第七章自动调节励磁系统对静态稳定的
电力系统暂态分析期末复习题答案
电力系统暂态分析期末复习题答案第2章同步发电机突然三相短路一、简答题1.电力系统暂态过程的分类暂态过程分为波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。
波过程主要研究与过电压有关的电压波和电流波的传递过程；电磁暂态过程主要研究与各种短路故障和断线故障有关的电压、电流的变化，功率的变化；机电暂态过程主要研究电力系统受到干扰时，发电机转速、功角、功率的变化。
2.为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是处在暂态过程之中，如果其运行参量变化持续在某一平均值附近做微小的变化，我们就认为其运行参量是常数（平均值），系统处于稳定工作状态。
由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。
3.同步发电机突然三相短路时，定子绕组电流中包含哪些电流分量？转子励磁绕组中包含哪些电流分量？阻尼绕组中包含哪些电流分量？它们的对应关系和变化规律是什么？定子电流中包含基频交流分量、直流分量和倍频交流分量；转子励磁绕组中包含强制励磁电流分量、直流分量和基频交流分量；d轴阻尼绕组中包含直流分量和基频交流自由分量；q轴阻尼绕组中仅包含基频交流分量。
定子绕组中直流分量和倍频分量与转子励磁绕组中的基频交流分量相对应，两者共同衰减，最后衰减至零；转子回路直流分量与定子基频交流分量相对应，共同衰减但不会为零4.同步发电机原始磁链方程中哪些电感系数为常数？哪些电感系数是变化的？变化的原因是什么？凸极式同步发电机原始磁链方程中，转子的自感系数、转子各绕组之间的互感系数为常数；定子的自感系数、定子绕组间的互感系数可变可不变，定子与转子间的互感系数是变化，变化的主因是转子旋转，辅因是转子凸级气息中d，q磁路不对称。
隐极式同步发电机原始磁链方程中，转子的自感系数、转子各绕组之间的互感系数为常数、定子的自感系数、定子绕组间的互感系数均为常数；定子与转子间的互感系数是变化的，变化的原因是定子绕组和转子绕组之间存在相对运动。
提高系统静态稳定性的措施.
项目十电力系统稳定性分析任务三提高系统静态稳定性的措施教学设计学科电力系统基础学习主题提高系统静态稳定性的措施设计者褚超群所属单位内蒙古机电职业技术学院教学目标（一）知识目标1、了解提高静态稳定性的本质；2、了解自动调节励磁器的工作原理和优点；3、了解比例式调节的概念；4、了解减小元件电抗的方式；5、了解采用分裂导线的目的及分裂导线与线路电抗的关系；6、了解提高线路额定电压等级的目的；7、了解区分额定电压等级的意义；8、了解采用串联电容补偿的目的；9、理解补偿度的概念及补偿度与稳定性间关系；10、了解改善系统结构的方法；11、掌握采用中间补偿设备的方法。
（二）技能目标1、掌握自动励磁调节器对静态稳定性的影响；2、掌握比例式调节器；2、掌握几种提高静态稳定性的措施。
知识体系一般案例自动调节励磁器的工作原理；采用分裂导线的目的；区分额定电压等级的意义；改善系统结构的方法；采用中间补偿设备的方法。
精讲案例自动励磁调节器对静态稳定性的影响分析；按电压偏差调节的比例式调节器；提高静态稳定性的措施。
教学内容一、自动调节励磁器对静态稳定性的影响1、按电压偏差调节的比例试调节器对静态稳定性的影响1）概念：所谓比例式调节器一般是指检态调节量比例于简单的实际运行参数(电压、电流）与它的给定（整定）值之间的偏差值的调节器，有时又称为按偏移调节器。
2）分析过程：各元件的动态方程、发电机的电磁功率方程、消去代数方程及非状态变量求状态方程3）影响（1）如果没有调节器，则稳定条件为0>Eq S 。
（2）装设了调节器后，当运行角090<δ时系统稳定；当090>δ的一段范围内，只要放大系数U K 大于与运行情况有关的最小允许值，小于最大值时，系统稳定。
即)90(0min >=⨯>∑δK TLd UGq EqU U x x S S K ()()max 211U qE UGq Eq UGq d e q E d Eq e d e d e N q E UGq Eq q E TL d U K S S S S T T S T S T T T T T S S S S x x K =--⨯'+'+'++⨯--⨯<''''∑ω2、电力系统静态稳定简要评述二、提高系统静态稳定措施1、提高静态稳定性的本质发电机可能输送的功率极限越高则静态稳定性越高。
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(第4—7章)
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案（第4—7章）第四章复习思考题1．何谓励磁系统？答：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
2．同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么？答：（1）系统正常运行条件下，维持发电机端或系统某点电压在给定水平；（2）实现并联运行发电机组无功功率的合理分配；（3）提高同步发电机并联运行的稳定性；（4）改善电力系统的运行条件；（5）对水轮发电机组在必要时强行减磁。
3．对同步发电机的自动调节励磁系统的基本要求是什么？答：励磁系统应具有足够的调节容量、励磁顶值电压、电压上升速度、强励持续时间、电压调节精度与电压调节范围，应在工作范围内无失灵区，应有快速动作的灭磁性能。
4．何谓励磁电压响应比？何谓强励倍数？答：通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度定义为励磁电压响应比，用以反映励磁机磁场建立速度的快慢。
强励倍数是在强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压之比。
5．同步发电机励磁系统类型有哪些？其励磁方式有哪两种？答：同步发电机励磁系统类型有：直流励磁机系统、交流励磁机系统和发电机自并励系统。
励磁方式分为自励方式和他励方式两种。
6．画出三相全控桥式整流电路，哪些晶闸管为共阳极组，哪些为共阴极组?答：VTHl、VTH3、VTH5为共阴组，VTH2、VTH4、VTH6为共阳组。
（第6题）7．三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流工作状态和逆变工作状态？整流和逆变工作状态有何作用？整流和逆变工作状态有何作用？答：三相全控桥式整流电路的控制角α在0°＜α＜90°时，三相全控桥工作在整流状态；当90°＜α＜180°时，三相全控桥工作在逆变状态。
整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。
8． 简述自动励磁调节器的工作原理。
答：自动励磁调节器的工作原理如下：根据发电机电压G U 变化，把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较，得到正比于发电机电压变化量的de U ，经综合放大环节得到SM U ，SM U 作用于移相触发环节，控制晶闸管控制极上触发脉冲α的变化，从而调节可控输出的励磁电流，使发电机端电压保持正常值。
第七章第6节励磁系统运行维护(程5.30)
1.>[BA]发电机有功不变的前提下，增加励磁后（）A、定子电流增大；B、定子电流减小；C、定子电流不变D、损耗减小答案:B试题解析:关键字:2.>[AC]同步发电机失磁时，功率因数表示进相。
( )答案:√试题解析:关键字:3.>[AC]发电机与系统并列运行时，增加发电机有功时，发电机的无功不变。
( )答案:×试题解析:关键字:4.>[BA]汽轮发电机运行中出现励磁电流增大，功率因数增高，定子电流随之增大，电压降低，机组产生振动现象，这是由于( )。
A．转子绕组发生两点接地B．转子绕组发生一点接地C．转子不平衡D．系统发生故障答案:A试题解析:关键字:5.>[BE]同步发电机的转子绕组中( )会产生磁场。
A．通入直流电B．通入交流电C．感应产生电流D．感应产生电压答案:A试题解析:关键字:6.>[BC]汽轮发电机的强行顶值励磁电压与额定励磁电压之比叫强行励磁的倍数，对于汽轮发电机应不小于( )倍。
A．1.5B．2C．2.5D．3答案:B试题解析:关键字:7.>[AC]发电机正常运行时，调整无功出力，有功不变；调整有功出力时，无功不变。
( )答案:×试题解析:关键字:8.>[AC]同步发电机失磁时，有功功率表指示在零位。
( )答案:×试题解析:关键字:9.>[AC]同步发电机失磁时，功率因数表指示进相。
( )答案:√试题解析:关键字:10.>[AC]同步发电机失磁时，吸收有功功率，送出无功功率。
( )答案:×试题解析:关键字:11.>[BA]发电机的端电压、转速和功率因数不变的情况下，励磁电流与发电机负荷电流的关系曲线称为发电机的( )。
A．调整特性B．负载特性曲线C．外特性曲线D．励磁特性曲线答案:A试题解析:关键字:12.>[BA]强行励磁装置在发生事故的情况下，可靠动作可以提高( )保护动作的可靠性。
自动调节励磁系统原理简介(广科所)
自动调节励磁系统原理简介随着电力系统的迅速发展，对励磁系统的静态和动态调节性能以及可靠性等提出了更高的要求。
计算机技术、控制理论、电力电子技术的发展也促进了自并励励磁制造技术逐渐趋向于成熟、稳定、可靠。
相对其它励磁方式而言，自并励励磁系统具有主回路简单、调节性能优良、可靠性高的优点，已取代励磁机励磁方式和相复励方式，在水电厂得到普遍使用。
最近几年，自并励励磁方式也取代了三机励磁方式，成为新建火电厂的首选方案，逐渐在大型汽轮发电机组中推广应用。
1、组成励磁系统由励磁调节器、功率整流器、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器等组成。
2、工作原理自并激励磁系统的励磁电流取自发电机机端，经过整流变压器降压、全控整流桥变流的直流励磁电压，由晶闸管触发脉冲的相位进行控制。
一般情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。
恒压自动调节的效果，在发电机并上电网后，表现为随系统电压的变化，机端输出无功功率的自动调节。
一、调节器励磁系统作为电厂的重要辅机设备，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，随着计算机技术的发展，励磁调节器已经由模拟式向计算机控制的数字式方向发展，大大增加了励磁系统的可靠性。
1、调节器的控制规律一般用于励磁调节器的控制规律有：PID＋PSS、线性最优控制、非线性最优控制等。
关于励磁控制规律，国内外学者普遍认为，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，而不是在某种条件下最优。
同时，励磁调节不仅要考虑阻尼振荡，还必须考虑调压指标等性能要求。
由于PID+PSS控制方式有很强的阻尼系统振荡的能力，具有较好的适应性以及很好的维持发电机电压水平的能力，又具有物理概念清晰、现场调试方便的优点，因而在国内外得到普遍应用。
我公司的励磁调节器的控制规律也采用PID＋PSS控制方式。
国内有些单位也开展了线性最优控制或非线性最优控制规律的研究，并有样机投入工业运行。
电网电力系统暂态分析复习题
电力系统暂态分析0、绪论1.电力系统：由发电厂、变电所、输电线路、用户组成的整体。
包括通过电的和机械连接起来的一切设备。
2.电力系统元件：包括两大类 电力类：发电机、变压器、输电线路和负载。
控制类：继电器、控制开关、调节器3.系统结构参数：各元件的阻抗(Z)、变比(K)、放大倍数(β)。
4.系统运行状态的描述：由运行参量来描述。
指电流(I )、电压(U )、功率(S )、频率(f )等。
系统的结构参数决定系统的运行参量。
5.电力系统的运行状态包括：稳态和暂态。
6.电力系统的三种暂态过程：电磁暂态过、机电暂态、机械暂态。
7.本门课程的研究对象：电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析） 电力系统机电暂态过程分析（电力系统稳定性）一、电力系统故障分析的基本知识（１）故障概述 （２）标幺值（３）无限大功率电源三相短路分析基本要求：了解故障的原因、类型、后果和计算目的，掌握标幺值的计算，通过分析建立冲击电流和短路电流最大有效值的概念。
1.短路：是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。
2.短路产生的原因：是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。
包括自然因素和人为因素。
3.短路的基本类型 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。
4.短路的危害：1）短路点的电弧有可能烧坏电气设备，当短路持续时间较长时可能使设备过热而损坏。
2）短路电流通过导体时，导体间产生很大的机械应力。
3）系统电压大幅度下降，对用户工作影响很大。
4）短路有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，引起大片地区的停电。
这是短路故障最严重的后果。
5）不对称接地短路产生的零序不平衡磁通，将造成对通讯的干扰。
短路类型5.短路计算的目的1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。
2）继电保护和自动装置动作整定。
3.在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线。
第七章+电力系统的静态稳定性
当 UGq 0 UG 0 ，即线路、变压器电抗远大于发电机 电抗，远距离输电，弱联系。
ke max xd xd 1.0 0.2 xd xd 4 xd xd 0.2
• 当ke ke max ，系统将振荡失步。 k1 条件3： k2 k4 ke (k1k6 k2 k3 ) 0 k3 k1 k2 k4 k3 ke ke min k1k6 k2 k5 当
当D>0，正阻尼，λ为负实部的共轭根，发电机减幅振荡； 当D<0，负阻尼，λ为正实部的共轭根，发电机增幅振荡；
第四节 自动调节励磁系统对静态稳定的影响
一．按电压偏差的比例调节励磁 （一）列系统的状态方程 励磁调节方程： ke UG (1 Te p)Eqe 或
ke UG Eqe
励磁绕组方程： Eqe Eq Td0 ∴ 状态方程为
d Eq dt
d Eq dt
ke U G Eq Td0
d 0 dt
d 1 PE dt TJ
• 状态变量 Eq , , ，可经关系式，将中间变量
表示为状态变量的函数，则得状态方程为：
d 0 dt dPE d 1 D dt TJ d
特征根： 1,2
D dPE 2 D 40TJ 2TJ d 0
SEq 0
SEq 0
，λ必有一个正实根，发电机非周期失步； ，运行在功角特性曲线的上升阶段
§4-1 简单系统的静态稳定性 • 简单系统：单机-无穷大系统 隐极机：
Eq
TJ d 2 P T P E 0 dt2
第七章 电力系统的静态稳定性
（a） （b）
（a）特征根为两个负实根， 单调地衰减到零，系统静态稳定； （b）特征根是一对具有负实根的共轭复数， 将衰减振荡，系统静态 稳定。
S Eq 0, 且 D
2
1
0
4S EqTJ D
随时间单调增加，系统静态不稳定。 特征根中有一个为正实根，
当发电机阻尼系数为负值
SEq=0，临界状态。
（2）计及发电机的阻尼作用 特征方程的根
P 1, 2
0 D
2TJ
0
2TJ
D
2
1
0
4 S EqTJ
（4）
D —阻尼功率系数。
当发电机阻尼系数为正值
S Eq 4 S EqTJ 2 D 0 0 D 2 4 S EqTJ 0
事故后运行方式：指事故后系统尚未恢复到它原始的运行方式的情况
对凸极机：曲线上升部分运行时系统是静态稳定的
静稳定极限与功率极限一致
dp E 0 处是静态稳定极限（δ 角略小于90º ） d
第二节 小扰动法分析简单系统静态稳定
一、小扰动法的基本原理
李雅普诺夫运动稳定性理论：任何一个系统，可以用下列参数 ( x1, x2, ...) 的函数 ( x1, x2, ...) 表示时，当因某种微小的扰动使其参
三、小扰动法理论的实质
小扰动法是根据受扰动运动的线性化微分方程式组的特征方程 式的根，来判断未受扰动的运动是否稳定的方法。 如果特征方程式的根都位于复数平面上虚轴的左侧，未受扰动 的运动是稳定运动；反之，只要有一个根位于虚轴的右侧，未受扰 动的运动就是不稳定运动。
第五节 提高电力系统静态稳定性的措施
二、减小元件的电抗
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d Eq dt
Eq
左边三个变量与右边三个变量之间的关系？
UG
Eq
PE
Eq
PE Eq Eq Eq UG Eq
(1) PE Eq
EqU xd
EqU xd dPE sin 0 d 0
2.2 调节励磁对静态稳定影响的综述
不同调节励磁方式的稳定极限
S 0 1）无励磁调节时，系统静态稳定极限由 Eq 确定， PEq 它与 的功率极限一致，为图中的a点。
2）当发电机装有按某运行参数偏移量调节的比例 式调节器时，如果放大倍数选择合适，可以大致 保持 Eq Eq 0 常数。静态稳定极限由 SEq 确定， 0 PEq 它与 的功率极限一致，即图中的b点。
• （一）自动调节励磁系统简化框图
U G
Ke 1 Te p
u f
Ke Te
等值的放大倍数
Ke UG (1 Te p)u f
等值的时间常数
Ke UG (1 Te p)u f
由于励磁电压Uf 和强制空载电动势Eqe 之间为线 性关系， 即 XadUf/rf=Eqe ，在标幺制中若它们的 基准值满足此比例关系，则Uf 和Eqe 的标幺值相 等，则上式可改写成：
3 2
已不能用简单的代数方法求得其根，但可以用劳斯判据 判断其根的性质
P188 劳斯阵列
转化后的系统稳定判据
K1 0 K 4 Ke K5 0 K1 K 2 K 4 K e K1 K 6 K 2 K 5 0 K3
三个判据的意义？？？
（1）判据一： K1 0 说明加装了励磁调节器后稳定极限角 s1 可扩展到大 于90度，即对应于 Eq保持常数的功率特性最大值的角 度（K1=0），一般能达到110度左右，因此扩大了稳 定运行的范围（提高了静稳定极限）。
Eq K5 K 6 Eq 0
U G U G U G E 0 q
代入
Ke U G Eq Td0
d Eq dt
d Eq 1 Ke UG Ke K5 Ke K6 Eq Eq K4 Td0 K3 dt
PEq K2 E q
U sin 0 0 xd
(2) Eq Eq
以空载电动势 和同步电抗表 示发电机
Eq U q I d xd 0 U d I q xq
以暂态电动势 和暂态电抗表 示发电机
d Eq dt
Ke U G Eq Td0
转子运动方程
d Eq dt
d 0 dt d 1 PE dt TJ
一起组成了描述系统运动特性的偏移量状态方程 状态变量为：
Ke U G Eq Td0
d 0 dt d 1 PE dt TJ
其系数矩阵的特征值可确定为：
0 K2 TJ E q 1 1 ( Ke K6 ) Td0 K 3
0 p K1 TJ 1 K 4 Ke K5 Td0
整理后得：
0
0 p 0
0 K2 TJ 1 K3 K e K 6 p Td0 0
加装PSS后，励磁调节器的放大倍数可以大 大提高，以至有可能保持发电机的端电压恒 定，稳定极限达到P 功率特性的最大值。 UG
强力式调节器是按某些运行参数如电压、功角、 角速度、功率等的一阶甚至二阶导数调节励磁 的，即调节器的输入信号为pUG 、 p2UG 等等 的统称。这类调节器也有可能保持发电机端电 压为常数。
（2）判据二： K4 Ke K5 0 由于K4总大于零，K5一般小于零，此判据 限定了放大倍数的最大值，即：
K4 Ke Ke max K5
xd xd K4 U sin 0 xd
UG 0
U G U Gd 0 Uxq cos 0 U Gq 0 Uxd sin 0 K5 忽略 U G 0 xq U G 0 xd 0
第七章 自动调节励磁系统对静态稳定的影响
Dr. Tang Yi
自动调节励磁系统对静态稳定的影响 • 如果自动励磁调节器能基本保持发电机 端电压不变，则静态稳定极限可扩展到 0 90 ,而且极限功率可提高到 UGU / xe
一、按电压偏差比例调节励磁 二、调节励磁器的改进
一、按电压偏差比例调节励磁
U G U Gd 0 Uxq cos 0 U Gq 0 Uxd sin 0 K5 U G 0 xq U G 0 xd 0
2 2 2 UG UGd UGq
两边同取偏导
U G UG 0 E q
U Gd U Gd 0 E q 0
PEq PE
PEq E 0 q
Eq 0
K1 K2Eq
K1 S Eq
PEq
EqU xd xq 2 cos 0 U cos 2 0 xd xq 0 xd
其中 Id 可有两种表达式，即
Eq U q Eq U q Id xd xd
UGq
Eq Eq xd xd xe U cos xe U cos xd xd xd xd
发电机外部电抗 xe xd xd xd xd
K1 K2 K3 K4 SEq
代入判据三后得：
SEq K3
Ke ( K1K 6 K 2K 5) 0
SEq K3
可能小于零
Ke ( K1K6 K2 K5 ) 0
一般大于零
因此此判据限定了Ke的最小值
Ke
SEq K3 ( K1K6 K2 K5 )
Ke min
因为
2 2 2 UG UGd UGq
U G 也是 Eq 和 的函数
U G U G U G E 0 q
ห้องสมุดไป่ตู้
Eq K5 K 6 Eq 0
2 2 2 UG UGd UGq
两边同取偏导
Ke UG (1 Te p)Eqe
（二）列出系统的状态方程
• 为简化，忽略调节系统和励磁机中的暂 态过程，即忽略Te，则：
Eqe Ke UG
即发电机端电压的偏移量直接改变强制空载电 动势，而后者又将引发电机电动势的变化，将 发电机电动势变化方程改写成偏移量方程，即
Eqe Eq Td0
K3 xd xd xd xd K4 U sin 0 xd
(3)
UG Eq
UGd I q xq U d xq xq
xq xq
由发电机端电压相量图
U sin
UGq Uq I d ( xd xd )
Eq U q I d xd 0 U d I q xd
xd xd xd Eq Eq U cos xd xd
Eq Eq E q
Eq 1 Eq K 4 Eq K3 0 0
U Gq U G U Gd 2U G 2U Gd 2U Gq 0 0 0
U Gq U G U Gd UG 0 U Gd 0 U Gq 0 0 0 0
1 K3 K e K 6 0 K1 K1 p p p K 2 K 4 K e ( K1K 6 K 2 K 5 ) 0 Td0 K 3 TJ K 3
3 2
（二）稳定判据的分析
1 K3 K e K 6 0 K1 K1 p p p K 2 K 4 K e ( K1K 6 K 2 K 5 ) 0 Td0 K 3 TJ K 3
Ke 若小于Kemin ，劳斯阵列第一列最后一项为负， 系统将非周期地失去稳定。
如图7-10
二、励磁调节器的改进
2.1 电力系统稳定器（PSS）及强力式调节器 快速比例式调节器容易产生低频振荡失稳而 不能提高放大倍数 考虑如何引入能产生正阻尼功率的调节信号 目前普遍应用电力系统稳定器，即将 也作 为励磁调节器的输入信号，其框图为：P195
U Gq U Gq 0 E q 0 0
U G K6 E q
U Gq 0 xd xd 0 U G 0 xd
Eq Eq E q
Eq 1 Eq K 4 Eq K3 0 0
d Eq dt 1 Td0 1 K e K 6 Eq ( K 4 K e K5 ) K3
d 0 dt d 1 PE dt TJ
PEq PE
PEq E 0 q
Eq K1 K 2 Eq 0
组成的系统状态方程组的矩阵形式为：
0 0 K1 0 TJ E q 1 ( K 4 Ke K5 ) 0 Td0
但是，只能维持 Eq =常数而不能保持端电压 U c 为常 数还是不够理想，若希望保持端电压不变，势必还 要提高放大倍数 Ke ，这又是不可能的，因为 Ke 若 大于 K e max ，将使劳斯阵列的第一列的倒数第二项为 负，即系统将振荡失去稳定，这是相当于存在负的 阻尼功率。