电力系统分析课件第九章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,优秀课件，精彩无限！,*,第九章 机组的机电特性,第九章 机组的机电特性,第一节 同步发电机组的运动方程式,第二节 发电机的功-角特性方程式,第三节 异步电动机组的机电特性,第四节 自动调节励磁系统对功-角特性的影响,1,优秀课件，精彩无限！,第九章 机组的机电特性第一节 同步发电机组的运动方程式,概念 电力系统在受到一定的扰动后能否继续运行的能,力。,电力系统的稳定性：,电力系统稳定性主要是研究同步发电机组的稳定性。,考虑自动调节励磁系统和自动调节转速系统作用的分类,电源的稳定性，指同步发电机组运行的稳定性,负荷的稳定性，指异步电动机组运行的稳定性,按扰动大小分类 静态稳定性和暂态稳定性。,2,优秀课件，精彩无限！,概念 电力系统在受到一定的扰动后能否,第一节 同步发电机组的运动方程式,（一）、机械转矩方程式,同步发电机组转子运动的机械转矩方程式为,（9-1）,当忽略转子转动时的风阻和摩擦力时，为：,（9-2）,机械转矩，属于驱动转矩,电磁转矩，属于制动转矩,3,优秀课件，精彩无限！,第一节 同步发电机组的运动方程式 （一）、机械转矩方程,（二）、同步发电机组的基本方程式,（9-3）,其,标幺值形式为,其中,（9-4）,若机组的转速偏离同步转速不大，则不平衡转矩的标幺值近似等于不平衡功率的标幺值。,惯性时间常数,即：,（9-5）,4,优秀课件，精彩无限！,（二）、同步发电机组的基本方程式（9-3）其标幺值形式为其中,（三）、将同步发电机组运动方程式化为全标幺值形式,（9-6）,简写为,（9-7）,上 式即为全标幺值形式的同步发电机组转子的运动方程式。,5,优秀课件，精彩无限！,（三）、将同步发电机组运动方程式化为全标幺值形式（9-6）简,（四）、惯性时间常数 及其物理意义,物理意义1：,在额定转速时，是机组单位容量所具有动能的2倍。这反映了发电机组转子在额定转速时的机械转动的惯性。,物理意义2：当机组输出的电磁转矩 ，输入的机械转矩 ，则不平衡转矩 时，机组从静止升速至额定转速所需的时间。,由回转力矩求单位机组的惯性时间常数的计算公式为,（9-8）,式中，为包括原动机在内的机组转子的回转力矩；为机组的额定转速；为机组的额定功率。,6,优秀课件，精彩无限！,（四）、惯性时间常数 及其物理意义 物理意,在电力系统稳定计算中，当已选好全系统统一基准功率时，必须将各发电机组的惯性时间常数归算成统一基准功率的有名值,（9-9）,则将 台并列运行的发电机组合成一台的等值发电机组时，其惯性时间常数为：,（9-10）,一般，汽轮发电机组的惯性时间常数为 ；水轮发电机组的惯性时间常数为,；同期调相机的惯性时间常数为,。,7,优秀课件，精彩无限！,在电力系统稳定计算中，当已选好全系统统一基准功,第二节 发电机的功-角特性方程式,发电机的功-角特性：发电机输出的电磁功率和功率角的,关系。,一、隐极式发电机的功-角特性方程式,1.以空载电动势 和同步电抗 表示发电机时,发电机输出的有功功率的表达式为,（9-11）,发电机输出的无功功率的表达式为,（9-12）,8,优秀课件，精彩无限！,第二节 发电机的功-角特性方程式 发电机的功-角特性：发电机,图9-1 隐极式发电机相量图,9,优秀课件，精彩无限！,图9-1 隐极式发电机相量图9优秀课件，精彩无限！,若发电机与无限大容量母线相连，则其,功-角特性曲线，如下图所示：,图9-2 以 表示的隐极式发电机的,功-角特性曲线,由图可见，发电机有功功率的功-角特性曲线为一正弦曲线，其最大值为 ，也称为功率极限,。,10,优秀课件，精彩无限！,若发电机与无限大容量母线相连，则其功-角特性曲,2.以交轴暂态电动势 和直轴,暂态电抗 表示发电机时,发电机输出的有功功率的表达式为,（9-13）,11,优秀课件，精彩无限！,2.以交轴暂态电动势 和直轴暂态电抗 表示发电机时,图9-3 以 表示的隐极式发电机的,功-角特性曲线,当发电机与无限大容量母线相连时，其功-角特性曲线如上图所示。由图可见，由于直轴暂态电抗和其同步电抗不等，出现了一个按2倍功率角正弦 变化的功率分量，一般称暂态磁阻功率。,功率极限出现在功率角大于 处,12,优秀课件，精彩无限！,图9-3 以 表示的隐极式发电机的,为便于计算，可作如下的简化：,（9-14）,二、凸极式发电机的功-角特性方程式,1.以空载电动势 和同步电抗 、表示发电机,发电机输出的有功功率的表达式为,（9-15）,13,优秀课件，精彩无限！,为便于计算，可作如下的简化：（9-14）二、凸极式发电机的功,图,9-4,凸极式发电机相量图,当无自动调节励磁装置的发电机与无限大容量母线相连时，其功-角特性曲线如下图所示。,图,9-5 以,表示的凸极式发电机的,有功功率的功-角特性曲线,功率极限出现在功率角小于 处,14,优秀课件，精彩无限！,图9-4 凸极式发电机相量图 当无自动调节励,其一：以发电机的交轴同步电抗和这个电抗后的虚构,电动势 表示发电机；,其二：以其等值同步电抗 和这个电抗后的等值电动,势 表示发电机。,（9-16）,（9-17）,式中，等值同步电抗 。,与这两个简化方案相对应的方程式如下：,有功功率的功-角特性方程式的简化方案有两种,：,15,优秀课件，精彩无限！,其一：以发电机的交轴同步电抗和这个电抗后的虚构,2.以交轴暂态电动势 和直轴,暂态电抗 表示发电机,（9-18）,当发电机与无限大容量母线相连时，其功-角特性曲线如左图所示。由图可见，这时也出现了暂态磁阻功率分量。但其最大值往往小于隐极式发电机相应分量的最大值。,图9-6 以 为表示的凸极式发电机的,有功功率的功-角特性曲线,16,优秀课件，精彩无限！,2.以交轴暂态电动势 和直轴暂态电抗 表示发电机（,三、多机系统中发电机的功-角特性方程式,将整个系统化简为N网络，该网络除了保留发电机节点以外，已消除了网络中全部联络节点。,（9-19）,任一发电机 输出的有功功率为,17,优秀课件，精彩无限！,三、多机系统中发电机的功-角特性方程式 将整个系,式（9-19）表明，任一发电机发出的有功功率是该发电机电动势相对于其它发电机电动势相量的相角差函数。,（9-20）,对于系统有两台机的情形，其功率表达式为：,在系统含有三台及以上发电机的情况下，不能再用曲线作出发电机的功角特性。,18,优秀课件，精彩无限！,式（9-19）表明，任一发电机发出的有功功率是,当发电机电动势 、一定，且系统接线不变时，其,功角特性曲线如下图所示。,图,9-7,两机系统有功功率的功-角特性曲线,19,优秀课件，精彩无限！,当发电机电动势 、一定，且系统接线不变时，其图,四、网络接线及参数对有功功率功-角特性的影响,1.串联电抗的影响,电力系统接线及其等值电路如图9-8所示,常数,常数,（a）,（b）,图9-8（a）电力系统接线图；（b）等值电路,20,优秀课件，精彩无限！,四、网络接线及参数对有功功率功-角特性的影响1.串联电抗的影,（9-21）,发电机端串联电抗与无限大容量母线相连时，功率极限下降了，且 的大小与 成反比。其功角特性曲线如下图所示。,图9-9 串联电抗时有功功率的功-角特性曲线,发电机输出的有功功率为,21,优秀课件，精彩无限！,（9-21）发电机端串联电抗与无限大容量母线相连时，,2.串联电阻的影响,电力系统接线及其等值电路如图9-10所示。设发电机为隐极机，、，且无自动调节励磁装置。,常数,常数,（a）,（b）,图9-10（a）电力系统接线图；（b）等值电路,22,优秀课件，精彩无限！,2.串联电阻的影响 电力系统接线及其等值电路如图,则由图9-10和式（9-20）可求得,（9-22）,串联电阻对功-角特性的影响，如图9-11所示。,图9-11 串联电阻时有功功率的功-角特性曲线,两条曲线在同一 值下的差值为串联电阻,消耗的功率,23,优秀课件，精彩无限！,则由图9-10和式（9-20）可求得（9-22）串联电阻对功,3.并联电阻的影响,电力系统接线及其等值电路如图9-12所示，设发电机为隐极式，且无自动调节励磁装置。,图9-12（a）电力系统接线图；（b）等值电路,常数,（a）,（b）,常数,24,优秀课件，精彩无限！,3.并联电阻的影响 电力系统接线及其等值电路如图,则由图9-12和式（9-20）可求得,（9-23）,并联电阻对功-角特性的影响，如图9-13所示。,图9-13 并联电阻时有功功率的功-角特性曲线,同一 值下 与 的差值为并联电阻消耗的功率,25,优秀课件，精彩无限！,则由图9-12和式（9-20）可求得（9-23）并联电阻对功,接入并联电阻后发电机的功率极限为,4.并联电抗的影响,电力系统接线及其等值电路如图9-14所示,=常数,=常数,图9-14（a）电力系统接线图；（b）等值电路,（a）,（b）,（9-24）,26,优秀课件，精彩无限！,接入并联电阻后发电机的功率极限为4.并联电抗的影响电力系统接,则由图9-14和式（9-23）可求得,或,（9-25）,并联电抗对功-角特性的影响，如图9-15所示。,图9-15 并联电抗时有功功率的功-角特性曲线,27,优秀课件，精彩无限！,则由图9-14和式（9-23）可求得或（9-25）并联电抗对,五、关于同步发电机的等值电路,对于隐极式发电机，只有以空载电动势 和同步电抗,或以直轴暂态电抗后的电动势 和直轴暂态电抗 表示发电机时，才能绘出其等值电路，如图,9-16,(a)所示。,对于凸极式发电机，只有以虚构电动势 和交轴同步电抗 、以等值空载电动势 和等值同步电抗 或以直轴暂态电抗后的电动势 和直轴暂态电抗 表示发电机时，才能绘出其等值电路，如图,9-16,(b)所示。,（a）,（b）,图9-16 发电机的等值电路,（a）隐极式发电机；（b）凸极式发电机,28,优秀课件，精彩无限！,五、关于同步发电机的等值电路 对于隐极式发电机，,第三节 异步电动机的机电特性,一、异步电动机组的运动方程式,和同步发电机组一样，其表达式为,习惯上，对异步电动机组的转速标幺值常表示为,（9-26）,（9-27）,其中，为以标幺值表示的转差率。则,（9-28）,29,优秀课件，精彩无限！,第三节 异步电动机的机电特性 一、异步电动机组的运动方程式,转矩和有功功率的关系为,（9-29）,对异步电动机而言,（9-30）,二、异步电动机的电磁转矩,异步电动机稳态运行时，以标幺值表示的等值电路如,图,9-17,所示，为了书写方便，图中“”已省略，且以下相同。,30,优秀课件，精彩无限！,转矩和有功功率的关系为（9-29）对异步电动机而言（9-30,则异步电动机的阻抗为,图9-17 异步电动机的等值电路,（9-31）,由图9-17可得其简化图9-18，由此图可得通过气隙传递到转子侧的有功功率为,（9-32）,31,优秀课件，精彩无限！,则异步电动机的阻抗为图9-17 异步电动机的等值电路（9-,图9-18 异步电动机的等值电路简化图,转子绕组中的有功功率损耗为,（9-33）,可转化为机械功率的电磁功率为,（9-34）,32,优秀课件，精彩无限！,图9-18 异步电动机的等值电路简化图 转子绕,转子轴上的电磁转矩为,（9-35）,设 ，求 对转差率 的偏导数，并令 ，可得,与之对应的最大转矩为,（9-36）,（9-37）,（9-38）,临界转差率,则此时 转子轴上的电磁转矩为,33,优秀课件，精彩无限！,转子轴上的电磁转矩为（9-35）设,异步电动机转矩-,转差率的特性曲线如下图所示。,图9-19 异步电动机转矩-转差率的特性曲线,34,优秀课件，精彩无限！,异步电动机转矩-转差率的特性曲线如下图所示。图9-19,第四节 自动调节励磁系统对功-角特性的影响,一、无自动调节励磁电流时发电机端电压的变化,当不调节发电机的励磁电流而保持发电机的空载电动势 不变时，随着发电机输出有功功率的增加，功率角