改进相角调节器提升暂态稳定性能

在第5章已提到，在电机遭受扰动、摇摆振荡时，可控并联无功补偿器通过增加（或保持）传输线中点电压可提高（或维持）暂态稳定性能。在本章前几节也已提到，可控串联无功补偿具有通过减小传输线路的等效电抗来改变线路传输功率的能力，同时能在电机遭受大扰动后的第一摇摆期间改进暂态稳定性能。相角调节器在电机遭受大扰动后的第一摇摆期间通过保持传输相角差在最大值，从而能有效地增加系统的暂态稳定性能。

与本章6.1.2节中验证串联电容补偿改进暂态稳定性能一样，等效面积准则也用于验证相角调节器可增加暂态稳定性能的裕度。在本小节与下一小节中，相角调节器统一被认为是理想相角调节器，移相角为β，移相前后电压幅值不变，即。

现在讨论图6-40a所示的带有相角调节器的简单系统。与验证串联电容补偿时暂态稳定性一样，为使情况的分析简明，假定系统中在有相角调节与无相角调节两种情况下，故障前系统传输相同的功率P_m，故障期间和故障后原动机功率P₀=P_m不变，未补偿的系统与有补偿的系统同时遇到相同的故障和同样长的故障存在时间。无补偿和有补偿时这两种工况时系统的动态行为过程如图6-42所示。在故障发生前稳态运行时两个系统的传输角分别为δ₁、δ_a1。在故障发生后到故障切除之前，由于短路故障使电压为零，线路传输的功率为零，而输入给电机的原动机机械功率P₀仍保持常数P_m，因而，在故障期间发电机将加速，功角都将增大，直到故障被清除时，δ₁增大到δ₂、δ_a1增大到δ_a2，两个系统加速的能量面积分别为A₁、A_a1。在故障清除后，传输的电功率P大于输入发电机的原动机机械功率P_m，因而发电机将减速。然而，由于积累的机械速度已大于同步速度，故功角仍继续增大，直到加速面积等于减速面积时功角达到δ₃、δ_3a才停止。由图6-42的P、δ曲线及加、减速面积A₁、A₂、A_a1、Aa2和清除故障时的功角δ₃、δ_a3，以及临界稳定功角δ_crit、δ_acrit可以确定暂态稳定裕度A_margin和A_amargin。A_margin是在δ₃～δ_crit区间P_m与功率P曲线所包围的面积，Aamargin是在δa3～δacrit区间P_m与功率P曲线所包围的面积。(www.xing528.com)

图6-42 简单双发电机电力系统暂态稳定极限的等面积准则示意图

对比图6-42a、b可以看到有相角调节器时的A_amargin比无相角调节器时的A_margin大得多，即采用相位角调节的系统的暂态稳定裕度明显增加。但与靠增大最大传输功率极限值P_max（如串联电容补偿，串联补偿注入补偿电压V_q的数值，或并联补偿提高节点电压等）的串并联补偿不同，串、并联补偿是通过增加未补偿线路的最大传输极限能力来提高系统的暂态稳定性能；而相位角调节器是通过保持系统在一个δ区域内[（π/2-β_max）<δ<（π/2+β_max）]都处于最大传输极限能力点来改善系统的暂态稳定性能。增加的暂态稳定裕度与移相相角范围β_max的大小有关，它最终由相角调节器额定功率容量决定。