柴油發電機組并聯運行的動態穩定性概念(1)

靜態穩定只是發電機并聯運行的必要條件，還不能說明系統在遭受急劇擾動時保持同步運行的能力。以電網發生短路為例來說明這一問題。當電網發生短路的時候，各發電機的功角特性及其輸出功率都會發生突然變化。比如在母線附近發生短路，母線電壓接近于零，發電機間就完全失去聯系和影響。由于柴油機調速器具有一定慣性，原動機功率并不會立即改變，各發電機轉子在柴油機剩余功率的作用下被加速（也可能減速），每臺機組的加速情況取決于該機組的機械慣性、電氣特性、短路前的運行參數，以及短路阻抗和短路持續時間。因此，在短路被切除以后，不但各發電機轉子的相對位置發生了變化，而且轉速也不相一致，發電機轉子能否經過一定的相對擺動恢復同步運行，就要看各機組所具有的動能以及柴油機剩余力矩的大小和方向了。為了定性地說明問題，只相對地看某一臺發電機轉子的擺動過程，而不考慮其他機組動態過程的影響。
假定在短路被切除以后，某臺發電機具有圖9.7所示的功角特性，且此時發電機的功角為θa，并假定此刻發電機轉子和電網的電壓矢量具有相同的轉速，即相對速度v為零。則在柴油機剩余功率的作用下，發電機轉子由θa被加速，θ角逐漸增大，在到達b點以前，柴油機轉矩總是大于發電機轉矩，加速過程一直要延續到b點為止。當θ=θb時，發電機輸出功率和柴油機功率相平衡，剩余轉矩為零，相對轉速v不再增加而達最大值。由于此時發電機轉子的轉速大于電壓矢量的轉速，發電機轉子將借助慣性越過b 點，繼續增大θ角，但是剩余功率改變了符號，發電機轉子開始減速，直到c點，發電機的相對速度v為零，θ角達最大值，在剩余轉矩的作用下，轉子開始了相反的運動過程。發電機在加速過程中所獲得的動能可用加速面積a'ab表示，在減速過程中所消耗的動能可用減速面積bcc'表示，根據能量守恒原則，加速面積和減速面積應該相等。很顯然，減速面積的最大值為bcb'b，如果加速面積小于這一最大值（圖9.7中所示情況），則發電機轉子在阻尼因素的作用下，經過若干擺動之后，便可穩定在6點，說明系統經過短路這一擾動后，具有功態穩定性；如果加速面積大于bcb'b，則發電機轉子的運動將越過6'點，柴油機的剩余轉矩再次改變符號，使發電機轉子進一步加速，直至失去同步，因此系統不具備動態穩定性。

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