课表 教学班号 课程名称 时间 周次 地点 021 电力系统稳定性分析 星期二1、2节 1-4,6-8 A5402 星期二5、6节 1-3

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0 电力系统稳定性分析 上课教师: 颜伟 电话：65112300，13452319187 email：cquyanwei@cqu.edu.cn
p100- 电力系统稳定性分析 上课教师: 颜伟 电话： ，

1 课表 教学班号 课程名称 时间 周次 地点 021 电力系统稳定性分析 星期二1、2节 1-4,6-8 A5402 星期二5、6节 1-3
星期五5、6节 1-4,6-7

2 教学规定 教学安排 授课总学时为32 。每周答疑1次，时间：星期五晚上8:30-9:30，地点：5教二楼教员休息室。 纪律 最终成绩评定办法
上课不迟到，不早退，不讲话，手机关机或开到振动。按时完成作业。请假时需要请假条（辅导员签字）。 最终成绩评定办法 最终成绩=考试卷面成绩 70% +课后作业 10% +课堂作业10%+上课出勤5%+提问5%。

3 教材 教材 主要参考书 李光琦. 电力系统暂态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007
何仰赞，温增银.电力系统分析(下册) . 武汉：华中科技大学出版社，2002

4 课程地位 先修课程 “电路原理”、“电机学”、“电磁场”、 “自动控制原理” 、“电力系统稳态分析”、“电力系统暂态分析”。
“电力系统稳定性分析”与“电力系统稳态分析”、“电力系统暂态分析”共同构成电力系统分析的三大基础课。

5 电力系统分析基础课 稳态 “电力系统稳态分析” 电力系统运行状态 电磁暂态 “电力系统暂态分析” 暂态 机电暂态 “电力系统稳定性分析”
正常的、相对静止的运行状态。 电磁暂态 “电力系统暂态分析” 主要分析短路故障期间电压电流的大小及其变化特点，旋转电机来不及动作。 5个工频周波（100ms）以内 暂态 扰动使得系统从一种运行状态向另一种运行状态过渡。 机电暂态 “电力系统稳定性分析” 主要分析短路故障及保护动作后的发电机转子变化特点及系统的功角稳定 3~5s

6 课程内容和目的 课程内容 课程目的 第六章 稳定性问题概述和各元件机电特性 第七章 电力系统静态稳定 第八章 电力系统暂态稳定
掌握电力系统静态、暂态稳定性的基本概念。 掌握同步发电机组的机电特性。 掌握简单系统静态和暂态稳定性分析的基本方法。 学会分析提高电力系统静态和暂态稳定性的主要措施。

7 第六章 电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性
6.1 概述 6.2 同步发电机组的机电特性 6.3 自动调节励磁系统的作用原理和数学模型 6.4 负荷特性 6.5 柔性输电装置特性

8 6.1 概述 电力系统的稳定性问题 功角的定义及特点 功角稳定性的概念 电力系统稳定性分类 功角稳定的分类 课程章节内容的关系
本章主要内容的关系

9 6.1 概述 ——电力系统的稳定性问题 电力系统的稳定性问题：当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。不能，则系统是不稳定的。

10 6.1 概述：功角的定义及特点 —— 两电势相角差及功率角
6.1 概述：功角的定义及特点 —— 两电势相角差及功率角 图6-1 (b) 相量图 q轴 d轴 隐极机 T L 无限大系统 q轴 G ～ =常数 图6-1 (a) 系统图 总电抗： 系统稳态时， 不变； 电势方程： 一直变化，系统不稳定。 功角 d轴 发电机电磁功率： 功角特性

11 6.1 概述：功角的定义及特点 ——两转子的空间相对位置角即摇摆角
6.1 概述：功角的定义及特点 ——两转子的空间相对位置角即摇摆角 d轴 电气角速度 电磁转矩 q轴 同步电气角速度 机械转矩 q0轴 q轴 发电机转子运动示意图 两q轴的空间相对位置 两转子的空间相对位置 稳态时： 不变 扰动后：

12 6.1 概述：功角的定义及特点 —— 功角的特点 两电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。
6.1 概述：功角的定义及特点 —— 功角的特点 两电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。 有功功率角，反映发电机输出有功功率的大小。 摇摆角，反映电力系统的稳定性，代表发电机转轴之间的空间相对位置。功角为常数，发电机保持同步转速，系统稳定。功角发散，发电机处于异步状态，系统不稳定。功角随时间的变化曲线——摇摆曲线。

13 6.1 概述 ——功角稳定性的概念 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机组均同步运行，即功角是稳定值。
6.1 概述 ——功角稳定性的概念 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机组均同步运行，即功角是稳定值。 系统在受到干扰后，如果发电机组转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。

14 6.1 概述 ——电力系统稳定性分类 本书所说的电力系统稳定性：功角稳定性。 电力系统稳定性包括： 功角稳定＋电压稳定 ＋频率稳定
6.1 概述 ——电力系统稳定性分类 电力系统稳定性包括： 功角稳定＋电压稳定 ＋频率稳定 功角失稳：同步发电机组失去同步运行。暂态有功不平衡。 电压失稳：系统电压持续下降，动态无功电源不足。负荷太重，线路太长。 频率失稳：频率持续下降，动态有功电源不足。机组异常跳闸后，无有功电源快速注入，有功缺额长时间不能消除。 本书所说的电力系统稳定性：功角稳定性。

15 6.1 概述 ——功角稳定性的分类 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程）
6.1 概述 ——功角稳定性的分类 根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程）

16 6.1 概述 —— 静态稳定(Static Stability)
定义：指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。 特点：小干扰稳定问题。

17 6.1 概述 ——暂态稳定 (Transient Stability)
定义： 指电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。 特点： 大干扰稳定问题。

18 6.1 概述 ——动态稳定 (Dynamic Stability)
定义：指电力系统在受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程运行稳定性的能力。 特点：动态稳定的过程较长，参与动作的元件和控制系统更多、更复杂，可能同时涉及功角稳定、电压稳定和频率稳定问题。（不讲）

19 课程章节内容的关系 功角及功角稳定概念 概述 机电特性 功角特性 转子运动方程 定性分析 定量分析 静态稳定分析 暂态稳定分析
最大功率及其最大功角 线性化、特征根 暂态稳定分析 加速面积与减速面积 数值积分、摇摆曲线 功角稳定措施及其稳定分析

20 本章主要内容的关系 概述 功角及功角稳定概念 最大功率及其最大功率角的计算方法 机电特性 功角特性 转子运动方程 基本模型
电力系统动态模型 暂态电动势变化的方程式 励磁系统 结构 工作原理 动态模型 负荷模型 负荷特性 柔性输电装置 工作原理

21 6.2 同步发电机组的机电特性 6.2.1 同步发电机组转子运动方程 6.2.2 发电机的电磁转矩与功率 6.2.3 电动势变化过程的方程式

22 6.2.1 同步发电机组的转子运动方程 6.2.1.1转子的机械运动方程 6.2.1.2 转子的机电运动方程 6.2.1.3 惯性时间常数
转子运动方程的物理解释

23 6.2.1.1 转子的机械运动方程 反映机械转速与转矩的动态关系，是纯机械运动，不能反映电气量的变化作用。 （6-1） 转子的转动惯量
角加速度 机械角速度 不平衡转矩 机械(电磁)转矩

24 转子的机电运动方程 转子机械运动方程的标么值处理 转子运动方程的二阶形式 转子运动方程的状态方程形式

25 6.2.1.2转子的机电运动方程 ——转子机械运动方程的标么值处理
转子的机电运动方程 ——转子机械运动方程的标么值处理 转矩(功率)基准值 同步机械（电气）角速度 惯性时间常数,单位为s 极对数

26 6.2.1.2转子的机电运动方程 ——转子运动方程的二阶形式
转子的机电运动方程 ——转子运动方程的二阶形式 功角 是两q轴之间的空间相对位置角 物理学：角速度与角位移关系 q轴 两边求导 q0轴 （6-10） 机械功率（电磁功率）

27 6.2.1.2转子的机电运动方程 ——转子运动方程的状态方程形式
转子的机电运动方程 ——转子运动方程的状态方程形式 功率是标幺值，电气角速度是有名值 功率和电气角速度都是标幺值 （6-11） （6-12） 注：习惯上标幺值不带（*）

28 惯性时间常数 发电机组的惯性时间常数* 系统的惯性时间常数* 发电机组惯性时间常数的物理意义*

29 惯性时间常数 ——发电机组的惯性时间常数 发电机铭牌参数有：飞轮转矩 (t·m2)、发电机额定容量 ( kVA)、额定转速 ( r/min ) 可用转动惯量或者飞轮转矩（ ）来表示 以发电机组的额定容量SGN为基准的惯性时间常数(S)。 手册提供的机组铭牌参数

30 6.2.1.3惯性时间常数 —— 系统的惯性时间常数 以系统基准容量（SB）为基准的惯性时间常数。 单台机组的惯性时间常数 注意：容量折算
惯性时间常数 —— 系统的惯性时间常数 以系统基准容量（SB）为基准的惯性时间常数。 单台机组的惯性时间常数 注意：容量折算 多台并联运行机组合并为单台等值机组的惯性时间常数 （补充）

31 6.2.1.3惯性时间常数 ——发电机组惯性时间常数的物理意义
(6-6) 表示在发电机组转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。

32 6.2.1.4 转子运动方程的物理解释 稳态： 发电机组维持同步运行 电流、电压及PE变化 负荷波动、电网故障 扰动 作用 调速器调频器动作
反映动态过程中发电机组的机械运动与电力系统电气量变化之间的相互作用与变化规律，静态稳定与暂态稳定分析的基础 稳态： 发电机组维持同步运行 电流、电压及PE变化 负荷波动、电网故障 扰动 作用 调速器调频器动作 PT 变化 功角摇摆 短过程的暂态分析，PT 近似不变，PE 的变化规律是关键

33 6.2.2 发电机的电磁转矩与功率 电磁功率计算的基本假设 发电机的等值电抗与电势及相量图解释（补充）*
简单系统中发电机的功率 发电机功率的一般近似表达式

34 6.2.2发电机的电磁转矩与功率 ——电磁功率计算的基本假设
略去发电机定子绕组电阻 设机组转速接近同步转速，≈1 不计定子绕组中的电磁暂态过程，只计及发电机定子电流中的正序基频交流分量产生的电磁功率。 假设发电机的某个电动势恒定 空载电动势恒定——忽略自动励磁调节器的作用 暂态电动势恒定——考虑自动励磁调节器的作用一般 发电机端电压恒定——考虑自动励磁调节器的作用很强

35 6.2.2 发电机的电磁转矩与功率 ——发电机的等值电抗与电势及相量图
发电机的dq轴等值电势与电抗 等值电势与电抗的关联特点 等值电势与电抗的物理解释 发电机dq轴电势方程的特点 简单系统及其相量图

36 发电机的等值电抗与电势及相量图 ——发电机的dq轴等值电势与电抗
空载电势 d轴暂态电抗 暂态电势 后的虚拟电势 后的虚拟电势

37 发电机的等值电抗与电势及相量图 ——等值电势与电抗的关联特点
空载电势与同步电抗关联 暂态电势与暂态电抗关联 隐极机和凸极机的同步电抗有区别 隐极： 凸极： 不考虑转子的阻尼绕组，则d轴电势为0 相同发电机，不同的电势、不同的电抗，其大小有明确关系：

38 发电机的等值电抗与电势及相量图 ——等值电势与电抗的物理解释
等值电势电抗的总体物理解释 等值电抗的物理解释 同步电抗对应磁路 d轴暂态电抗对应磁路 等值电势的物理解释

39 等值电势与电抗的物理解释 ——等值电势电抗的总体物理解释
转子绕组的励磁电流产生励磁磁场，转子旋转使励磁磁场在定子绕组中感应产生电势，即空载电势和暂态电势。 定子绕组的三相电流产生电枢磁场，对励磁磁场有去磁作用，相当于定子绕组上的压降，其值由定子绕组电抗决定。其中，定子绕组电抗由其电枢磁场磁通所经磁路的磁阻决定，空气隙越大，磁阻越大，磁导（电抗）越小。

40 等值电势与电抗的物理解释 ——等值电抗的物理解释
同步电抗对应励磁绕组开路的状态，此时只有定子电流及其电枢磁场。相应电磁磁通dq轴的磁路磁阻决定dq轴的同步电抗。隐极机dq轴定转子之间的空气气隙相同，因此Xd=Xq；凸极机q轴气隙明显大于d轴，因此Xd>Xq。 d轴暂态电抗对应短路初瞬，同此存在励磁磁通和电枢反应磁通，且为了抵消短路初瞬定子基波电流突变，励磁绕组感应自由直流分量，产生励磁漏磁通，抵消电枢反应磁通，使电枢反应磁通不同通过转子主磁路，而走漏磁路径。此时漏磁路气隙明显增大，相应d轴暂态电抗明显减小。而q轴没有影响。 X’q=Xq

41 等值电势与电抗的物理解释 ——同步电抗对应磁路
气隙大、磁阻大、电抗小 . a x d q b y c z d轴气隙 ФRd if=0 uf q轴气隙 ФRq

42 等值电势与电抗的物理解释 ——d轴暂态电抗对应磁路
uf if+ ifa Ф0 Ф’R= ФR -ΔФ0= ΔФfa ΔФfa Фfa I’

43 等值电势与电抗的物理解释 ——等值电势的物理解释
空载电势对应定子开路（发电机空载）状态，此时只有转子d轴的励磁磁通，相应在定子绕组中只感应产生q轴空载电势。不存在d轴空载电势。 暂态过程中不考虑阻尼绕组，则同样只有d轴励磁磁通，相应只有q轴暂态电势。暂态电势是虚拟的计算电势，物理意义上没有严格的暂态励磁磁通与暂态电势对应。一般情况，电枢磁场具有去磁作用，相应暂态电势小于空载电势（励磁电压不变的条件下），即E’q<Eq 。

44 发电机的电势方程及相量图 ——发电机dq轴电势方程的特点
发电机的虚拟电势方程与等值电路

45 发电机dq轴电势方程的特点 ——dq轴电势方程的相量与代数形式

46 发电机dq轴电势方程的特点 ——发电机的dq轴电势方程与等值电路
隐极机：Xd=Xq 凸极机：Xd≠Xq dq轴电抗不相同，没有等值电路！ 等值电路？

47 发电机dq轴电势方程的特点 ——发电机的虚拟电势方程与等值电路
后的虚拟电势 后的虚拟电势 虚拟电势的作用：近似处理发电机的等值电路和电势方程，简化功率电压的计算

48 发电机的等值电抗与电势及相量图 ——简单系统及其相量图
简单系统及其等值电路 含隐极发电机的简单系统相量图 含凸极发电机的简单系统相量图

49 简单系统及其相量图 ——简单系统及其等值电路
同步发电机 T L 无限大系统 G ～ 图6-1 (a) 发电机的虚拟电势与电抗

50 简单系统及其相量图 ——含隐极发电机的简单系统相量图

51 简单系统及其相量图 ——含凸极发电机的简单系统相量图

52 6.2.2.1 简单系统中发电机的功率 重点 以各种内电势表示的发电机电势方程 以各种内电势表示的发电机功率（功角）特性
发电机电磁功率的一般推导方法 发电机电磁功率具体表达式的推导 发电机的功角特性曲线及其特点 例6-2 发电机功率特性的计算方法实例

53 6.2.2.1 简单系统中发电机的功率 ——发电机电磁功率的推导方法
不考虑电阻，发电机与电网各节点的注入有功相等 (6-15) 将电流分别用各电势代替，便可用不同电势表示出发电机电磁功率。

54 6.2.2.1 简单系统中发电机的功率 ——发电机电磁功率具体表达式的推导
空载电势表示隐极机的功角特性 暂态电势表示隐极机的功角特性 空载电势表示凸极机的功角特性 暂态电势表示凸极机的功角特性 虚拟电势表示的功角特性 功角与虚拟近似功角的关系

55 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——用空载电势表示隐极机的功角特性
(6-14) (6-16)

56 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——用暂态电势表示隐极机的功角特性
(6-17) (6-18) 磁阻功率

57 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——用空载电势表示凸极机的功角特性
（6-24） （6-25） 磁阻功率

58 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——用暂态电势表示凸极机的功角特性
参照(6-18) (6-26) (6-27) 磁阻功率

59 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——用虚拟电势和机端电压表示功角特性
同乘以U/x (6-20) (6-22)

60 发电机电磁功率具体表达式的推导 ——功角与虚拟近似功角的关系
隐极机 ，可用(6-21)和(6-23)。 在近似计算中，常用 代替 。

61 6.2.2.1 简单系统中发电机的功率 ——发电机的功角特性曲线及其特点
空载电势表示的隐极机功角特性 空载电势表示的凸极机功角特性 暂态电势表示的发电机功角特性

62 发电机的功角特性曲线及其特点 ——空载电势表示的隐极机功角特性
图 为常数时隐极发电机的功角特性

63 发电机的功角特性曲线及其特点 ——空载电势表示的凸极机功角特性
磁阻功率 图6-7

64 发电机的功角特性曲线及其特点 ——暂态电势表示的发电机功角特性
磁阻功率 图6-5

65 6.2.2.1 简单系统中发电机的功率 ——例6-2 功率特性的计算方法实例
简单系统的标幺值处理原则 基准电压的确定 系统基准容量下发电机的阻抗标幺值 q轴虚拟电势与系统功率功角的关系 q轴虚拟电势与功角的计算公式 发电机内部电势的相互转换关系 三种电势表示的功率特性（公式） 三种电势表示的发电机功角特性（曲线） 已知电网的潮流结果，计算发电机内部等值电势及功角，进一步求解动态方程及摇摆曲线，重要算例

66 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——简单系统的标幺值处理原则
发电机名牌参数的阻抗值为标幺值，其基准值为发电机的额定电压和额定容量（额定有功） 系统基准容量不等于发电机额定容量时，需要考虑基准值的折算。 近似计算，不考虑变压器和线路的并联导纳和电阻，且各级电压的基准值选择原则：保证变压器变比标幺值为1。 精确计算，没有上述限制，但需要列写并求解网络方程。

67 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——基准电压的确定

68 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——系统基准容量下发电机的阻抗标幺值
标幺值系统 标幺值 机端有名值 发电机内部 高压侧有名值 高压侧标幺值

69 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——q轴虚拟电势与系统功率功角的关系
参考电压 系统等值电路：

70 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——q轴虚拟电势与功角的计算公式
举一反三。 代替 代替

71 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——发电机内部电势的相互转换关系

72 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——三种电势表示的功率特性
功率特性的计算： 功率方程的系数 最大功率 最大功率角

73 例6-2 功率特性的计算方法实例 ——三类电势表示的发电机功角特性
重要结论

74 6.2.2 发电机的电磁转矩与功率 ——6.2.2.2 发电机功率的近似表达式
同步发电机和负荷的等值模型 系统的等值模型 发电机的注入电流表达式 多机系统中发电机的电磁功率 多机系统中发电机电磁功率的特点 两机系统中发电机的电磁功率（略）

75 6.2.2.2 发电机功率的近似表达式 ——发电机和负荷的等值模型
发电机采用虚拟电势模型 负荷采用恒定阻抗模型，其对地导纳为： (6-28)

76 6.2.2.2 发电机功率的近似表达式 ——系统的等值模型
负荷节点的注入电流为0 只有发电机节点有注入电流 NG个发电机内电势节点 图6-10 系统共有（N+NG）个节点

77 6.2.2.2 发电机功率的近似表达式 ——发电机的注入电流表达式
节点电压方程 I=YU 线性变换 展开 只保留发电机内电势节点： YGij为发电机内电势节点之间的互导纳

78 6.2.2.2 发电机功率的近似表达式 ——多机系统中发电机的电磁功率
有功潮流方程 为 和 的相角差。 (6-29)

79 6.2.2.2 发电机功率的近似表达式 ——多机系统中发电机电磁功率的特点
(6-29) 通过两机系统的功率特性，可以分析电阻、并联电容、串联电容等对功角特性的影响。 任一台发电机的功角特性，是它与其余所以发电机电势相角差的函数。在系统含有三台以上发电机的情况下，不能用曲线作出发电机的功角特性。 任一台发电机输出的电磁功率，都与所有发电机的电势及电势间的相角差有关，因此任一台发电机运行状态的变化，都要影响到其余发电机的运行状态。

80 6.2 同步发电机组的机电特性 —— 6.2.3 电动势变化过程的方程式
发电机内电势与励磁调节系统 电动势变化过程的方程式

81 6.2.3 电动势变化过程的方程式 ——发电机内电势与励磁调节系统
前面假定：当无自动调节励磁系统时， 是常数。当自动 调节励磁系统能力一般时， 是常数。 实际上：由于自动调节励磁系统和转子回路的暂态过程， 和 是变化的。 励磁回路Page29 rf 他励回路 励磁回路 定子回路 G TA G G G f if pf uf pE ff ff E D 图 6-14 RC TV 强励短接电阻 AVR 调节励磁系统

82 6.2.3 电动势变化过程的方程式 ——电动势变化过程的方程式
励磁绕组电压回路方程为： （6-34） 强制空载电动势 励磁绕组的时间常数 和 受控于 ， 而 受控于自动调节励磁系统。

83 6.3 自动调节励磁系统 ——作用原理和数学模型 自动调节励磁系统的组成及作用* 6.3.1 主励磁系统
6.3.2 自动调节励磁装置及其框图 晶闸管励磁调节器的单元组成及其原理框图 晶闸管励磁调节器各单元的基本作用 晶闸管励磁调节器的传递函数框图 6.3.3 自动调节励磁系统的简化模型 励磁绕组及励磁调节系统的简化动态模型

84 6.3 自动调节励磁系统 ——组成及作用 构成：主励磁系统和自动调节励磁装置。
主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路，包括直流励磁机、交流励磁机和静止励磁系统三类。其作用是提供励磁电源。 自动调节励磁装置一般包括测量、放大、稳定作用及限幅等环节；其测量的控制信号一般有发电机的机端电压、电流、电角速度、电磁功率或者电压、电流与功率的一阶偏导数等；其作用是调节励磁电流，实现发电机的“恒”电压或者“恒”无功控制或者抑制低频振荡的稳定控制。

85 6.3 自动调节励磁系统 ——6.3.1 主励磁系统 励磁系统原理电气接线框图 他励直流励磁系统 他励交流励磁系统 静止励磁系统
主励磁系统励磁绕组回路的动态模型（原理性介绍） 励磁绕组回路的等值电路（他励直流励磁） 励磁绕组回路的电压方程 发电机励磁回路电压方程的定子电势表示 他励机励磁回路电压方程的定子电势表示

86 励磁系统原理电气接线框图 ——他励直流励磁系统
直流副励机 直流励磁机 发电机 G TA PE E iff if uf G G G pf uff 电压、电流互感器，测量电压与电流 f RC ff TV 强励电阻 继电强行励磁短接电阻 整流器 U 自动调节励磁装置 AER 图 6-14 Automatic excitation regulator

87 励磁系统原理电气接线框图 ——他励交流励磁系统
发电机 交流励磁机 副励磁机 G G TA G E PE SCR1 G pf f ff SCR2 TV 励磁电流为直流 自动调节励磁装置 TV VS AER 自励恒压单元 图 6-15

88 励磁系统原理电气接线框图 ——静止励磁系统
发电机 发电机 TA G TA G G G f f TV TV TV 自动调节励磁装置 自动调节励磁装置 AER AER 图 6-16 (a)自并励 (b)自复励

89 主励磁系统励磁绕组回路的动态模型 ——励磁绕组回路的等值电路
rff rf G iff uff if f Lff uf 直流励绕机励磁组回路 等值电路 发电机励磁绕组回路 等值电路 忽略阻尼绕组 图6-17

90 主励磁系统励磁绕组回路的动态模型 ——励磁绕组回路的电压方程
发电机励磁绕组回路的电压方程 不计饱和 直流励磁机励磁绕组回路的电压方程 （6-36） 不计饱和

91 主励磁系统励磁绕组回路的动态模型 ——发电机励磁回路电压方程的定子电势表示
不计饱和，标么制条件下，发电机励磁绕组回路的定子电势方程 uf Eqe （6-34） 发电机励磁绕组自身时间常数 Eqe为强制空载电势，正常情况由AER控制。当短路机端电压大幅度下降时，调节器进行强行励磁操作，短接RC，或开发晶闸管导通角，使他励机励磁电压 uff 跃变至最大值uffm 。当机端电压恢复正常时，强励退出， uff 跃变至初值uff0。因此，强制空载电势有三种状态：正常值Eqe 、最大（顶）值Eqem和初值Eqe0 。

92 主励磁系统励磁绕组回路的动态模型 ——他励机励磁回路电压方程的定子电势表示
直流励磁机励磁绕组回路的的定子电势方程 （6-43） 励磁机励磁绕组时间常数 强励动作： （6-47）Page166 强励退出： （8-32）Page218

93 6.3.2 自动调节励磁装置及其框图 ——晶闸管励磁调节器的组成及其原理框图
G G G E TA PE SCR1 uf G uff TV 自动调节励磁装置 转子电压软负反馈 AER 移相触发 综合放大 量测滤波 图6-20 其它信号 UG0 机端电压的偏差量（电压偏差比例式调节器） 、电气角速度的偏差量（PSS）、偏差量的一阶和二阶导数（强力式调节器）。

94 6.3.2 自动调节励磁装置及其框图 ——晶闸管励磁调节器各单元作用
量测滤波单元：将一次电流电压变换成相应量的基波二次信号，并滤去谐波等干扰信号。 综合放大单元：综合控制参考量及其它控制信号，并放大形成晶闸管触发脉冲的相位调节信号。 移相触发单元：产生不同相位的触发脉冲。 转子电压软负反馈单元：提高调节系统的稳定性并改善调节器的品质（减小“毛刺”） 整体工作原理： 当发电机端电压（和定子电流）变化时，量测单元测得的电压信号与给定的电压相比较，得到的电压偏差信号经放大后，作用于移相触发单元，产生不同相位的触发脉冲，进而改变晶闸管的导通角，使励磁机励磁绕组的电压和电流变化，以达到调节发电机励磁绕组电压及发电机电压的目的

95 6.3.2 自动调节励磁装置及其框图 ——晶闸管励磁调节器的传递函数框图
综合放大移相触发及晶闸管输出单元 惯性环节 UG0 其它信号 UP SE Uffmax UG + + + - Uf     - + + + Eqe + Uff Uffmin IG K 他励机励磁绕组动态响应单元 惯性环节 量测单元 惯性环节 转子电压软负反馈单元 惯性微分环节 限幅单元 精确动态模型 不利于稳定分析 图6-21Page-166

96 6.3.3 自动调节励磁系统的简化模型 ——按电压偏差比例调节的自动调节励磁系统
励磁调节器各单元主要为惯性环节，因此可将按电压偏差比例调节的AER系统简化等值为一阶惯性环节。 自动调节励磁系统的等值时间常数,近似等于Tff Te： 图6-22 Ke： 自动调节励磁系统的等值放大倍数 uf Eqe （6-46）

97 励磁绕组及励磁调节系统的简化动态模型 （1） (6-34) 小扰动后电压偏差比例控制(1)+(2) （2） (6-46)
发电机励磁绕组的动态方程 （1） (6-34) 小扰动后电压偏差比例控制(1)+(2) （2） (6-46) 自动调节励磁系统的简化动态方程 大扰动后强励动作 (1)+(3) （3） (6-47) 大扰动后强励退出 (1)+(4) （4） (8-32)

98 6.4 负荷特性 负荷特性的基本概念 负荷的恒定阻抗（导纳）模型 综合负荷的静态电压特性 异步电动机的机电特性——变化阻抗

99 6.4 负荷特性 ——负荷特性的基本概念 负荷特性：负荷功率与系统电压及频率的关系。它对系统稳定性有相当影响。
负荷静态特性：当系统电压和频率缓慢变化时的负荷特性，是各种用电设备静态特性的综合，又称为综合负荷静态特性。其中负荷随电压变化的特性称为综合负荷的静态电压特性，随频率变化的特性称为综合负荷的静态频率特性。 负荷动态特性：当系统电压和频率快速变化时的负荷特性。通常采用异步电动机的动态特性作为负荷动态特性。

100 6.4 负荷特性 ——恒定阻抗(导纳) Dj y 图6-10

101 6.4 负荷特性 ——综合负荷的静态电压特性 忽略频率变化，综合负荷的静态电压特性为： 恒阻抗负荷 恒电流负荷 恒功率负荷
(6-54) (6-55) 恒阻抗负荷 恒电流负荷 恒功率负荷 由统计资料或实测数据计算得到 负荷的ZIP模型

102 6.4 负荷特性 ——异步电动机组的机电特性 异步电动机组的转子运动方程 异步电动机的简化等值电路 异步电动机的电磁转矩
异步电动机电磁转矩-转差率特性曲线 异步电动机转差率变化的动态过程 异步电动机转差率变化的静态特性

103 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机组的转子运动方程
异步电动机的转子运动方程： (6-48) 标幺值 异步电动机的转差率： (6-49) (6-50) 转差率表示的转子运动方程： 机械负载转矩：制动力矩 (6-51) a：与转速无关部分所占比例； ：与转速有关的指数； K：实际负荷与额定负荷的比值。

104 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机的简化等值电路
图6-23(b) 随转差变化而变化的变化阻抗模型 I2 rr: 转子绕组的有功损耗 I2rr (1-s) /s: 转子轴上可转换为机械功率的电磁功率 I2 rr/s: 转子侧的总有功功率

105 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机的电磁转矩
(6-52)

106 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机电磁转矩-转差率特性曲线
忽略rs： 图 6-24 (6-53)

107 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机转差率变化的动态过程
电磁转矩 机械转矩 考虑转矩不平衡产生的动态过程：扰动作用，电压突然减小，转差不能突变，电磁转矩减小，运行点从a0到a1。机械转矩不变，Mm大于ME，s增大，运行点从a1运行到a2 达到新的平衡。 s从s0运行到s2 ，可由(6-50)、 (6-51)和(6-53)求解出s随时间的变化值，从而得到电动机等值阻抗的变化。

108 异步电动机组的机电特性 ——异步电动机转差率变化的静态特性
PEmax<PM 电动机被迫停运 假设转矩始终平衡，不考虑动态过程：电压变化，运行点直接从一个平衡点a0到另一个平衡点a2。由此根据不同电压计算得到不同转差率、不同等值阻抗和不同的异步电动机吸收的功率，后者即为异步电动机功率随电压的静态特性。

109 6.5 柔性输电装置特性 静止无功补偿器 晶闸管控制的串联电容器 输电网潮流控制的问题及对策 高压直流输电HVDC的概述
柔性交流输电FACTS的概述 静止无功补偿器 晶闸管控制的串联电容器

110 6.5 柔性输电装置特性 ——输电网潮流控制的问题及对策
自动调节励磁系统可以对发电机进行快速的调压控制，以提高系统的稳定性。传统的输电网中没有快速灵活的调整手段来提高系统的稳定性。 由于大功率电力电子元器件的迅速发展，在输电网中，高压直流输电HVDC (High Voltage Direct Current)和柔性交流输电FACTS (Flexible AC Transmission System)得到相当发展，能够改善系统的稳态运行特性和电力系统的稳定性。

111 6.5 柔性输电装置特性 ——高压直流输电HVDC的概述
HVDC起步于20世纪50年代，而突破性的进展却在80年代。20世纪80年代，全世界共建成了30项直流输电工程。迈入90年代以后，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，使得高压直流输电技术日益完善，可靠性得到提高。到2006年，世界上已成功投运的HVDC工程已达80多项。根据我国“西电东送、南北互供、全国联网”的战略规划，2020年前我国将建设20多条超高压或特高压直流输电线路和若干背靠背联网工程。HVDC在国内外电力系统中将发挥越来越重要的作用。

112 6.5 柔性输电装置特性 ——柔性交流输电FACTS的概述
FACTS是由美国电力科学研究院EPRI (Electric Power Research Institute )的著名电力专家N.G.Hingorani于1986年提出的，其通过对交流输电网的网络参数或运行参数，如电压幅值、电压相角、线路参数和功率潮流的连续调节，来优化电力系统的运行状态，并提高系统的稳定性。 经过20年的发展，FACTS技术在实际电力系统中应用日益广泛。目前，FACTS已经在中国、美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用。

113 6.5 柔性输电装置特性 ——静止无功补偿器 静止无功补偿器的等值电路 静止无功补偿器的工作原理 静止无功补偿器的静态特性（模型）
静止无功补偿器的动态特性（模型）

114 静止无功补偿器 ——静止无功补偿器的等值电路
高压母线 降压母线 C Lf 滤波器 考虑SVC由滤波器、TCR和TSC组成 TSC TCR

115 静止无功补偿器 ——静止无功补偿器的工作原理
通过调节晶闸管的触发角，改变TCR的等值电抗或者TSC的投切电容，从而实现SVC注入无功或者系统电压的控制目标，并进一步改善系统的稳定性。

116 静止无功补偿器 ——静止无功补偿器的静态特性
滤波电容与开关电容的总和 晶闸管控制电抗器的等值电纳 晶闸管的导通角

117 静止无功补偿器 ——静止无功补偿器的动态特性
+ - 比例放大延时环节 （一阶惯性环节） 超前滞后环节 （或PID）

118 6.5 柔性输电装置特性 ——晶闸管控制的串联电容器
晶闸管控制串联电容器的等值电路 晶闸管控制串联电容器的工作原理

119 晶闸管控制的串联电容器 ——晶闸管控制串联电容器的等值电路
图6-30 TCSC原理接线图 一阶惯性环节

120 晶闸管控制的串联电容器 ——晶闸管控制串联电容器的工作原理
通过调节晶闸管的导通角，改变TCSC的串联等值电纳（一般为容性），从而实现动态调节传输线路的电气距离、提高线路传输功率极限及系统稳定性的目的。