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穩(wěn)定性分析答案

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穩(wěn)定性分析答案

穩(wěn)定性分析

2009-10-14 14:18

1功角的具體含義。

電源電勢的相角差,發(fā)電機q軸電勢與無窮大系統(tǒng)電源電勢之間的相角差。 電磁功率的大小與δ密切相關(guān),故稱δ為“功角”或“功率角”。電磁功率與功角的關(guān)系式被稱為“功角特性”或“功率特性”。

功角δ除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外,還表明了各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對空間位置。

2功角穩(wěn)定及其分類。

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時,系統(tǒng)中所有同步發(fā)電機均同步運行,即功角δ 是穩(wěn)定值。系統(tǒng)在受到干擾后,如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過一段時間的運動變化后仍能恢復(fù)同步運行,即功角δ 能達到一個穩(wěn)定值,則系統(tǒng)就是功角穩(wěn)定的,否則就是功角不穩(wěn)定。

根據(jù)功角失穩(wěn)的原因和發(fā)展過程,功角穩(wěn)定可分為如下三類:

靜態(tài)穩(wěn)定(小干擾)

暫態(tài)穩(wěn)定(大干擾)

動態(tài)穩(wěn)定(長過程)

3電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及其特點。

定義:指電力系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到小干擾后,不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步,自動恢復(fù)到原始運行狀態(tài)的能力。如果能,則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是靜態(tài)穩(wěn)定的。不能,則系統(tǒng)是靜態(tài)失穩(wěn)的。

特點:靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運行狀態(tài)下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)是否能夠維持靜態(tài)穩(wěn)定主要與系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的原始運行狀態(tài)有關(guān),而與小干擾的大小、類型和地點無關(guān)。

4電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其特點。

定義:指電力系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到大干擾后,各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。如果能,則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下該擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。不能,則系統(tǒng)是暫態(tài)失穩(wěn)的。

特點:研究的是電力系統(tǒng)在某一運行狀態(tài)下受到較大干擾時的穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行狀態(tài)有關(guān),而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間均有關(guān)。

作業(yè)2

5發(fā)電機組慣性時間常數(shù)的物理意義及其與系統(tǒng)慣性時間常數(shù)的關(guān)系。

表示在發(fā)電機組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后,轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速時所經(jīng)過的時間。TJ=TJG*SGN/SB

6例題6-1 (P152) (補充知識:當發(fā)電機出口斷路器斷開后,轉(zhuǎn)子做勻加速旋轉(zhuǎn)。汽輪發(fā)電機極對數(shù)p=1。額定頻率為50Hz。要求列寫每個公式的來源和意義。)題目:已知一汽輪發(fā)電機的慣性時間常數(shù)Tj=10S,若運行在輸出額定功率狀態(tài),在t=0時其出口處突然斷開。試計算(不計調(diào)速器作用)

(1)經(jīng)過多少時間其相對電角度(功角)δ=δ0+PAI.(δ0為斷開錢的值)

(2)在該時刻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

解:(1)Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2δ/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=31.4RAD/S2 δ=δ0+0.5dd2δ/dt2 所以PI=0.5*2PI*f/10t方 t=更號10/50=0.447

(2)t=0.447時,

OMG=OMG0+dOMG/dt*t=OMG0+d2δ/dt2*0.447=OMG0+OMG0/10*0.447=1.045OMG0=1.045*2PIf=328.3rad/s N=1.045*3000=3135R/MIN

7.習題6.2.1已知一水輪發(fā)電機額定功率為300MW,額定功率因數(shù)為0.875,飛輪轉(zhuǎn)矩GD2為70000t*M2轉(zhuǎn)速為125R/MIN(1)計算TJ(2)若全系統(tǒng)基準功率SB=200MVA,TJ應(yīng)該如何歸算

解:TJG=2.74GD2*n方/1000SGN(SGN單位Kva)=2.74*70000*125方/1000*(300/0.875)*1000=8.74S

TJ=TJG*SGN/SB=8.74*(300/0.875)/200

8P156例題6-2

9習題6-202(凸機不要求)

10多機系統(tǒng)中發(fā)電機電磁功率的特點

答:圖公式, 任一臺發(fā)電機的功角特性,是它與其余所以發(fā)電機電勢相角差的函數(shù)。在系統(tǒng)含有三臺以上發(fā)電機的情況下,不能用曲線作出發(fā)電機的功角特性。

任一臺發(fā)電機輸出的電磁功率,都與所有發(fā)電機的電勢及電勢間的相角差有關(guān),因此任一臺發(fā)電機運行狀態(tài)的變化,都要影響到其余發(fā)電機的運行狀態(tài)。 11發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時,強制空載電勢與空載電勢的關(guān)系?

答:相等,Eqe=Eqe'+Td0'dEq'/dt

12自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)直接控制發(fā)電機勵磁電壓還是勵磁機勵磁電壓? 答:勵磁機勵磁電壓

13晶閘管調(diào)節(jié)勵磁器的工作原理?

答:當發(fā)電機端電壓(和定子電流)變化時,量測單元測得的電壓信號與給定的電壓相比較,得到的電壓偏差信號經(jīng)放大后,作用于移相觸發(fā)單元,產(chǎn)生不同的相位觸發(fā)脈沖,進而改變晶閘管導通角,使勵磁機勵磁繞組電壓電流變化以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁繞組電壓乃至發(fā)電機電壓的目的。

14強行勵磁動作與退出的原因是什么?

當發(fā)電機電壓由于系統(tǒng)發(fā)生短路而大幅度下降時,采用強行勵磁,即短接強勵電

阻RC或者全部開通晶閘管導通角,此時uff立即躍變至最大值uffm。短路切除后發(fā)電機端電壓上升到一定值,或者強行勵磁運行達到時間限制后,為了系統(tǒng)安全,則強行勵磁將退出工作,即相應(yīng)恢復(fù)RC或者晶閘管導通角的控制,此時uff將變?yōu)檎_\行時的uff0

15無

16發(fā)電機和異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩的作用有何不同?

發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩助動電磁轉(zhuǎn)矩制動。電動機相反

17異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的電阻與轉(zhuǎn)差的關(guān)系?

R=rs/s反比

18異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的關(guān)系?

MEmax=U方/2(XS6+Xr6)正比U方

19異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性的具體特點是什么? 如圖

S升高ME升高 IF S小于Scr .

S升高ME降低 IF S大于Scr.

ME=MEmax IFS=Scr

20綜合負荷的靜態(tài)電壓特性一般如何表示?

忽略頻率變化,綜合負荷的靜態(tài)電壓特性為:

PD=apU2次方+bpU+Cp ap+bp+cp=1

QD=aqU2次方+bqU+Cq aq+bq+cq=1

21整步功率系數(shù)的定義及其與簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的關(guān)系?

整步功率系數(shù)=dPE/dδ 大于零系統(tǒng)穩(wěn)定. 整步功率系數(shù)大小可以說明系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的程度。整步功率系數(shù)值越小,靜態(tài)穩(wěn)定的程度越低。整步功率系數(shù)等于0,則是穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界點,即靜態(tài)穩(wěn)定極限點。在簡單系統(tǒng)中靜態(tài)穩(wěn)定極限點所對應(yīng)的功角就是功角特性的最大功率所對應(yīng)的功角。

22靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)KP的概念,在電力系統(tǒng)實際運行中對KP的具體要求。 Kp=(PM-P0)/P0*100/100PM穩(wěn)定極限點對應(yīng)的功率PO某一運行情況下的輸送功 KP大于等于15-20%正常運行方式的靜態(tài)穩(wěn)定儲備要求

KP大于等于10%事故后運行方式的靜態(tài)穩(wěn)定儲備要求

23簡單系統(tǒng)和電動機的靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)是什么?

整步功率系數(shù)=dPE/dδ 大于零系統(tǒng)穩(wěn)定

23小干擾法的基本原理是什么

對于一個非線性動力系統(tǒng),1首先列寫描述系統(tǒng)運動的非線性狀態(tài)方程組;2然后利用泰勒級數(shù)對非線性狀態(tài)方程組進行線性處理3再根據(jù)線性狀態(tài)方程組系數(shù)矩陣的特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

24例題7-125

25習題7-2-1

26不計阻尼作用,列寫簡單系統(tǒng)線性化轉(zhuǎn)子運動方程的特征根,根據(jù)整步功率系數(shù)與特征根的關(guān)系,說明其對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。

當(dPE/Dδ)小于0特征值分別為一個正實根和負實根, △ δ 非周期性發(fā)散,發(fā)電機失去同步,系統(tǒng)不穩(wěn)定

當(dPE/Dδ)大于0特征值為一對虛根, △ δ 等幅振蕩。實際中,若系統(tǒng)存在正阻尼, △ δ 作衰減振蕩,發(fā)電機最終恢復(fù)同步,系統(tǒng)穩(wěn)定。

27考慮阻尼作用,列寫簡單系統(tǒng)線性化轉(zhuǎn)子運動方程的特征根,并根據(jù)整步功率系數(shù)和阻尼功率系數(shù)與特征根的關(guān)系,說明其對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。 人12=-D+-根號(D方-4W0TJ(SEq)δ0)/2TJ (SEq)δ0整步功率系數(shù)

=(dPE/dδ)δ0

(SEq)δ0小與0無論D是正是負 , 人總有一正實根,系統(tǒng)非周期性失去穩(wěn)定。只是在正阻尼時失穩(wěn)過程會慢一些

(SEq)δ0大于0則由D的正負決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性

大學網(wǎng)

1D大于0(一般不大,10左右),正阻尼,人是一對具有負實部的共軛復(fù)根,小擾動后, △δ作衰減振蕩,系統(tǒng)穩(wěn)定。

2D小于0,負阻尼, 人為一對正實部的共軛根,小擾動后, △ δ 自發(fā)振蕩,系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

28分別考慮正阻尼和負阻尼作用,繪制小干擾下簡單系統(tǒng)運行點的運動軌跡,并根據(jù)運動軌跡的變化說明阻尼功率對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響。

答:△P=PT-(PE+D△W) PD=D△W

正阻尼D大于0圖

5

D大于0時,衰減振蕩的特征是運行點在P-δ平面上順時針移動,最后回到初始點。D小于0時自發(fā)振蕩的特征是運行點在P-δ平面上逆時針移動 逐漸遠離初始運行點,自發(fā)振蕩時功角變化的幅度越來越大,最后必將導致電源之間失步,即系統(tǒng)穩(wěn)定性受到破壞

29自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響

加裝電壓偏差比例式勵磁調(diào)節(jié)器后,穩(wěn)定極限可由暫態(tài)電勢恒定模型來確定。系統(tǒng)的極限功率和極限功角都增大了。自動調(diào)節(jié)勵磁器可增大極限點功率、極限功

角和靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù),即可增強系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性

30自動勵磁調(diào)節(jié)器對簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響.

(1)比例式勵磁調(diào)節(jié)器可以提高和改善系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。其擴大了穩(wěn)定運行范圍,發(fā)電機可以運行在SEq小于0,即δ大于90 的一定范圍內(nèi),也增大了穩(wěn)定極限功率,提高了輸送能力。(2)具有比例式勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機不能運行在 SEq小于0 情況下。(3)放大倍數(shù)的整定值是應(yīng)用比例式勵磁調(diào)節(jié)器要特別注意的問題。

31考慮自動勵磁調(diào)節(jié)器后勞斯穩(wěn)定判據(jù)的物理意義

判據(jù)(1)表示:發(fā)電機的運行極限可用暫態(tài)電勢恒定模型來表示。若系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性,則整步功率系數(shù)必須大于0,否則系統(tǒng)將非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。判據(jù)(2)要求:當運行點使得K5小于0時,比例式勵磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不得大于其最大值。否則,勞斯陣列第一列元素中倒數(shù)第二個元素為負,系統(tǒng)存在正實部共軛根,自發(fā)振蕩,失去穩(wěn)定。判據(jù)(3)要求:當運行點使得SEq 小于0時,比例式勵磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不得小于其最小值。否則,勞斯陣列第一列元素中最后一個元素為負,系統(tǒng)存在正實數(shù)根,非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。

32勵磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)對簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響

1如果Ke整定的適當,即滿足 Kemin小于Ke小于Kemax,則可近似用SE'q=0來確定 穩(wěn)定極限,發(fā)電機采用暫態(tài)電勢恒定模型。2如果Ke整定的較大,由于受到自發(fā)振 蕩條件的限制(即Ke小于Kemax),極限運行角將縮小,一般比 SE'q=0 對應(yīng)的功 角小得多,差別的大小與Te有關(guān)。當Ke整定的過大而使得Ke大于Kemax,系統(tǒng)存在 具有正實部的共軛特征值,系統(tǒng)將自發(fā)振蕩失去穩(wěn)定。3當運行點處SEq小于0時, 如果Ke整定的過小使得0小于Ke小于Kemin,則系統(tǒng)存在正實數(shù)特征值,系統(tǒng)將非周期發(fā)散失去穩(wěn)定。

32提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的一般原則

系統(tǒng)的功率極限愈高則靜態(tài)穩(wěn)定性愈高。以單機無窮大系統(tǒng)為例,則可以通過減小發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)之間的電氣距離(電抗)、提高發(fā)電機的電動勢和電網(wǎng)運行電壓來提高系統(tǒng)的功率極限。PM=EU/X∑

33提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的常用措施

1自動調(diào)節(jié)勵磁裝置5減小元件的電抗(1)采用分裂導線(2)提高線路額定電壓(3)采用串聯(lián)電容補償3改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補償設(shè)備

34結(jié)合系統(tǒng)的正常、故障及故障線路切除的三個狀態(tài),繪制振蕩與失步過程的功率特性曲線,說明運行點的運動軌跡與變化趨勢。

7a: 正常運行突然故障P1到P11推出a到b

b:W=1,△W=0,δa=δb=δ0 PT大于PE,W增加大于1,δ增加推出沿P11b到c。C:保護動作切除故障P11到P111推出C到e Wc=Wmax大于1,△Wc=△Wmax大于0,δc=δe,δc為切除角。e:PT小于PE,W下降大于1推出△W下降大于0推出δ增加推出沿P111:e到f。f:W=1,△W=0,δf=δmax,PT小于PE推出W下降小于1推出△W下降小于0推出δ下降推出沿P111:f到e到

K.K:PT=PE,Wk=Wmin小于1,△W=△Wmin小于0推出δ下降推出δmin,W升高推出1推出△W升高推出0此后運行點沿P111繞K點振蕩如存在正阻尼則振蕩衰減最終停留在K點上持續(xù)運行。

35例8-136

36習題8-2-3

37改進歐拉法求解轉(zhuǎn)子運動方程的步驟是什么?

(1) 計算tn時δ和W 的斜率 上點δn=(wn-1)w0 上點wn=PT-PE(δn)/TJ

(2)計算tn+1時的δ和W的初步估計值 δn+1(0)=δ+上點δnh Wn+1(0)=Wn+上點Wnh(3)計算tn+1時δ和W的斜率:上點δn+1(0)=(Wn+1(0)-1)*W0 上點Wn+1(0)=(PT-PE(δn+1(0))/TJ(4)計算TN+1時δ和W的校驗值:δN+1=δN+0.5(上點δN+上點δn+1(0))h Wn+1=Wn+0.5(上點Wn+上點Wn+1(0))h

38提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施有哪些?

主要原理:減少擾動后的功率差額(一般為臨時措施,只在暫態(tài)過程中起作用)1 故障的快速切除和自動重合閘裝置2 提高發(fā)電機輸出的電磁功率3 減小原動機輸出的機械功率4 系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的措施(設(shè)置解列點 ,短期異步運行和再同步的可能性)

39在雙回線的簡單系統(tǒng)中,如果發(fā)生單回線路始端單相短路時,分別通過物理過程的分析說明重合閘成功和不成功對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。要求繪制功率特性曲線,列寫運行點的運動軌跡,標注加速面積與減速面積,說明加速面積與減速面積的變化關(guān)系。

40在單回線的簡單系統(tǒng)中,如果發(fā)生線路始端單相短路時,通過物理過程的分

析說明三相與單相重合閘成功對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。要求繪制功率特性曲線,列寫運行點的運動軌跡,標注加速面積與減速面積,說明加速面積與減速面積的變化

關(guān)系。說明單相重合閘相對于三相重合閘的特點。答:

當發(fā)生單相故障時,單相重合閘能增大故障相線路切除到重合期間的傳輸功率,有利于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。超高壓輸電線路,單相故障很多,宜采用單相重合閘。 單相重合閘的去游離時間比三相重合閘的長,因為切除一相后其余兩相仍處在帶

電狀態(tài),盡管故障電流被切斷了,但帶電的兩相仍將通過導線間的電容和電感耦合向故障點繼續(xù)提供電流(潛供電流),因此維持了電弧的燃燒,對去游離不利。 41電氣制動的動作原理及影響其作用發(fā)揮的主要因素?通過物理過程的分析說明電氣制動對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。要求繪制功率特性曲線,列寫運行點的運動軌跡,標注加速面積與減速面積,說明加速面積與減速面積的相對變化關(guān)系。

答案:原理:發(fā)生故障后投入電阻消耗發(fā)電機的有功(增加電池功率)從而減小功率差額。

主要因素:制動電阻的大小及其投切時間對電氣制動提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性作用的發(fā)揮非常重要。合適的制動電阻和投切時間,則可顯著提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。否則,存在欠制動和過制動。

42設(shè)置解列點的基本原則是什么

系統(tǒng)失去穩(wěn)定后快速將系統(tǒng)分解成幾個獨立子系統(tǒng),子系統(tǒng)內(nèi)電源和負荷基本平衡,可保證解列后各子系統(tǒng)的電壓和頻率接近正常值,有利于子系統(tǒng)內(nèi)的供電可靠性。當然,此時各獨立部分相互間不再保持同步。故障排除后,須盡快恢復(fù)并列運行

43振蕩中心的定義是什么?

簡單系統(tǒng)中,當送端發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)之間失步時,若這兩電源電勢E‘和U之間的功角振蕩而幅值保持不變。則當功角為180°時,在距離無限大母線的電氣距離為 (U/E'+U)*X∑ 處電壓降為0,該點為震蕩中心。

44同步發(fā)電機進行異步運行時的問題是什么?

1異步運行時發(fā)電機組的振動和轉(zhuǎn)子的過熱,損傷發(fā)電機。

2吸收無功功率,若系統(tǒng)無功功率儲備不足,則勢必降低系統(tǒng)的電壓水平,甚至使系統(tǒng)陷入“電壓崩潰”。

3異步運行時,功角增大,功率、電壓、電流隨之振蕩,振蕩中心附近電壓極低,甚至為0,這些地方的電動機失速、停頓,或者在低壓保護裝置作用下自動脫離系統(tǒng)。4異步運行時,電壓電流變化復(fù)雜,可能引起保護誤動進一步擴大事故

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