1.3.2 发电机阻尼对小扰动功角稳定的影响

同步发电机阻尼在电力系统小扰动功角稳定性中有十分重要的作用。以图1.3中的简单电力系统为分析对象，不考虑阻尼作用时，式（1.4）给出了送端发电机的线性化转子运动方程。

式中，TJ为同步发电机的惯性时间常数；ωN为同步转速；K为整步功率系数；Δδ为功角偏离稳定运行点的角度。

上述分析未考虑励磁调节器的作用。事实上，同步发电机负阻尼的一个主要来源就是快速调节的高增益自动电压调节器。自动电压调节器的主要功能是调整发电机的励磁水平维持机端电压不变。已有研究发现，增加强行励磁能力和降低励磁系统的响应时间有助于暂态稳定性，但是这可能会提供大量的负阻尼，导致同步发电机的阻尼转矩减小。因此，励磁系统虽然有助于增强电力系统的暂态稳定性，但是自动电压调节器的反馈控制可能提供负阻尼，引发自发振荡。

为了进一步阐述自动电压调节器的阻尼效应，通过转子转矩分量反映含有自动电压调节器的励磁系统作用。以下分析仅考虑自动电压调节器的阻尼效应。在小扰动下，电磁转矩变化量ΔTe可以通过两部分描述：比例于功角变化量的同步转矩分量（KsΔδ）和比例于角速度变化量的阻尼转矩分量（KDΔω）。

式中，Δω=dδ/dt；Ks为与同步转矩有关的系数；KD为与阻尼转矩有关的系数。

对于给定的稳定平衡点，当功角增加时，若Ks>0，则同步转矩分量（KsΔδ）试图让转子减速且朝原来的稳定平衡点运动。若KD>0，那么当转子转速大于同步转速时，阻尼转矩试图让转子减速且朝原来的稳定平衡点运动。因此，当同时有正的同步转矩和正的阻尼转矩作用在转子上时，发电机能够保持静态功角稳定状态。图1.8和图1.9描述了两个转矩分量与相应的电力系统状态之间的关系。小扰动功角稳定性的详细定量分析方法详见于本书第5章。

图1.8 正同步转矩分量和正阻尼转矩分量（稳定状态）

图1.9 正同步转矩分量和负阻尼转矩分量（不稳定状态）