 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  。 在 极限切除角时切除 线路 故障 ，已利用了最大可能的减速面积。 如果故障切除角  大于 极限切除角 cm ， 就会造成加速面积大于减速面积，暂态过程 中运行点就会越过 h 点而使系统失去同步。 相反，只要故障切除角  小于 极限切除角 cm ，系统总是稳定的。 但是，利用上式求得极限切除角 cm 并没有真正解决问题，因为工程上实际需要知道的是，为了保证系统稳定必须在多少时间内切除故障线路，也就是知道与极限切除角 cm 对应 的故障切除时间，这一时间通常称为极限切除时间 cmt。 显然，故障切除时间 ct 小于极限切除时间 cmt 则 系统是稳定的，反之系统是不稳定的。 因此，为了保证系统稳定性，电力系统中所有继电保护的动作时间都应小于这个时间 cmt。 第 二 节 提高 电力系统 暂态稳定性的措施 引起 电力系统暂态稳定问题，主要是由于遭受大干扰后，在发动机转子上机械输入功率与电磁输入功率的不平衡所造成的。 暂态稳定 的严重程度，与扰动后的过剩功率 P 的 大小及扰动持续时间有关。 对简单电力系统而言，主要与加速面积和减速面积有关。 提高系统暂态稳定性，就需设法减小加速面积，增大最大可能的减速面积。 需要指出的是，前述提高静态稳定性的措施，电力系统运行稳定性问题分析与计算 23 如缩短电气距离、提高发动机电动势 E 及提高系统电压 U 等，对提高系统暂态稳定性同样有效。 下面介绍几种常用的提高系统暂态稳定性的措施。 一、 故障的快速切除和自动重合闸装置的应用 这两个措施可以较大的减小加速面积，同时增大减速面积，既有效又经 济。 快速切除故障对提高系统暂态稳定性是很有效的。 如图 32所示，故障切除时间 ct 愈小 ，加速面积愈小，而对应的最大可能减速面积愈大，愈利于系统暂态稳定。 故障切除时间 ct 包含 有继电保护动作时间、断路器固有分闸时间和灭弧时间几部分。 目前广泛使用的 6SF 断路器 和真空断路器的全分闸时间一般都在两个周波（约 — ）左右，新型保护装置的 动作时间可做到几十毫秒内，因此切除故障的最快时间已可做到。 由于 电力系统 中 的故障 大多是短路故障 ， 且短路故障中 大多数 又 是瞬时 性 的， 所以故障后的重合闸成功率是很高的，一般 可达 90%以上。 所以采用自动重合闸装置的措施可以提高供电的可靠性，对提高系统的暂态稳定性也有十分明显的作用，是目前应有的比较多的措施之一。 二、提高发电机 功率 特性、消耗或输出发动机的过剩功率 电力系统运行稳定性问题分析与计算 24 现代电力系统中大型发动机都装有强行励磁装置， 当系统发生 短路 故障 ，使发电机端电压下降到额定电压的 85%90%时 ， 强行励磁装置动作，迅速而大幅度的增加励磁以 提高发电机电势，从而提高了 发电机输出的 电磁 功率。 因此，在故障期间减小了加速面积并增大了减速面积，从而提高了系统的暂态稳定。 电气制动就是当电力系统发生故障后， 实时的投入制动电阻以消耗发动机的 部分 过剩 功率。 即在 发电机 加速期间投入制动电阻，利用电阻消耗发电机的部分过剩 功率， 使加速面积减小 ， 使系统振荡受到阻尼的影响，达到 提高暂态稳定性 的目的。 变电站中性点经小阻抗接地时的作用原理与电气制动非常相似，变压器中性点 上所接地小电阻只在系统不对称运行时才能起作用，可认为是短路故障时的电气制动。 三、减少原动机的机械功率 TP 故障后减小 原动机的机械功率 TP ， 也 可以减小对转子加速的过剩功率，有利于提高系统暂态稳定。 1. 采用快速调速系统 电力系统运行稳定性问题分析与计算 25 对于汽轮发动机组，在故障时采用快速关闭汽门的方法使原动 机的输入机械功率迅速减小 ，从而达到减小加速面积增大减速面积的效果，因而有利于暂态稳定。 2. 采用联锁切机 对于水轮发动机，由于水锤效应一般不采用快速关闭进水 阀门的方法。 因此，对于水利发电厂有时采用在故障时出切除 部分发电机，即联锁切机。 切除部分发电机后，等于减小了原动机的输入功率 TP。 必须指出，这种措施只能适用于系统容量大，切除部分发电机对系统的功率平衡不会造成严重影响的系统中，否则切除部分发电机后，将对系统的电压，频率造成不良的后果。 第四章 电力系统稳定性 的分析计算 第一节 计算极限切除角 电力系统运行稳定性问题分析与计算 26 电力系统运行稳定性问题分析与计算 27 解 :选取基准值，计算各种参数， 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。 0 . 2 5 0 . 2 0 91 0 . 5 2 0 9 3 5 2 . 5dX               222 2 4 2 1 0 . 5 2 2 00 . 2 1 0 . 1 7 61 0 . 5 2 0 9 3 6 0X               21 2 2 02 5 0 0 . 4 1 0 . 2 5 82 2 0 9LX     21 2 4 2 3 0 00 . 1 4 0 . 1 1 52 0 9 3 6 0TX     22 2 4 2 2 2 00 . 1 4 0 . 0 9 52 0 9 3 6 0TX      3 5 2 .58 1 2 .8 2220JTs   运行参数 为：  10 02 2 0 1 1 5 2 2 01 , 1 ta n c o s 0 . 9 5 0 . 3 2 9 , 12 2 0 1 2 1 2 0 9P Q U       。 （ 2)确定系统正常运行方式，正常运行时，发电机与无限大容量系统间的联系电抗为： 1 1 239。 0 . 6 7 7I d T TX X X x l X      0022 29 77 7739。 1 9811Q X P XU UUE                           10 0 . 6 7 7t a n 2 8 . 9 71 0 . 3 2 9 0 . 6 7 7     (3)确定故障方式进行计算 《 1》 .单相接地 （ a） 此时附加电抗 x 是负序网络在故障点 f 的等值电抗 2X 和0X 的串联 . 2X 0 . 1 6 00 . 1 7 6 0 . 1 1 5 0 . 2 5 8 0 . 0 9 50 . 1 7 6 0 . 1 1 5 0 . 2 5 8 0 . 0 9 5                     电力系统运行稳定性问题分析与计算 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       则附加电抗 x 为： 0 .1 6 0 0 .1 0 4 0 .2 6 4x        09 15 ( 58 95 ) 09 15 ( 58 95 ) 64IIX         = 39。 1 .3 9 8 1 1 .2 71 .1 1IIMIIEUP X    （ b）故障切除后 1239。 0 . 9 3 5III q T c TX X X X X     39。 1 .3 9 8 1 1 .4 9 50 .9 3 5IIIIIIEUP X    1 11 8 0 s in 1 3 8 . 0 21 . 4 9 5h      （ C）计算极限切除角。   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 1 3 8 .0 2 2 8 .9 7 1 .4 9 5 c o s 1 3 8 .0 2 1 .2 7 c o s 2 8 .9 7180c o s 1 .4 9 5 1 .2 7c o s 0 .4 9 9 1 1 9 .9 1              《 2》 .两相短路 , (a)此时附加电抗 x 是负序网络在故障点的等值电抗 . X2=   ( ) ( )X  =++++ = 所以，故。