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发电机的同步运行稳定性及振荡

电力系统的同步运行稳定性，是最受关注也得到认真考核的一种稳定性。按照我国的现行规程，把电力系统的同步运行稳定性分为三类，即静态稳定、动态稳定和暂态稳定。为了便于定性说清楚电力系统的同步运行稳定性问题，先研究单机对无穷大系统这种最简单的、也是最基本的一种运行方式，考虑联络线阻抗为纯电感，则由发电机向无穷大系统送出的有功功率。单机无穷大系统可以看做最简单的电力系统。用单机无穷大系统作为模型研究，是因为它是最基本的，我们研究思路一般先用单机系统，再用多机系统作为对象。由简单到复杂的过程。用单机无穷大系统作为研究对象，有利于看清楚变量之间的关系，有利于进一步在复杂系统中的控制和应用。
 

（1）静态稳定理论上发电机可运行在S1点或S2点。发电机运行在S1点，是静态稳定，因为当系统状态发生微量扰动引起发电机的输出功率变化时，角可以作相适量的微量变化；而S2点则是不稳定运行点，当系统状态发生微量扰动时，发电机的角或者在扰动后跑回到S1点或者不断向180º增大而与系统失去稳定。显然，静态稳定运行的极限送电角是δ=90º。实际，必须小于90º才有可能运行。

（2）暂态稳定假定在高压母线出口空载分支短线上发生金属性三相短路故障。发生故障前，发电机向系统送出的有功功率为P0。以无穷大系统母线电压为基准（所谓无穷大系统，是指具有无限大惯性，内阻抗为零的一个假想系统。它的内电动势的绝对值及相位角都相对于额定转速固定不变，母线电压和无穷大系统的内电动势完全一样）。在发生三相短路期间，高压侧母线电压为零，发电机完全不能送出有功功率，而输入到发电机组的机械功率来不及变化，于是功率过剩，使发电机组转子加速，发电机的内电动势角也相对于无穷大系统电压而不断增大。到故障切除时，转子角已增至δt，送电恢复，但此时的送电功率大于机械输入功率P0，于是转子开始减速。到δb时，面积B适等于面积A。面积A代表了发电机转轴系统获得的加速能量，而面积B则表示了制动能量，因而到δt时，发电机组转速恢复到额定转速ω0,但对应于δt时的P值仍然大于P0,发电机组转子将继续制动减速,δ角回摆。若故障切除时间增大，δt与δb也将随之增大，至δb到达与δ0对称的一点（180º-δ0）时，是暂态稳定的极限情况，对应于此时的δt角为临界切除角，相应的故障切除时间则称为临界切除时间。如果切除时间更迟，在跨过（180º-δ0）那一点后，发电机组在没有得到恢复平衡所需要的足够面积时，又滑入加速过程，于是δ角将继续增大超过180º，迅速对无穷大系统失去同步。用加速面积A等于制动面积B作判据来判定发电机的暂态稳定性，叫等面积定则。

 

（3）动态稳定动态稳定涉及发电机的阻尼力矩问题。所谓阻尼力矩是指当发电机转速变化时，发电机本身所具有的反应于这种转速变化的力矩。所谓正的阻尼力矩，是指这种力矩的方向正好制止（阻尼）转速变化，即当转速增高到大于额定转速时，这个力矩起制动作用；而当转速降低到低于额定转速时，则起加速作用。反之，就叫作有负的阻尼力矩。而负的阻尼力矩的作用，则是进一步推动转速的变化，使之不断加大。影响发电机阻尼力矩的有多种因素，单就发电机本身结构来看，发电机转子上的阻尼绕组或者是柴油发电机整体转子本身，当发电机转速与电枢反应产生的旋转磁场的转速不相同，即△ω≠0时，产生的是正的阻尼力矩。十分显然，如果△ω=0，阻尼力矩也当然为零，也就无所谓正负了。

由此可见，动态稳定问题发生在当发电机转子转速有所变化的情况下。仍以的情况为例。先说微扰动情况。假定由于系统的微小的状态变化，例如无穷大母线侧电压微有增大，发电机的功角曲线将由曲线①跳到曲线②，并且应当稳定到新的角度。在电压变化的开始，发电机输出的电功率大于机械输入功率P0，转子制动，转速开始降低，△ω为负值，δ角也开始回摆。以没有阻尼的情况为标准。如果发电机有正的阻尼力矩，在整个转速下降过程中，这个阻尼力矩是加速力矩，因而由始点开始的功角曲线斜度将相对增大，在δ大于时就将达到P0值，然后向最后平衡点靠拢，经过一二个摇摆周期后，就可以达到新的稳定平衡，见图1-23中的曲线b；如果发电机有负的阻尼力矩，由始点开始的功角曲线将变得较为平坦，因为在转速下降过程中，这个阻尼力矩将是制动力矩，使得在δ小于时才能达到P0值，然后进一步离开最终平衡点，经过这样的角度摇摆，δ角愈摆愈大，直到超过（180º-）而失去稳定。为了说清楚问题，第一个摇摆周期时，不同阻尼情况下的功角曲线P=ƒ(δ)和△ω=ƒ(δ)曲线。在大扰动情况下出现的动态稳定问题，其机理与它相同。

（4）发电机与系统之间振荡及滑极保护

为提高安全稳定运行水平，在一次、二次系统需采取多处措施，长期的运行实践证明：“不管对系统稳定性的要求如何严格，措施如何完善，总可能因一些事先不可预计的各种偶然因素叠加，产生稳定破坏事故，而过分提高对系统稳定性的要求，需要大量的投资”。在现代的电力系统中，系统持续振荡最令人关心的事情，是对大型发电机组有何严重影响。要求振荡时机组不解列、作为短时失步运行，特别是对大型4556银河国际在线说来，能否造成严重的后果？GIGRE大会以第八委员会的名义向大会提交了一篇报告，题目是《对同步发电机某些异常运行情况的导则草案》，其中涉及失步运行问题如下；失步运行这种保持励磁的同步机运行模式既不利于机组也不利于系统。由此可能引起柴油发电机本身和4556银河国际在线轴的高机械应力和电磁应力。因而目前广泛采用：可以允许柴油发电机在一定条件下作短时期的失步运行。这个条件可以简要地按在失步过程中，振荡中心是否多次落入发电机升压变压器及至发电机本身为标准。

发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗在各院校的教课书中均有介绍，当认为Ed=Us时，振荡中心位于处；当Xs=0时，振荡中心即位于处；当=180º测量阻抗的最小值。

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