西安交通大学：《电力系统暂态分析》课程教学课件（讲稿）第6章 电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性

西安支通大学第六章电力系统稳定性问题TD概述和各元件机电特性XIANJIAOTONGUNIVERSIT第二节同步发电机组的机电特性一、同步发电机组转子运动方程同步发电机组转子的机械角加速度与作用在转子轴上的转矩之间有如下关系：Jd-M,-Medt当转子以额定转速（即同步转速）旋转时，其动能为：1J2Wk =2代入求得：do2WkxAM其中: 4M = MI -MX2dt用M=Ss/2. 标幺化后，并代入の=pQ可得：Ixdo2Wk=AM,其中:T,=0dtSB11

11 第二节 同步发电机组的机电特性 一、同步发电机组转子运动方程 同步发电机组转子的机械角加速度与作用在转子轴上的转矩 之间有如下关系： 第六章 电力系统稳定性问题 概述和各元件机电特性 T E d d J M M t    当转子以额定转速 （即同步转速）旋转时，其动能为： 2 K 0 1 2 W J   代入求得： K 2 0 2 d d W M t      其中： M M M   T E 用 M S B B  0 标幺化后，并代入    可得： J * 0 d Δ d T M t     其中： K J B 2W T S 

西安支通大学第六章电力系统稳定性问题TRT概述和各元件机电特性XIANJIAOTONGUNIVERSIT发电机组的惯性时间常数T的物理意义可解释如下上式可改写为：d2dt = TAM则通过对该式积分，设△M,=1 :['T d2, =T 2 = TAM上式说明，T为在发电机组转子上加额定转矩后，转子从静止状态（Q.=0）匀加速到额定转速（Q.=1）所需要的时间。在转动力学中，描述旋转运动的物理量除了转速之外还有角位移。电力系统机电暂态分析的目的是分析各发电机转子之间的相对转动运动，显然，可以用转子与某参考轴的夹角刻划各发电机转子的空间位置12

12 上式说明，TJ为在发电机组转子上加额定转矩后，转子从静止 状态（ 0   ）匀加速到额定转速（ 1   ）所需要的时间。 发电机组的惯性时间常数 的物理意义可解释如下 上式可改写为： 第六章 电力系统稳定性问题 概述和各元件机电特性 J * d d Δ t T M   则通过对该式积分，设 ： 1 1 J J J 0 0 * d Δ T t T T M         Δ * M 1 在转动力学中，描述旋转运动的物理量除了转速之外还有角 位移。电力系统机电暂态分析的目的是分析各发电机转子之 间的相对转动运动，显然，可以用转子与某参考轴的夹角刻 划各发电机转子的空间位置TJ

西安交通大学第六章电力系统稳定性问题福TR概述和各元件机电特性XIANJIAOTONGUNIVERSITY对于左图，显然有：0q轴8(t) =. + '[o(t)-0 ]dt上式对时间求导，并标幺化，可得状态空间分析法的数学方程：Ods(1)= 0(0 -1)wUdt对转矩进行进一步分析，有：(1) 和(2)称为AM(pr - Pe)/ 2PT*- PE*发电机转子运AMMb2Sg / 20动方程近似认为2. =1，所以有:do(2)1PT* 一PEdt13

13 第六章 电力系统稳定性问题 概述和各元件机电特性 对于左图，显然有： 0 0   0 ( ) ( ) d t       t     上式对时间求导，并标幺化，可 得状态空间分析法的数学方程： 0 * d ( 1) dt      对转矩进行进一步分析，有： T E T E * B 0 * Δ ( ) Δ / B M p p p p M M S          近似认为 * 1 ，所以有： * J T* E* d d T p p t    (1) (2) (1)和(2)称为 发电机转子运 动方程

西安支通大学第六章电力系统稳定性问题DTR概述和各元件机电特性XIANJIAOTONGUNIVERSITY二、发电机的电磁转矩和电磁功率发电机转移运动方程涉及到了机械功率PT*和电磁功率PE*。为简化分析，忽略调速系统的作用而认为机械功率为稳态值。这里介绍发电机电磁功率。发电机定子绕组的三相瞬时输出功率为：P。 = uaia +upi, +uci.对上式采用Park变换，表示为：P。 =udid +ugig +2uoio由发电机定子绕组电压方程，在上式中消去电压变量整理得：0(Pag -Yga)= p。+r(a +ig +2i)-(aia +4j, +24o%)14

14 第六章 电力系统稳定性问题 概述和各元件机电特性 二、发电机的电磁转矩和电磁功率 发电机转移运动方程涉及到了机械功率 和电磁功率 。 为简化分析，忽略调速系统的作用而认为机械功率为稳态值。 这里介绍发电机电磁功率。 T p  E p  发电机定子绕组的三相瞬时输出功率为： o a a b b c c p u i u i u i    对上式采用Park变换，表示为： p u i u i u i o    d d q q 2 0 0 由发电机定子绕组电压方程，在上式中消去电压变量整理得：       2 2 2 d q q d o d q d d q q 2 2 0 0 0       i i p r i i i i i i        

西安支通大学第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性XIANJIAOTONGUNIVERSIT上式左边与发电机转子的转速成正比，因而根据发电机输入输出能量守恒可以断定这个功率是原动机拖动发电机转子旋转运动后，定子绕组的磁链穿过发电机气隙而耦合在转子上的发电机负载功率，即为发电机的电磁功率，即：Pe =0(Yaig -4,a)= p +r(ia +i +2i)-(aia +4,g +24o0发电机电磁转矩：Me =i.Va-iay.电磁功率分为输送到电力网络、定子电阻损耗和以磁场能量形式储存在定子绕组中三部分。由上式可见，电磁转矩与定子绕组的零轴磁链无关。这是因为零轴磁链在空间的合成磁链为零，即零轴磁链不能穿过气隙而对转子产生力的作用。15

15 第六章 电力系统稳定性问题 概述和各元件机电特性 上式左边与发电机转子的转速成正比，因而根据发电机输入输 出能量守恒可以断定这个功率是原动机拖动发电机转子旋转运 动后，定子绕组的磁链穿过发电机气隙而耦合在转子上的发电 机负载功率，即为发电机的电磁功率，即： 发电机电磁转矩： M i i E q d d q     电磁功率分为输送到电力网络、定子电阻损耗和以磁场能量形 式储存在定子绕组中三部分。 由上式可见，电磁转矩与定子绕组的零轴磁链无关。这是因为 零轴磁链在空间的合成磁链为零，即零轴磁链不能穿过气隙而 对转子产生力的作用。       2 2 2 p i i p r i i i i i i E 0 0 0                d q q d o d q d d q q 2 2