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实验二电力系统暂态稳定分析

一、实验目的

1.通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使理论教学与实践结合,

提高学生的感性认识；

2.学生通过实际操作,从试验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措

施.

二、实验原理

电力系统的暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否

继续保持同步运行的问题,在各种扰动中,以短路故障的扰动最为严重。在故障发

生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，可用于提高系统的稳定性。由于

电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使

系统进入正常工作状态.这两种方法都有利于提高系统的稳定性.

暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂

态过程达到新的稳态运行状态或则恢复到原来的状态。

这里所谓的大干扰是相对小干扰来说的，一般指短路故障，突然断开线路或

则发电机等。如果收到干扰后系统能够回到稳态运行，就说系统在这种运行情况

下是暂态稳定。反之，各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断变化,系

统的功率、电流、电压都不断振荡，导致系统不能继续运行下去,则称系统在这

种运行情况下不能保持暂态稳定。一个系统的暂态稳定情况和系统原来的运行方

式及干扰方式有关，同一个系统在某个运行方式下和某种干扰下系统是暂态稳

定，而在另一个运行方式和另外一种干扰下它也可能是不稳定的。

干扰最严重的是三相短路故障，单相接地故障比较多.系统的暂态时间有些

可以在1S内都失去同步，有些可以维持几分钟。

模拟电力系统暂态稳定性实验接线图一般采用发电机-变压器-双回线路—

无穷大系统。

以下我们来分析一下发电机在正常运行—短路故障-故障切

除三种状态下功率特性曲线。如下图：原动机输出的机械功率用

PT表示,发电机向系统送的电磁功率用P0表示。正常运行的时

候PT=P0.假设不计故障之后几秒钟调速器的作用，机械功率始

终保持P0，图中a表示发电机正常运行点在曲线PⅠ上，发生短

路后功率特性降为PⅡ，由于转子的惯性,转子角度不会立刻变

化，运行点有a变至b点，电磁功率显著减小，而原动机PT不

变,三相短路时PⅡ曲线越低，此时将加速，其相对速度和相对

角度（同步）增加，有b点向c点移动，如果故障一直存在，则

始终存在过剩功率，发电机一直加速，直到系统失去同步.实际

上，此时继电保护动作,故障切除，功率特性曲线变为PⅢ，发

电机的运行点有c点变为e点,此时发电机的输出功率大于机械

功率,转子速度减小,但是此时的速度还是大于同步转速的，功角

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还是在继续增大，到达f时，速度相等，制动结束，但是在f点

是不能稳定运行的,此时机械功率和电磁功率不相等,转子减速，

功角减小,有f点向e、k点转换，在到达k点以前一直减速，转

换子速度低于同步转速，在k点虽然2个功率相等但是速度不平衡，继续

减速，一旦低于k点，开始加速，如果没有阻尼，则在PⅢ曲线上来回振荡，实

际上存在阻尼的,振荡几次稳定运行的k点.

如果故障切除的时间比较晚，在到达h时转子速度还是大于同步转速，越过

h点后,继续加速，系统回不到原来点，系统失去同步。

判断方法：加速面积等于减速面积。加速面积小于减速面积系统可以稳定，

加速面积大于减速面积系统不可以稳定.此时和故障切除的时间有关，故障切除

的越晚，系统越不可能