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電力系統穩定性研究畢業論文(編輯修改稿)

2026-07-20 05:08 本頁面

　

【文章內容簡介】電力系統大擾動的原因主要有以下幾種：（1）負荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶等；（2）切除或投入系統的主要原件，如發電機，變壓器及線路等；（3）發生短路故障。其中短路故障的擾動最為厲害，常以此作為檢驗系統是否具有暫態穩定的依據。而且短路故障中，單相接地短路故障最多。在發生短路的情況下，電力系統從一種狀態激烈變化到另一種狀態，產生復雜的暫態現象。在三相系統中，可能發生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路等。當動態電路從某一穩定狀態轉換到另一穩定狀態時，一些物理量（如電容電壓，電感電流等）并不會突變，而是需要一定時間。在這期間，電路將呈現出不同于穩態的特別現象，即電路的過渡過程或暫態現象。分析電路的暫態現象時，可建立電壓電流的微分方程，并按初始來求解。定性分析在正常運行情況下，若原動機輸入的機械功率為Pm，發電機輸出的電磁功率就與原動機輸入的機械功率相平衡，發電機的工作點應由P1和Pm線的交點確定，即為a點，與此對應的功率角為，實線所示為計阻尼作用的曲線。電力系統暫態穩定在發生短路瞬間，由于不考慮定子回路的非周期分量，則周期分量的功率是可以突變的，于是發電機運行點有PI突然將為PII。又由于發電機組轉子機械運動的慣性所致，功率角不可能突變，仍為。那么運行點由a點躍降到短路時功角特性曲線PII上的b點。達b點后，輸入的機械功率Pm大于輸出的電磁功率PIIb，不平衡凈加速功率大于零。依轉子運動方程式，于是轉子開始加速，即，功率角開始增大，運行點將沿功角特性曲線PII移動，設經過一段時間，當功率角增大至c時，此時運行在c點，速度達到最大。若在c點事切除線路故障，在切除線路故障的瞬間，仍由于不考慮定子回路電流的非周期分量及機組轉子的機械慣性，為c，運行點從PII上的c點突升到PIII上的e點，此時速度仍為。在達到e點后，機械功率PmPIIIe（電磁功率），轉子開始減速。由于及機組轉子的慣性作用，則功率角還在增大，運行點沿PIII由e點向f點移動，當到達f點時，其轉速（同步轉速），功率角不再繼續增大，這時的功率角為最大功率角。但在f點，PmPIIIf，轉子將繼續減速，功率角開始減小，運行點仍將沿功角特性曲線PIII從f點向e、k點移動。在k點時有Pm=，減速停止，則速度達最小為。但由于轉子機械慣性作用，功率角將繼續減小，當過k點時PmPIII，在不平衡功率為正值的作用下，轉子開始加速，最后達到同步轉帶時為止，功率角不再減小，此時功率角為最小值。然后又開始第二次振蕩，功率角由小到大，運行點沿功角特性PIII越過k點又達f點。如果振蕩過程中沒有任何阻尼作用，這種振蕩將一直振蕩下去。但事實上振蕩過程中總有一定的阻尼作用，振蕩逐步衰減，系統將停留在一個新的運行點k繼續同步運行，即為系統在大的擾動后可保持暫態穩定性。當短路故障切除得遲些，c更大時，在故障切除后，運行點沿功率PIII不斷向功率角增大的方向移動過程中，雖然轉子在不斷減速，但運行點到達曲線PIII上的點時，轉子的轉速仍大于同步轉速。于是運行點就要越過點，過了點后，情況發生逆轉。由于PmPIII，發電機組轉子又開始加速，而且加速度越來越大，功率轉角無限增大，發電機與系統之間將失去同步，系統暫態不穩定。MATLAB提供了常微分方程初值問題的數值解法，對于穩態一般用快速而準確的ode45函數，對于暫態一般用ode23函數。也可采用自適應變不長的求解方法，即當解的變化較快時，步長會自動的變小，從而提高計算精度。提高電力系統穩定性的措施1）快速切除故障2）采用自動重合閘裝置：對應兩種情況：①若系統發生瞬時故障，則可以通過自動化重合閘恢復到原來狀態（電磁功率最大）；②若為永久性故障，會使系統再次重合到故障上，對系統沖擊較大。3）強行勵磁：提高電磁功率，以增加減速面積。4）串聯電容器的強行補償指故障時對健全線路強制提高補償度的措施。補償的方法：如雙回路運行，兩組電容器組均投入。切除一條輸電線后，線路感抗從Xl/2→Xl，Xl為健全線路的電抗，由于電抗的下降，使切除故障線路后的電磁功率下降，加速面積增大，為減少加速面積，應通過減少健全線路的電抗來實現，即使在它上面串聯電容器，同時切除一組，使其容抗從Xc/2→Xc。5）采用電氣制動指當系統中發生故障后迅速接入電阻以消耗發電機的有功功率（增大電磁功率），從而減少功率差額。因為制動電阻在故障瞬時投入，因而使故障后Pδ曲線PII向上向左偏移。欠制動：投入后減少的加速面積不足；過制動：故障發生后，由于制動電阻的投入，加速面積很小，因而沒有失步；但是切除故障后，由于制動電阻同時被切除，因而PIII曲線不受制動電阻的影響。當在PII曲線較低位置切除故障時，仍可能出現與PTPIII較大數值的較大的減速面積，因而仍可能在第二周波失穩。 6）變壓器中性點經小電阻接地不對稱接地短路故障時，產生零序電流。變壓器中性點通過小電阻接地，則零序電流在中性點電阻上產生功率損耗，這部分功率消耗了一部分發電機的電磁功率，因而減小了轉子的不平衡功率，有利于系統的暫態穩定。7）減少原電機輸出的機械功率由于轉子運動切除故障后，減小作用在轉子上的剩余功率，增大減速面積。減小原動機輸出功率的措施有，以下兩種措施對應的均為在切除故障的同時采取的措施。*采用快速的自動調速系統或快速關閉進汽門，電磁功率不變，但是由于調速系統的作用，使機械功率相應減少，從而增大減速面積。*切除連鎖切機，在切除發電機組后，電磁功率下降，同時對應的機械功率下降，一般認為下降的機械功率較電磁功率多，因而減速面積增大。；單機—無窮大系統原理電力系統運行穩定分析中，常采用的模型是單機對無窮大系統，單機—無窮大系統認為功率無窮大，頻

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