从群体错乱到系统稳定：暂态稳定初探

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：电力系统具有静态稳定性是稳定运行的必要条件。电力系统受大扰动后能否保持稳定性的问题，乃是暂态稳定研究的内容。下面简要介绍它的初步概念。图13-8暂态稳定的概念在切除线路瞬间，发电机输出的电磁功率由PⅡ曲线上的b确定。如果电力系统受大扰动后功角不断增大，则表明发电机之间已不再同步，系统失去了暂态稳定。因此，可以用电力系统受大扰动后功角随时间变化的特性作为暂态稳定的判据。

电力系统具有静态稳定性是稳定运行的必要条件。但是不能肯定地说，当电力系统受到大的扰动（各种短路、切除输电线路等）时，也能保持稳定运行。电力系统受大扰动后能否保持稳定性的问题，乃是暂态稳定研究的内容。下面简要介绍它的初步概念。

讨论简单电力系统突然切除一回输电线路的情况。如图13-7所示，在正常运行时，系统的总电抗为

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此时的功率特性为

切除一回线路后，系统的总电抗为

相应的功率特性为

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图13-7　切除一回输电线路

如果不考虑发电机的电磁暂态过程和励磁调节作用，即假定Eq保持不变，则由于线路电抗增大，从而功率的幅值减小（见图13-8）。

线路切除前瞬间，发电机处于正常运行状态，它输出的电磁功率由PⅠ曲线上的点a确定，其值为P0。原动机的功率，在正常运行时与电磁功率相平衡，即PT＝Pe＝P0。

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图13-8　暂态稳定的概念

在切除线路瞬间，发电机输出的电磁功率由PⅡ曲线上的b确定。这是由于转子具有惯性，其转速不能瞬时改变，所以线路切除瞬间，功角保持原值不变。由于发电机的工作点由a突然变到点b，它输出的电磁功率突然减小。与此同时，原动机的功率仍然等于原值。这是由于原动机调速器不可避免滞迟，加之在暂态过程的初始阶段转速变化不大，调速器的调节量也很小，为简单起见，假定原动机的功率一直保持不变值。

在切除线路瞬间，原动机功率大于电磁功率，作用在转子上的不平衡转矩（用功率表示为ΔPa＝PT－Pe）是加速性的，因而使发电机加速。于是在送、受端发电机之间出现了正的相对速度，功角开始增大，发电机工作点将由点b向点c变动，发电机输出的电磁功率也逐渐增大。在到达点c以前，虽然加速性的不平衡转矩逐渐减小，但它一直是加速性的，因此相对速度不断增大［见图13-8（a）］。

在点c处，虽然转子上的转矩又相互平衡，但过程并不会到此结束，因为此刻送端发电机的转速已高于受端发电机的转速，由于转子的惯性，功角将继续增大而越过点c。越过点c之后，当功角继续增大时，电磁功率将超过原动机的功率，不平衡转矩加速性变成减速性的了。在此不平衡转矩作用下，发电机开始减速，相对速度Δω也开始减小并在点d达到零值。

在点d，送、受端发电机恢复了同步，功角不再增大，并抵达它的最大值。此刻电磁功率仍大于原动机的功率，发电机仍受减速性的不平衡转矩作用而继续减速。于是发电机的转速开始小于受端发电机的转速，相对速度Δω＜0，功角开始减小，工作点将沿相反方向变动到点c。而且由于惯性作用它将越过点c而在b附近Δω再次等于零，功角不再减小并抵达它的最小值。以后功角又开始增大。由于各种损耗，功角变化将是一种减幅振荡［图13-8（b）］。最后在点c处，同时达到Δω＝0和ΔPa＝0，建立了新的稳定运行状态。

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图13-9　失去暂态稳定的情况

可是过程也可能有另外一种结局。如图13-9所示，从点c开始，转子减速，Δω减小。但Δω是大于零的，所以功角仍继续增大。如果Δω还未降到零时，功角已达到临界角（对应于c′），则因为Δω＞0，故功角将继续增大而越过点c′，因而转子上的不平衡转矩又变成加速性的了。于是Δω又开始增加，功角将继续增大，使发电机与受端系统失去同步，破坏了电力系统的稳定运行。

由以上分析可以得到暂态稳定的初步概念：电力系统具有暂态稳定性，一般是指电力系统在正常运行时，受到一个大的扰动后，能从原来的运行状态（平衡点），不失去同步地过渡到新的运行状态，并在新运行状态下稳定地运行。

从以上的讨论中可以看到，功角变化的特性，表明了电力系统受大扰动后发电机转子运动的情况。若功角经过振荡后能稳定在某一个数值，则表明发电机之间重新恢复了同步运行，系统具有暂态稳定性。如果电力系统受大扰动后功角不断增大，则表明发电机之间已不再同步，系统失去了暂态稳定。因此，可以用电力系统受大扰动后功角随时间变化的特性作为暂态稳定的判据。

从群体错乱到系统稳定：暂态稳定初探

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