单负荷无穷大系统的电压静态稳定
《电力系统继电保护实用技术问答(第二版)》第一章
第一章 电力系统继电保护基 础 知 识一、电力系统基本知识1．什么叫电力系统的稳定和振荡？答：电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消 耗的功率。
当电力系统受到扰动，使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动地恢 复到原来的运行状态，或者凭借控制设备的作用过渡到新的功率平衡状态运行，即谓电力系 统稳定。
这种电力系统维持稳定运行的能力，是电力系统同步稳定(简称稳定)研究的课题。
电力系统稳定分静态稳定和暂态稳定。
静态稳定是指电力系统受到微小的扰动(如负载 和电压较小的变化)后，能自动地恢复到原来运行状态的能力。
暂态稳定对应的是电网受到 大扰动的情况。
下面我们以单机对无穷大系统为例，说明静态稳定和暂态稳定的概念。
正常运行时，发电机轴上作用着两个力矩：一个是由原动机功率M P 决定的原动力矩M T (或称主力矩)；另一个是由发电机的输出功率E P 决定的制动力矩(或称阻力矩)。
发电机的输出有功功率(为简单起见，忽略发电机定子电阻，故认为电磁功率等于输出 功率)可表示为δsin ∑=X UE P A E （1-1）式中 A E ——发电机电动势； U ——无穷大系统母线电压；∑X ——包括发电机阻抗在内的发电机到无穷大系统母线的总阻抗； δ——发电机电动势A E 与无穷大系统电压U 之间的夹角。
图1-1为功角特性曲线，即表征发电机的输出有功 功率E P 随A E 、U 之间的夹角δ的变化关系曲线。
图中， M P 为原动机供给发电机的功率。
由图可见，功率直线和 正弦曲线有两个交点，一个交点对应1δ角，另一个交点 对应2δ角。
1δ角是稳定平衡角,2δ角是不稳定平衡角。
正 常运行时，发电机稳定运行在1δ角。
在1δ角运行时，发电机的输入功率和输出功率是平 衡的。
如系统一小扰动使δ增加，引起E P 增加时，发电机的输出功率E P 大于原动机的输入功率，由E P 产生的制动力矩大于M P 产生的原动力矩，发 电机轴上作用着减速的剩余力矩，发电机就减速；使δ角减小，E P 减小，使运行状态又恢复 到原来的稳定运行角1δ。
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。
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第三章一机—无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。
二、原理与说明电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。
为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。
因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。
实验用一次系统接线图如图2所示。
图2 一次系统接线图本实验系统是一种物理模型。
原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。
原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。
实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。
发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。
实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。
“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。
为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。
为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。
此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
三、实验项目和方法1．单回路稳态对称运行实验在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的差别等），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。
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单机无穷大系统稳态实验：一、整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论分析：实验数据如下:由实验数据，我们得到如下变化规律：（1）保证励磁不变的情况下，同一回路,随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos ，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加；(2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，电压损耗在增大;这是由于电压降落△U=（PR+QX）/U，而横向分量较小，所以电压损耗也随着输出功率的增大而增大.单回路供电和双回路供电对电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些,单回路稳定性较差.二、根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。
由实验数据，我们可以得到如下结论:（1）送出相同无功相同有功的情况下:单回路所需励磁电压比双回路多,线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg。
P=1,Q=0.5时)（2)送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路；发生这些现象的原因是:双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。
三、思考题:1、影响简单系统静态稳定性的因素是哪些?答：由静稳系数S Eq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定性的因素主要是：系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。
2、提高电力系统静态稳定有哪些措施？答：提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短"电气距离”.主要措施有：（1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗（采用分裂导线）;(2）、提高运行电压水平;(3）、改善电力系统的结构;(4）、采用串联电容器补偿；(5）、采用自动励磁调节装置；(6）、采用直流输电。
高等电力系统分析_课后习题
《高等电力系统分析》课后习题第一部分：电力网络方程●对于一个简单的电力网络，计算机实现节点导纳矩阵节点导纳矩阵的修改方法。
●编制LDU分解以及因子表求解线性方程组消元，回代。
●试对网络进行等值计算。
多级电网参数的标么值归算，主要元件的等值电路。
第二部分：潮流计算简单闭式网络潮流的手算方法步骤第三部分：短路计算对称分量法简单不对称故障边界条件计算，复合序网的形成。
第四部分：同步机方程派克变换同步电机三相短路的物理过程分析第五部分：电力系统稳定概述●什么是电力系统的稳定问题？什么是功角稳定和电压稳定？广义的电力系统稳定性实际上指的就是电力系统的供电可靠性，如果系统能够满足对负荷的不间断的、高质量的供电要求，系统就是稳定的，否则系统就是不稳定的。
通常所说的电力系统稳定性实际上专指系统的功角稳定。
电力系统的功角稳定指的是系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。
电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限(如不低于额定电压的70%)之内的能力，它与系统的电源配置，网络结构，运行方式及负荷特性等因素有关，带自动负荷调节分接头的变压器也对系统的电压稳定性有十分显著的影响。
●电力系统送端和受端稳定的特点是什么？送端指电源，其稳定性主要是系统的各台发电机维持同步运行的能力，即功角稳定。
受端稳定一般指负荷节点的电压稳定性和频率稳定性。
电动机负荷则是一个以微分方程描述的动态元件，其无功功率与电压的平方成正比，电压下降时，其吸收的无功功率会显著下降。
当电压低于系统的临界电压时可能出现电压崩溃。
●常用的电力系统稳定计算的程序都有哪些？各有什么特点？常用仿真程序：1.PSASP中国电科院（PSCAD属于系统级仿真软件）2.BPA美国3.PowerWorld Simulator美国4.UROSTAG法国和比利时OMAC德国西门子公司6.PSCAD/EMTDC (PSCAD属于装置级仿真软件)7.PSS/E美国8.MATLAB9.RTDS实时仿真器●大停电的影响是什么？● 什么是电力系统的三道防线？1. 第一道防线：继电保护速断2. 第二道防线：切机、快关、电气制动、快速励磁调节等3. 第三道防线：低频减载甩负荷、解列● 简述提高电力系统静态稳定和暂态稳定的主要措施有哪些？静态稳定：1. 采用自动励磁调节装置；2. 采用分裂导线；3. 提高线路的额定电压等级；4. 改善系统结构、减小电气距离；5. 采用串联补偿设备；6. 采用并联补偿设备。
11电力系统的稳定性---陈立新
降低了线路电抗的标幺值
在电力网稳定工程中，此法经常使用。 例如：荆门电厂三期工程（2×600MW），电厂出线 端最高电压由200kV提高到500kV，从多方面提高系 统的稳定性！（工程44亿，申请近十年，如下图： 三期工程）
第六节 提高静态稳定性的措施
荆门电厂三期工程
（3）提高线路的额定电压等级
原理：线路UN 提高，线路折算到发电机侧的阻 抗降低。
G
G
T1
L
T2
.U=常
数
若UG=11kV,线路额定电压UN＝110kV,线路阻抗 100Ω 则折算到发电机侧的线路电抗值为1Ω ；
第六节 提高静态稳定性的措施
若提高输线路的额定电压到220KV，则折算到发电机侧 的线路电抗值为0.25Ω。
E
(b)
X
' d
X
T1
XL
XL
XT2
E
(c)
X d'
X T1
XL
XL
XT2
V
11-8 电力系统暂态稳定
1 X I X XT1 X L XT 2 2
' d
E
(b)
X
' d
X
T1
XL
XL
XT2
1 ' ( X d X T 1 )( X L X T 2 ) 2 X II X I X
V
E
(c)
X d'
X T1
XL
XL
XT2
' X III X d X T 1 X L X T 2
11-8 电力系统暂态稳定
电力系统知识要点
1.直流系统优点：1 对长距离水下电缆输电，直流可避免中间落点；2 连接两交流系统，直流互联能保护系统相对独立性；3 大容量远距离架空线输电用直流更经济。
2.直流系统缺点：1 直流换流站造价高，设备复杂；2 换流装置工作消耗大量无功功率；3 换流装置是谐波装置，产生谐波影像系统运行；4 直流以大地或海水做回流电路时，腐蚀金属构件，干扰信号；5 换流装置几乎无过载能力。
3.交流系统中性点运行方式：直接接地和不接地。
第五章简单电力系统静态与暂态稳定分析1. 电力系统静态稳定：电力系统受小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到原始状态的能力。
2. 电力系统暂态稳定：电力系统受大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。
3. 储备因数：KP = ( PM– P) / P* 100% PM为最大功率；P为某一运行情况下的输送功率。
4. 单机无穷大系统：1. 电磁波的传播过程叫做波过程。
波过程就是分布参数电路的过渡过程。
2. 分布参数特点：电压和电流不但是时间的函数，而且是位置的函数。
3. 在无损均匀导线中，某点的正负方向电压波与电流的比值是一个实数Z，称为导线的波阻抗。
4. 波阻抗与电阻区别：1）波阻抗表示同一方向的电压波与电流波的比值，电磁波通过波阻抗为Z的导线时，能量以电能、磁能的方式储存在周围介质中，而不像电阻那样被消耗掉。
2）若导线上前行波与反行波同时存在时，则导线上总电压与总电流的比值不等于波阻抗。
3）波阻抗z的数值只取决于导线单位长度的电感L和电容C，与线路长度无关。
4）为了区别不同方向的流动波，波阻抗前有正负号。
5. 折射电压波与入射电压波之比，称为电压波折射系数α，0≤α≤2。
6. 反射电压波与入射电压波之比，称为电压波反射系数β，-1≤β≤1。
7. 线路末端开路（Z2=∞）：α=2，β=1。
线路末端短路（Z2=0）：α=0，β=-1。
线路末端接有负载（R=Z1）：α=1，β=0。
课件：第17讲-电力系统稳定性基本概念与数学模型2
Eq＝Xad if 小扰动下系统的响应过程分析
Eq Eqe
X ad Xf
f
X ad
uf rf
隐极机
Eq
Ut
UL
U=Const.
Td 0
dEq dt
Eqe
Eq
Xd=Xq
X
’ d
XT
XL
单机无穷大系统
I
ddt ( 1)0
Tj
d
dt
Pm
P0Pe
PD
• 电力系统静态稳定分析的假设：
1、不计励磁调节作用和发电机各绕 组的电磁暂态过程，即 Eq ；Eq0
2、调速器不起作用 Pm P0； 3、忽略阻尼（如风阻、摩擦及阻尼
Eq U jXqI
绕组的阻尼） PD 0 。
Xd Xq XT XL Xd
采用 Eq恒定模型，发电机的功角特性：
Pe
EqU Xd
sin
整个系统的数学模型为：
d
dt
( 1)0
Tj Eq
d
dt
Pm
U jX d
Pe I
( 1)0
Tj
d
dt
P0
Pe
P
Pmax
a'
P0
a
a''
b'' b
b'
δ
0
δa
90
δ δb 180
在忽略阻尼情况下， … 加速过程持续到a’点
某种原因（Δδ<0） δa δa+Δδ a点 a’’点
d
dt
( 1)0
Tj
d
dt
P0
Pe
P
Pmax