同步发电机并联运行的静态稳定性优化方法

电力系统运行的静态稳定性包括同步发电机并联运行的静态稳定性和负荷的静态稳定性两个方面。下面以图10-1所示的简单电力系统分析系统的静态稳定性。

分析发电机的功角特性方程以及功角特性曲线。

假定系统在某正常运行状态下，原动机输入的有效机械功率为PT，发电机输出的电磁功率为P0，显然，P0＝PT。由图10-4可见，当原动机输入的有效机械功率PT给定后，在功角特性曲线上只有a、b两个能保持功率平衡的运行点，两个运行点对应的功率角分别为δa和δb。

发电机运行于a点时，当系统受到小扰动后能自动恢复到原来的平衡状态，系统是静态稳定的。具体分析如下：

若系统出现某种瞬时性小扰动后使功角δ∂增加了一个微小增量Δδ，运行点到a′点，则发电机输出的电磁功率为图中a′点对应值，而原动机机械功率PT仍保持不变，因此，发电机输出的电磁功率大于原动机输入的机械功率，发电机转子转矩平衡遭破坏，发电机转子将减速，δ将减小，运行点向原始的a点运动。同样，若系统出现某种瞬时性小扰动使功角δa减小了Δδ，则发电机运行于a″点。这时发电机输出的电磁功率小于原动机输入的机械功率，转子将加速，δ将增加，运行点又回到了原始的a点。

发电机运行在b点时，当系统受到小扰动后，不是转移到a点，就是与系统失去同步。所以，b点是不稳定的。具体分析如下：

若系统出现某种瞬时性小扰动，使功角δb增加了微小增量Δδ，发电机运行到b′点，则发电机输出的电磁功率小于原动机输入的机械功率，发电机转子加速，δ将继续增大，与之对应的电磁功率将继续减小。这样下去，功角会不断增加，运行点再也不能回到b点。δ角的不断增大标志着发电机与无限大容量系统非周期性的失去同步，即系统失去了稳定性。若系统在b点运行时受到小扰动，使功角δb获得负的增量，运行到b″点。b″点对应电磁功率大于机械功率，因而转子减速，δ将一直减小，最后稳定在a点。

实际上，系统在受到小扰动后，功角δ在回到稳定运行点的过程是有阻尼振荡的。

进一步观察分析图10-4所示的功角特性曲线，分析a、b两个运行点的异同可知：

在功角特性曲线的上升部分（即0°≤δ＜90°区间），任何一点对小扰动的响应都与a点相同，都是静态稳定的。

在功角特性曲线的下降部分（即90°＜δ≤180°区间），任何一点对小动扰的响应都与b点相同，都是静态不稳定。

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图10-4　简单电力系统的功角特性曲线

由上分析可知，在功率特性的上升部分电磁功率增量ΔP和功角增呈Δδ总是具有相同的符号；而在功率特性的下降部分，ΔP和Δδ总是具有相反的符号，据此可得简单电力系统静态稳定的实用判据：

在静态稳定临界状态下发电机能够输出的最大电磁功率，又称为系统的静态稳定极限功率，用PS1表示。

为了确保安全运行，电力系统不应该在接近静态稳定的临界点附近运行，而应保持有一定的静态稳定裕度。系统的静态稳定裕度通常用静态稳定储备系统Kp表示。静态稳定储备系数定义为

式中 PS1——表示静态稳定极限功率；

P0——表示运行点发电机输出的电磁功率。

我国现行的《电力系统安全稳定导则》规定：

（1）正常运行方式和正常检修运行方式下，KP≥15%～20%；

（2）事故后运行方式和特殊运行方式下，KP≥10%。

KP太大，不利于有效利用系统中的发电设备；KP太小，系统的安全可靠性太低。