平等面积准则是什么?
平等面积准则的定义
平等面积准则是确定单机或双机系统对无限母线的暂态稳定性的图形方法。
用于稳定性的平等面积准则
在无损线路上,传输的实际功率将是 假设同步电机在稳态运行时发生故障。此时,输送的功率由下式给出:
要清除故障,受影响部分的断路器必须打开。这大约需要5到6个周期,随后的故障后暂态过程将持续几个周期。
由蒸汽轮机驱动的原动机提供输入功率。涡轮质量系统的时滞为几秒钟,而电气系统的时滞为毫秒级。因此,在电气暂态过程中,机械功率保持稳定。暂态研究关注电力系统从故障中恢复并以新的负载角度(δ)提供稳定功率的能力。
考虑图1所示的功率角曲线。想象一个系统在δ0角度上输送‘Pm’功率(如图2所示),并在稳态下工作。当发生故障时;断路器打开,实际功率降为零。但Pm将保持稳定。结果是加速功率。
功率差异会导致转子质量内储存的动能变化率。因此,由于非零加速功率的稳定影响,转子将加速。结果,负载角度(δ)将增加。
现在,我们可以考虑一个角度δc,在该角度处断路器重新闭合。然后功率将回到正常运行曲线。此时,电功率将高于机械功率。但是,加速功率(Pa)将是负值。因此,机器将减速。由于转子质量的惯性,负载功率角将继续增加。这种负载功率角的增加最终会停止,机器的转子将开始减速,否则系统的同步将丢失。
摆动方程为:
Pm → 机械功率
Pe → 电功率
δ → 负载角度
H → 惯性常数
ωs → 同步速度
我们知道,
将方程(2)代入方程(1),我们得到:
现在,将dt乘以方程(3)的两边,并在两个任意负载角度δ0和δc之间积分。然后我们得到:
假设发电机在负载角度δ0时静止。我们知道:
在故障发生时,机器将开始加速。当故障被清除时,它将继续增加速度,直到达到峰值(δc)。此时,
因此,从方程(4)中的加速面积为:
同样地,减速面积为:
接下来,我们可以假设线路在负载角度δc处重新闭合。在这种情况下,加速面积大于减速面积。
A1 > A2。发电机的负载角度将超过点δm。超过这一点后,机械功率大于电功率,迫使加速功率保持正值。在减速之前,发电机因此会加速。结果,系统将变得不稳定。
当A2 > A1时,系统将在再次加速之前完全减速。这里,转子的惯性将迫使连续的加速和减速面积比前一次更小。结果,系统将达到稳态。
当A2 = A1时,稳定性极限的边界由这个条件定义。这里的清除角度为δcr,即临界清除角度。
因为A2 = A1。我们得到:
临界清除角度与面积相等有关,称为平等面积准则。它可以用来找出系统在不越过稳定性极限的情况下所能承受的最大负荷。
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