大工21春《电力系统分析》复习资料十六
电力系统分析辅导资料十六主 题：第十一章电力系统的暂态稳定性（第1-3节）学习时间：2020年7月13日--7月19日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：我们党要始终成为时代先锋、民族脊梁，始终成为马克思主义执政党，自身必须始终过硬。全党要更加自觉地坚定党性原则，勇于直面问题，敢于刮骨疗毒，消除一切损害党的先进性和纯洁性的因素，清除一切侵蚀党的健康肌体的病毒，不断增强党的政治领导力、思想引领力、群众组织力、社会号召力，确保我们党永葆旺盛生命力和强大战斗力。
摘选自《决胜全面建成小康社会，夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利》课程内容：
这周我们将学习第十一章中的第1-3节，下面我们开始一起学习吧。第十一章电力系统的暂态稳定性
第一节 电力系统暂态稳定性概述
1.暂态稳定的概念
(1)定义：电力系统暂态稳定性，是指正常运行的系统受到大扰动之后，经过暂态过程后，恢复到它原有运行状态或者安全过渡到一个新的运行状态的能力。
可以理解为受到大扰动后，发电机功角恢复到原值或者稳定到一个新值的能力。即发电机最终能否保持同步运行。
(2)大扰动：
1）负荷的突然、大幅变化；
2）元件的投入或切除：如大容量的发电机、变压器；
3）短路故障（本文主要研究情况）。
(3)目的：在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定性进行校验，并对继电保护和自动装置以及各种措施提出相应的要求。规划、设计和运行过程需要进行暂态稳定分析，系统发生稳定性破坏事故后需要进行事故分析。
(4)分析方法：
1）简单系统：等面积定则
2）复杂系统：对转子运动方程进行数值求解
2.扰动后暂态过程的阶段划分
定子电磁暂态和转子机械运动暂态交织
按时间划分阶段，可分为
（1）起始阶段：故障后1S内的时间段。保护装置动作故障切除，发电机调节系统尚来不及动作。
（2）中间阶段：1S-5S。期间发电机调节系统动作。
（3）后期阶段：5S- 。动力设备动作，并可能切负荷。
注：本课程涉及到暂态稳定性只涉及第一阶段中电力系统的动态行为。
3.暂态稳定分析中的基本假设
（1）基本假设
1）忽略发电机定子电流的非周期分量
因定子非周期分量衰减很快，百分之几秒且对转子产生的制动转矩平均值为0，不影响。
2）忽略暂态过程中发电机的附加损耗
使分析结果偏于保守，不影响结论。
3）不对称短路时，不计负序和零序电流的影响
因二者对转子的平均转矩为0。
4）不考虑频率变化对系统参数的影响
时间短暂，发电机角速度相对于同步角速度便宜不大。
（2）对元件的近似假设
1）发电机采用E’恒定的简化模型
转子阻尼绕组感应电流衰减很快，假设次暂态过称结束。考虑励磁调节作用，使得暂态电势保持恒定。
2）不考虑发电机调速器的作用，原动机功率不变
调速器惯性较大，来不及动作。
3）负荷为恒定阻抗第二节 简单电力系统暂态稳定的定性分析
以简单单机（隐极机）--无穷大系统，在莫伊回线路首端发生短路故障，来进行稳定性分析
过程分析：故障前、故障时、故障切除后。
本课程中，只分析大干扰是短路的情况。
1.各阶段功角特性分析
（1）发生短路前
（2）发生短路时
（3）切除故障线路后
2.受到干扰后系统暂态稳定性的定性分析
过程分析：
（1）故障前：稳定运行于，转子转速为同步转速
（2）故障时：运行点由a→b，此时PT>PE，转子加速是w>w0，开始↑，运行点沿功率特性曲线P11由b→c移动；
（3）故障切除后
若在δ=δc时切除故障，则运行点由c->e，此时PT<PE,转子开始减速 ，但由于此时ω>ω0 ，δ继续↗，运行点继续由e->h转移。
情况A：若运行点在到达h点之前，如到f点时，ω=ω0，此时由于PT<PE ，转子继续减速，功角开始转向↘ ，运行点开始由f->k转移，……（剩余过程与静态稳定分析过程相同），最终稳定于k点。
情况B：若运行点在到达h点时，ω依然>ω0，运行点就会越过h点，此时由于PT<PE，转子转向加速，功角开始继续↗ ，运行点由h->M转移，……（剩余过程与静态稳定分析过程相同），功角非周期性失步。
结论：若在系统切除故障后，功角能稳定于K点，则必须在运行点到达h点之前，使得转子转速减速到同步转速。 3.等面积定则
故障线路切除后，转子角速度ω在到达运行点h之前降到同步转速ω0，转子在运行点由b->c转移时加速过程中所存储的动能，就必须小于转子在运行点由e->h转移时减速过程中所能释放的最大动能。如上图所示。这就需要及时切除故障，若切除过晚，就会导致加速过程较长，减速过程较短，从而使存储的动能大于减速消耗的动能，导致功角非周期性失步，系统失去稳定。
等面积定则：
最大可能减速面积≥加速面积，稳定。
最大可能减速面积＜加速面积，不稳定。
加速面积=减速面积，临界稳定。
如果切除故障过晚，即切除角δc 过大，则会导致加速面积Sabcd过大，而最大可能减速面积Sdehg过小，从而导致功角失去稳定。因此，存在极限切除角δcm。即当切除故障时功角大于δcm时，系统必然会失去稳定。
4.极限切除角的计算
由等面积定则可知，在临界状态下：
， 即
可得
其中，;
5.短路故障严重程度分析
以简单单机（隐极机）—无穷大系统为例,对三相短路、两相接地短路、两相短路、单相短路进行分析。短路类型对稳定性分析的影响，在于正序等值电路的不同，这导致xII的不同，从而使得短路时的功角特性曲线PII不同。根据短路时的功角特性，因为，故，即有。从暂态稳定的角度而言，故障严重程度排序为。也就是说如果某系统对三相短路时暂态稳定的，那么在其他短路情况下，也是暂态稳定的。
6.影响暂态稳定的因素
① 系统初始运行方式
如发电机初始时程度的功率P0不同，系统的暂态稳定性可能不同。
② 故障的类型
如单相短路时稳定的系统，很可能在三相短路时不稳定。第三节 提高电力系统暂态稳定的措施
表面层面的措施原理：
由上节分析可知，暂态过程中的加速面积Sabcd越小，而可利用的最大加速面积Sdehg越大，系统越稳定。故提高暂态稳定性的措施，就是减小加速面积Sabcd ，增大可利用的最大减速面积Sdehg。
发电机失稳的本质是故障后电磁功率无法输出，使得输入转子的机械功率大于定子输出的电磁功率，从而导致转子上的转矩失衡，转子加速。
因此，提高各种措施的本质或者是减小输入转子的机械功率，或者是增大定子输出的电磁功率
1.快速切除故障
2.采用自动重合闸（快速恢复被切除线路）
自动重合闸原理：在电力系统中，大多数故障是短路故障，而这些故障大多又是暂时性的。采用自动重合闸，在发生故障的线路上，先切除线路，经过一段时间后再合上断路器，如果故障消失则合闸成功（现实中成功率可达90%以上），如果故障未消失，则重新切除线路。
3.发电机快速强行励磁
措施原理：当由于系统故障导致发电机端口电压UG低于85%-90%额定电压时，迅速增大发电机的励磁电流，提高发电机电动势，一般可使得发电机端口电压UG保持为定值。相当于把功角特性曲线PII提高了，故可减小减速面积。
4.电气制动
5.快速关闭汽门
措施原理：故障后，快速关闭输入汽轮机的汽门，以减小输入到转子的机械功率。
6.其他
本周要求掌握的内容如下：
暂态稳定的概念、分析的目的
简单系统的暂态吃分析
暂态稳定判据：等面积定则
极限切除角的概念
提高暂态稳定的措施
影响暂态稳定的因素：原有状态、干扰方式
短路故障的严重程度排序习题：
(一)选择题
1、对元件的近似假设 （ ）
A、发电机采用E’恒定的简化模型
B、不考虑发电机调速器的作用，原动机功率不变
C、负荷为恒定阻抗
D、以上都存在
答案：D
（二）判断题
1、暂态稳定可以理解为：受到大扰动后，发电机功角恢复到原值或者稳定到一个新值的能力。即发电机最终能否保持同步运行。 （正确）
2、分析静态稳定的方法分为简单系统和复杂系统。 （正确）
（三）论述题
1、试论述提高电力系统暂态稳定性的原理及措施。
答：暂态过程中的加速面积Sabcd越小，可利用的最大加速面积Sdehg越大，系统越稳定。故提高暂态稳定性措施的理论基础就是减小加速面积Sabcd，增大可利用的最大减速面积Sdehg。发电机失稳是因为发电机故障后电磁功率无法输出，使得输入转子的机械功率大于定子输出的电磁功率，转子上的转矩失衡，转子加速。因此，提高暂态稳定性各种措施的本质或者是减小输入转子的机械功率，或者是增大定子输出的电磁功率。常用的措施有快速切除故障、采用自动重合闸、发电机快速强行励磁、电气制动、快速关闭汽门等。
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