同步电机模型是分析和确保电力系统暂态稳定性的基本工具。该模型简化了平衡三相正序条件下同步电机的表示,假设恒定激励并忽略损耗和饱和。该模型对于理解连接到电网的同步发电机的行为(特别是在瞬态事件期间)至关重要。
在这个模型中,每台发电机都连接到一个系统,该系统包括输电线、变压器、负载和其他机器,所有这些都由系统电抗后面的无限母线表示。无限母线概念假设电压幅度、相位和频率恒定,作为系统稳定性分析的参考点。
当考虑连接到电网的同步发电机时,其输出功率是机器功率角 (δ) 的正弦函数。此关系表示为:
其中 V_bus 为母线电压,E^’ 为发电机内部电压,X_eq 为电抗。在瞬态事件期间,假设内部电压 E 和母线电压 V 保持不变,从而简化功率计算。
等面积准则是一种图形方法,用于评估机械功率突然变化后系统的稳定性。当发生阶跃变化时,同步电机的转子会由于惯性而加速,超过其最终稳定状态位置,然后通过机械和电气损耗的阻尼效应稳定下来。该准则指出,代表加速功率(机械功率减去电气功率)的面积必须等于代表减速功率的面积,系统才能返回到稳定的工作点。
等面积准则对于分析连接到无限母线的单台机器或两台互连机器特别有用。对于更复杂的多机系统,瞬态稳定性分析需要使用数值积分技术求解每台机器的非线性摆动方程。这种方法考虑了多台发电机之间的相互作用,并确定了整个系统的稳定性和每台发电机可以承受的最大功率角。
总之,同步电机模型,辅以等面积准则和数值积分方法,为分析和确保电力系统的暂态稳定性提供了一个强大的框架。理解这些概念对于维持电网稳定性至关重要,尤其是在面对干扰和变化的运行条件时。
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