精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業1.同步發電機突然三相短路時，定子繞組中將產生基頻自由電流、非周期電流、倍頻電流三種自由電流分量以及穩態短路電流強制分量；轉子繞組除了由勵磁電壓產生的勵磁電流這種強制分量外，還會相對應產生自由直流和基頻交流兩種自由電流分量。這些電流分量的分析是以磁鏈守恒原則為基礎的。各種自由電流分量將隨著時間逐步衰減，對于無阻尼繞組電機和有阻尼繞組電機其衰減的時間常數有所不同。對于無阻尼繞組同步電機，定子自由電流的非周期分量按定子繞組的時間常數Ta衰減，同它有依存關系的定子電流倍頻分量以及轉子電流的基頻分量也按照同一時間常數衰減；勵磁繞組的自由直流以及同它有依存關系的定子基頻電流的自由分量按照勵磁繞組的時間常數Td’衰減。對于有阻尼繞組同步電機，定子自由電流的非周期分量按定子繞組的時間常數Ta衰減，同它有依存關系的定子電流倍頻分量以及轉子各繞組中基頻電流也按照同一時間常數衰減；定子橫軸基頻電流的自由分量同橫軸阻尼繞組的自由直流對應，按照橫軸阻尼繞組的時間常數Tq’；定子縱軸基頻電流的自由分量同勵磁繞組和縱軸阻尼繞組的自由直流對應，可以近似分為按不同的時間常數衰減的兩個分量，其中迅速衰減的分量稱為次暫態分量，時間常數為Td’’，衰減比較緩慢的分量稱為暫態分量，其時間常數為Td’，且有Td’》Td’’。在短路發生后，定子繞組中將同時衰減出現兩種電流，一種是基頻電流，產生一個同步旋轉的磁勢對定子各相繞組產生交變勵磁，用以抵消轉子主磁場對定子各相繞組產生的交變磁鏈；另一個是直流，共同產生一個在空間靜止的磁勢，它對各相繞組分別產生不變的磁勢，這樣維持定子三相繞組的磁勢初值不變。當轉子旋轉時，由于轉子縱軸向和橫軸向的磁阻不同，只有在恒定磁勢上增加一個適應磁阻變化的具有二倍同步頻率的交變分量，才可能得到不變的磁通。因此，定子三相電流中，還應有兩倍同步頻率的電流（簡稱倍頻電流），與直流分量共同作用，才能維持定子繞組的磁鏈初值不變。突然短路后，定子電流將對轉子產生強烈的純去磁性的電樞反應。為了抵消電樞反應的影響，維持磁鏈不變，勵磁繞組將產生一項直流電流。定子電流倍頻分量所產生的兩倍同步速的旋轉磁場，也對轉子繞組產生同步頻率的交變磁鏈。為了抵消定子直流和倍頻電流產生的電樞反應，轉子繞組中將出現一種同步頻率的電流。轉子繞組中的這項基頻電流也要反作用于定子。d軸阻尼繞組中包含非周期自由分量和基頻交流自由分量；q軸阻尼繞組中僅包含基頻交流分量。定子繞組中基頻周期分量電流和d軸阻尼繞組、勵磁繞組中的非周期分量相對應，并隨轉子勵磁繞組中非周期自由分量和d軸阻尼繞組中非周期分量的衰減而最終達到穩態值（與轉子勵磁繞組中強制直流分量相對應）；定子繞組中非周期分量和倍頻分量與轉子勵磁繞組、阻尼繞組中的基頻交流分量相對應，并隨著定子繞組非周期分量和倍頻分量衰減到零而衰減到零。2.定子和轉子繞組電流的互相影響是同步電機突然短路暫態過程區別于穩態短路的顯著特點。3.當定子繞組的電阻略去不計時，定子電流向量恰位于轉子d軸的負方向，并產生純去磁性的電樞反應。為了抵消電樞反應的影響，維持磁鏈不變，勵磁繞組將產生一項直流電流，它的方向與原有的勵磁電流相同，使勵磁繞組的磁場得到加強。這項附加的直流分量產生的磁通也有一部分要穿入定子繞組，從而激起定子基頻電流的更大增長。這就是在突然短路的暫態過程中，定子電流要大大地超過穩態短路電流的原因。4.凸極式同步發電機原始磁鏈方程中，轉子各繞組的自感系數、轉子各繞組之間的互感系數為常數；定子繞組的自感系數，定子繞組間的互感系數、定子各繞組與轉子各繞組之間的互感系數是變化的，變化的原因：一是凸極式同步發電機轉子在d軸和q軸方向磁路不對稱，二是定子繞組和轉子繞組之間存在著相對運動。（定子繞組的自感系數是轉子位置角的周期函數，周期為π，α=90°最小值，α=180°最大值。定子各項繞組間的互感系數也是轉子位置角的周期函數，周期為π，α=150°最小值，α=60°最大值。定子繞組與轉子繞組間的互感系數隨位置角變化，周期為2π，α=0°正的最大值，α=90°或270°為零，α=180°負的最大值。由于轉子的縱軸繞組和橫軸繞組的軸線互相垂直，它們之間的互感系數為零。）隱極式同步發電機原始磁鏈方程中，轉子各繞組的自感系數、轉子各繞組之間的互感系數為常數、定子繞組的自感系數，定子繞組間的互感系數均為常數；定子各繞組與轉子各繞組之間的互感系數是變化的，變化的原因是定子繞組和轉子繞組之間存在著相對運動。解決方法：由于電機在轉子的縱軸向和橫軸向的磁導都是完全確定的，為了分析電樞磁勢對轉子磁場的作用，可以采用雙反應理論把電樞磁勢分解為縱軸分量和橫軸分量，這就避免了在同步電機穩態分析中出現變參數的問題。5.派克方程是將空間靜止不動定子A、B、C三相繞組用兩個隨轉子同步旋轉的繞組和一個零軸繞組來等效替換，兩個隨轉子同步旋轉的繞組一個位于d軸方向，稱為d軸等效繞組；一個位于q軸方向稱為q軸等效繞組。派克變換的目的是將原始磁鏈方程中的變系數變換為常數，從而使發電機的原始電壓方程由變系數微分方程變換為常系數微分方程，以便于分析計算。為什么要對同步電機原始方程進行坐標變換？變換的意義是什么？答：轉子旋轉時，定、轉子繞組的相對位置不斷變化，在凸極機中有些磁通路徑的磁導也隨著轉子的旋轉作周期性變化。因此，同步電機磁鏈方程中的許多自感和互感系數也就隨著轉子位置而變化。若將磁鏈方程帶入電勢方程，則電勢方程將成為一組以時間的周期函數為系數的微分方程。這類方程組的求解是頗為困難的。變換的意義就是通過“坐標變換”，用一組新的變量代替原來的變量，將變系數微分方程變換成常系數的微分方程，然后求解。6.發電機額定運行狀態下，因勵磁系統故障而失磁時，若系統無功功率充足，試分析允許發電機繼續運行將對電力系統穩定性產生什么影響。答：額定運行狀態下，發電機氣隙磁場由勵磁繞組電流和定子三相電流共同維持，發電機失磁后，勵磁繞組中電流的強制分量變為零，使得勵磁繞組磁鏈減少，根據超導磁鏈守恒原則，勵磁繞組中將會感應出一個自由電流分量，但總的勵磁電流還是變小，從而使得Eq減小，定子電流由滯后于發電機端電壓的感性電流變為超前的容性電流，發電機由原來的向系統供出無功功率變為從系統吸收無功功率，造成了系統的無如果系統中無功功率儲備充足，則繼續允許該發電機運行，其吸收的無功功率可由無功備用容量補充，而該發電機還會繼續向系統注入有功功率，處于異步運行狀態，待勵磁系統故障消除后，重新投入勵磁，使它牽入同步，恢復正常運行。因此，系統無功功率充足時，允許失磁后的發電機繼續運行，能夠縮短系統恢復正常運行所需的時間，有利于提高電力系統穩定性。7.用等面積定則說明快速切除故障可以提高系統的暫態穩定性。答：快速切除故障，除了能減輕電氣設備因故障電流產生的熱效應等不良影響外，對于提高電力系統的暫態穩定性還有著決定性的意義。如圖中a、b、c所示。加快切除故障的速度，可以減小切除角δc，圖中δc(a)>δc(b)>δc(c)。從圖中可以看出，減小切除角δc既可以減小加速面積（如圖a、b同步運行狀態是指所有并聯運行的同步電機都有相同的電角速度。在這種情況下，表征運行狀態的參數具有接近于不變的數值，通常稱詞情況為穩定運行狀態。電力系統同步運行的穩定性是根據受擾后系統中并聯運行的同步發電機轉子間的相對位移角(或發電機電勢間的相角差)的變化規律來判斷，又稱為功角穩定性。當發電機的電勢Eq和受端電壓V均為恒定時，傳輸功率Pe是角度δ的正弦函數。角度δ為電勢Eq與電壓V之間的相位角。因為傳輸功率的大小與相位角δ密切相關，所以又稱δ為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角的關系Pe=f(δ)，又稱“功角特性”或“功率特性”。8.靜態穩定：所謂電力系統靜態穩定性，一般是指電力系統在運行中受到微小擾動后，獨立地恢復到它原來的運行狀態的能力?？梢杂谩鱌e/△δ>0作為簡單電力系統具有靜態穩定的判據。暫態穩定：電力系統具有暫態穩定性，一般是指電力系統在正常運行時，受到一個大的擾動后，能從原來的運行狀態（平衡點）不失去同步地過渡到新的運行狀態，并在新運行狀態下穩定地運行（也可能經過多個大擾動后回到原來的運行狀態）。可用電力系統受到大擾動后功角隨時間變化的特性作暫態穩定的判據。9.dP/dV<0可以用作負荷節點穩態電壓穩定的一種判據。自動勵磁調節器對功率的影響：提高電力系統功率極限和擴大穩定運行范圍都有著良好的作用。10.復雜電力系統功率特性特點：a.任一發電機輸出的電磁功率，都與所有發電機的電勢及電勢間的相對角有關，因而任何一臺發電機運行狀態的變化，都要影響到所有其余發電機的運行狀態。b.任一臺發電機的功角特性，是它與其余所有發電機的轉子間相對角（共N-1個）的函數，是多變量函數，因而不能在P-δ平面上畫出功角特性，同時，功率極限的概念也不明確，一般也不能確定其功率極限。11.暫態穩定分析計算的基本假設：a.忽略發電機定子電流的非周期分量和它相對應的轉子電流的周期分量。原因：一方面，由于電子電流的非周期分量衰減時間常數很小，通常只有幾十毫秒；另一方面，由于定子非周期分量電流產生的磁場在空間靜止不動，它在轉子上產生的轉矩是周期（同步周期）變化的，平均值很小，且轉子機械慣性較大，因而對轉子整體相對運行影響很小。給分析結果帶的影響：采用這個假定后，發電機定、轉子繞組的電流、系統電壓及發電機的電磁功率等，在大擾動瞬間均可以突變，同時，這也意味著忽略電力網絡中各元件的電磁暫態過程。b.發生不對稱故障時，不計零序和負序電流對轉子運動的影響。原因：對于零序電流，一方面由于聯接發電機的升壓變壓器絕大多數采用三角形-星形接法，發電機都接在三角形側，如果故障發生在高壓網絡中（大多數都是這樣），則零序電流并不通過發電機；另一方面，即使發電機流通零序電流，由于定子三相繞組在空間堆成分布為零，零序電流所產生的合成氣隙磁勢為零，對轉子運動也沒有影響。對于負序電流在氣隙中產生的合成電樞反應磁場，其旋轉方向與轉子旋轉方向相反。它與轉子繞組直流電流相互作用所產生的轉矩，是以近兩倍同步頻率交變的轉矩，其平均值接近于零，對轉子運動的總趨勢影響很小，加之轉子機械慣性較大，所以對轉子運動的瞬時速度的影響也不大。c.忽略暫態過程中發電機的附加損耗。這些附加損耗對轉子的加速運動有一定的制動作用，但其數值不大，忽略它們使計算結果略偏保守。d.不考慮頻率變化對系統參數的影響。發電機的轉速偏離同步轉速不多，可以不考慮頻率變化對系統參數的影響。12.復雜電力系統暫態穩定判據？相對功角的變化趨勢？電力系統是否具有暫態穩定性，或者說，系統受到大擾動后各發電機之間能否繼續保持同步運行，是根據各發電機轉子之間相對角的變化特性來判斷的，在相對角中，只要有1個相對角隨時間的變化趨勢是不斷增大（或不斷減小）時，系統是不穩定的，如果所有的相對角經過振蕩之后都能穩定在某一值，則系統是穩定的。因為“絕對”角是發電機相對于同步旋轉軸的角度，因此，若“絕對角”δi隨時間不斷增大，則意味著第i臺發電機的轉速高于同步速度；若δi隨時間不斷減小，則第i臺發電機的轉速低于同步速度。所有發電機的“絕對角”最后都隨時間不斷增大，系統仍然可能是穩定的，它只意味著在新的穩定運行狀態下，系統頻率高于額定值。13.小擾動分析電力系統靜態穩定的步驟：a.列寫電力系統各元件的微分方程以及聯系各元件間關系的代數方程（如網絡方程）b.分別對微分方程和代數方程線性化c.消去方程中的非狀態量，求出線性化小擾動狀態方程及矩陣Ad.進行給定運行情況的初態計算，確定A矩陣各元素的值e.確定或判斷A矩陣特征值的符號，判斷系統在給定運行條件下是否具有靜態穩定性。特征值判別法：若線性化方程中的A矩陣沒有零值和實部為零的特征值，則非線性系統的穩定性，可以完全由線性化方程的穩定性來決定。具體的說：a.若線性化方程的A矩陣的所有特征值的實部均為負值，線性化方程的解是穩定的，則非線性系統也是穩定的b.若線性化方程的A矩陣至少有一個實部為正值的特征值，線性化方程的解是不穩定性的，則非線性系統也是不穩定的c.若線性化方程的A矩陣有零值或實部為零的特征值，則非線性系統的穩定性需要計及非線性部分R(△x)才能判定。14.簡單電力系統功角特性如圖18-1，試分析其靜態穩定性的基本概念。答：電力系統受微小擾動的靜態穩定性是研究電力系統在平衡點附近的“領域”特性問題的。它描述的是系統在微小擾動下回到初始運行點的能力。如圖所示，若系統初始運行點為平衡點a時，由于某個隨機微小擾動（如原動機功率突然增加，然后擾動消失），使得發電機的功角增加了?δ>0，由圖可知，功角增加將使得發電機的電磁功率增加，大于原動機的機械功率，從而使得發電機朝著使得功角減小的方向加速運行；當系統運行到點a時，雖然此時的不平衡轉矩為零，但是速度不為零，因此系統將沿著功角繼續增加的方向作減速運動，最終在系統正阻尼的作用下，將回到初始運行點a當系統初始運行點為平衡點b時，由于某個隨機微小擾動（如原動機功率突然增加，然后擾動消失），使得發電機的功角增加了?δ>0，由圖可知，功角增加將使得發電機的電磁功率減少，并且小于原動機的機械功率，從而使得發電機朝著使得功角增加的方向加速運行；不能夠再回到初始運行點b，并最終導致系統失去穩定。綜上，平衡點a具有靜態穩定性，而平衡點b則不具有靜態穩定性。15.提高電力系統穩定性和輸送能力的一般原則是：盡可能地提高電力系統的功率極限；抑制自發振蕩的發生；盡可能減少發電機相對運動的振蕩幅度。措施：a.改善電力系統基本元件的特性和參數，如改善發電機及其勵磁調節系統特性、改善原動機的調節特性、減小變壓器的電抗、改善繼電保護和開關設備的特性、改善輸電線路的特性和采取直流輸電等措施。b.采用附加裝置提高電力系統穩定性，如輸電線路采用串聯電容或并聯電抗補償、輸電線路設置開關站、裝設中繼同步調相機、變壓器中性點經小阻抗接地（為了提高接地短路時的暫態穩定，阻抗不能過大，也不能過小，過小不起作用，過大在第二擺失去穩定。不能在受端變壓器中性點接電阻）、發電機采用電氣制動（制動電阻不能過大也不能過小，原因變壓器）等。c.改善運行條件及其他措施，如正確制定電力系統運行參數的數值、合理選擇電力系統的運行接線、切除部分發電機及部分負荷、利用高壓直流輸電功率的快速調節特性、減少系統穩定破壞所帶來的損失和影響等。試以簡單電力系統為例，分析變壓器中性點經小電阻接地時，對系統穩定性的影響。答：變壓器中性點接地的情況，對發生接地短路時的暫態穩定有著重大影響。以線路單相接地故障為例，中性點未接電阻時，短路狀態下發電機的功率特性為：PⅡ=EVX12Ⅱsin從物理概念上講，短路時零序電流通過接地電阻時要消耗有功功率，其中一部分可由發電機來承擔，從而使發電機輸出的電磁功率增加，轉軸上的不平衡功率減小，從而減小了發電機的相對加速度，提高了故障后的暫態穩定性。變壓器中性點經小電阻接地只對接地短路起作用，而且僅有短路開始到短路被切除的一小段時間內起作用。如果在系統發生短路故障后，有控制地在加速的發電機端投入電阻負荷，則可以增加發電機的電磁功率，產生制動作用從而達到提高暫態穩定的目的。這種做法稱為電氣制動，接入的電阻稱為制動電阻。并聯電抗補償：在線路上并聯電抗器來吸收線路電容所產生的無功。作用：a.電動機可以在較低的而且是滯后的功率因數運行。b.發電機的電勢大大提高，運行功角減小，從而使系統穩定性得到提高。三道防線：a.繼電保護b.切機切負荷措施c.解列提高穩定性措施的規律：提高靜態穩定對暫態穩定有利，功率極限上升增大了最大減速面積，提高暫態穩定不一定對靜態穩定有用。自動重合閘：重新投入輸電線路由開關設備自動進行，增大了最大減速面積，暫態穩定，但不一定總有用（若故障不是瞬時的）圖19-4，系統f點發生短路故障，0.1s后切除故障回路，再過0.1s后自動重合閘成功，系統是暫態穩定的。試繪圖說明功角δ的變化。答：系統初始運行點為點a，功角為δ0；在t=t0時刻在f點發生短路故障，系統運行點變為點b，并沿bc加速運行，功角逐漸增大；0.1s后，功角變為δc，此時切除故障回路，則系統運行點變為d，并沿著de減速運行，由于速度方向沒有改變，因此功角將繼續增加；又過0.1s后，功角增加到δR，此時系統重合閘成功，系統運行點變為f，并沿fg減速運行，由于速度方向還沒有改變，此時功角繼續增加，當系統運行到g點時，速度減為0，此時功角達到了最大值δmax。由于該點處的加速度不為零，因此系統將沿著gfa反向加速運行，功角將逐漸減小。當系統具有正的阻尼系數時，系統將以點簡單電力系統中并聯電阻、并聯電抗和串聯電阻所對應的功率極限角為δ1、δ2、δ16.列些狀態變量形式的轉子運動方程并解釋各量的含義。答：不計阻尼時，轉子的運動方程為：d?δdt=ω-ωNd?ωdt=ωNTJ（PT-PEqδ）式中，TJ為發電機轉子的慣性時間常數；ω試用小干擾法分析簡單電力系統具有靜態穩定性的條件（計入阻尼系數，不計調速和調壓的影響）。答：計及阻尼作用后的發電機的轉子運動方程為：TJ在工作點δ0附近將PEqδ展開成泰勒級數并略去二次及以上各項得到線性化的狀態方程為：d?δA矩陣的特征值為p1,2根據阻尼系數D的符號可以分為兩種情況來討論阻尼對穩定性的影響。（1）D>0，即發電機具有正阻尼的情況。當SEq>0，且D2>4SEqTJ/ωN時，特征值為兩個負實數，（2）D<0，即發電機具有負阻尼的情況。在這種情況下，不論S綜上所述，考慮阻尼作用下的簡單電力系統具有靜態穩定的條件是D>0且S已知具有附加控制器的某等值發電機轉子運動方程（增量形式）可表示為d?δdt=?ωd?ωdt=-?Pe+?Pe'TJ式中，?Pe=D?ω+答：根據已知條件，可對發電機的增量方程進行化簡有：d?δdt=?ω得到A=01-K下面分兩種情況來討論系數的靜態穩定性：（1）K2+D>0的情況。當K1+SEq>0，且K2+D2TJ2-K2（2）K2+D<0的情況。無論由上可知，增加了附加控制器后，系統穩定的條件為K2+D>0下面討論附加控制器系數K1、K（1）引入K2后，系統的綜合阻尼系數由D變為K2+D，從而當原系統具有負阻尼特性時，即（2）引入K1后，當整步功率系數SEq<0時，及功角大于90°時，通過增加17.n個節點電力系統的潮流方程的一般形式：(Pi-jQi)/Vi=j=1nYijVj將上述方程的實部和虛部分開，對每一個節點可得到兩個實數方程，但有4個變量（P、Q、V、δ）。因此，必須給定其中兩個，另外兩個作為待求變量，方程組才可以求解。根據電力系統的實際運行條件，按給定變量的不同，一般將節點分為三種類型：PQ節點：已知節點注入有功功率P和無功功率Q，電壓幅值V和相角δ為待求量；變電所、聯絡節點和恒功率運行模式的發電廠。PV節點：已知節點注入有功功率P和電壓幅值V，注入無功功率Q和電壓相角δ為待求量；具有一定無功儲備的發電廠和具有可調無功電源設備的變電所；數量少。平衡節點：已知節點電壓幅值V和相角δ，注入有功功率P和無功功率Q為待求量；平衡全網有功，提供參考角度；全網至少有一個；具有充足有功和無功容量的發電廠節點（如主調頻電廠）潮流計算的約束條件：a.所有節點電壓必須滿足Vimin≤Vi≤Vimax(i=1,2,…n)雅