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【摘要】发电机的稳定问题，在我国是按照静态、暂态、动态划分的，同步发电机在运行中经受微小的扰动后，若能够自动保持同步运行，则说明该机具有静态稳定运行的能力。运行中的发电机负荷有时也会发生大的变化，这会对发电机产生大的扰动，此时发电机能否保持同步运行就是属于暂态和动态的问题了。
【关键词】发电机；静态稳定；暂态稳定；动态稳定
同步发电机在运行中除负荷有缓慢或微小的变化外，突变也会时有发生，这会对发电机产生大的扰动。现将发电机的静态稳定、暂态稳定、动态稳定做一简要的分析。
一、静态稳定
电力用户中的用电负荷随时都在发生变化，造成电力负荷也会随之波动，对发电机而言，几乎能够立即适应负荷的变化；但对于原动机来说，由于受到调速机构灵敏度的限制和时滞等，却不能立即适应这种这种变化。此时发电机应能承受這种扰动，迅速恢复同步稳定运行，这是电力系统维持正常生产的基本条件。
下面用功角特性分析发电机稳定性。
设原动机输入的功率为P1，在发电机的功角特性曲线上，对应于P1可能有两个平衡点a和b（见图1），其对应的功角为δa和δb。但实际上只有在a点才能实现稳定运行。因为在a点运行时，若负荷波动引起有功率有微量的减少，发电机转速则加快，功角将变为δa+△δa=δa’，发电机的功率随之增加△Pa，其工作点波动到a’。但此时气门开度未变，原动机输入的功率并不会因δ角变化而改变。因此，功角虽有微小变化，输入功率仍保持在P1值。发电机有功负荷减少的结果，破坏了发电机与原动机之间的转矩平衡，并且发电机的电磁转矩超过了原动机输入的转矩，剩余转矩△M〈0，故对发电机转轴起制动作用，使发电机转速减慢，引起功角δ向减小的方向移动，一旦扰动消失，发电机便回到a点运行。同理，如果负荷波动使有功功率微量的增加，剩余转矩△M〉0，则使发电机转速加快，使功角δ向增大的方向移动，最后发电机也回到a点运行，因此a点是能实现稳定运行得点。
而b点则不同，当功角增加△δb时却带来发电机的功率减少。由此出现的剩余转矩促使转子加速，δ角更加大，又使输出功率减少，制动转矩再减小，致使发电机无法达到功率平衡状态。转速更加快的结果，造成发电机失去同步，所以b点是不能稳定运行的点，实践中也不可能存在这种运行状态。
二、暂态稳定
暂态稳定性主要指发电机在切除故障线路造成的大扰动中保持稳定的运行能力。发生暂态不稳定过程的时间较短，主要发生在事故后发电机转子第一摆动周期内。
假设大扰动是由发电机双回路供电线路中的一条发生短路故障引起的。此时发电机功角特性曲线与功角的变化曲线如图（2）所示.
图（2）（a）中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为正常运行、短路故障存在、故障线路切除后单回路线路运行时的功角特性曲线。由该图可看出短路故障存在、单回线路运行，其功率极限值均比故障前正常运行时下降。设原动机的功率为P1，发电机迟相稳定运行与曲线Ⅰ的a点，电磁功率Pa=P1，功角为δ1。在故障发生的瞬间，发电机的电参数急剧变化，但由于惯性原动机来不及调整功率，功角仍未δ1，故运行点移至曲线Ⅱ的b点，使发电机有功负荷减少。由于功率供求平衡被破坏，将产生剩余转矩△M〉0，促使转子开始加速，功角开始增加，运行点由点b向点c变化。如果在点c是故障被切除，功率特性则变化为曲线Ⅲ，运行点又移至点e运行。同样，由于惯性促使点e向点f变化。在向点f变化的过程中，发电机的负荷大于原动机的功率。剩余转矩 △M〈0，转子功角变化的速度逐渐减慢，当到达f点时，消耗完加速能量而达到功角最大值δmax。其后，则由于原动机功率受限制，功角开始向减小的方向摆动，在点b处达到功率平衡。同样，由于惯性作用不能立即稳定，而要越过点h向点k变化，如此在点h附近震荡几次，最后稳定在点h运行。
图（2）（a）中abcd围成的面积称为“加速”面积，表示转子加速期间储存的动能，即是加速转矩对转子所做的功。而defg围成的面积称“减速”面积，在减速的过程中能量全部归还系统，因此它表示减速转矩所做的功。当加速面积小于或等于减速面积时，机组就具有暂态稳定性。
图（2）（b）对应于图（2）（a），是发电机运行点变化过程中的功角变化曲线图。该图中t0～t1为短路发生后至故障切除的时段；t1～t2为故障切除后至转子功角摇摆到最大值的时段；t2～t3为功角摇摆最大到次大值的时段。随着功角摇摆进入衰减过程，该机逐渐趋于稳定。
如果故障切除较慢，假设在运行点沿着曲线Ⅱ移至点R处切除，则发电机加速过程延长，加速面积将增大。若减速面积小于加速面积会出现加速失调，机组失去暂态稳定。
为了提高暂态稳定性，应减小加速面积或增大减速面积。尽快地切除故障，可以减小加速面积。若同时提供强行励磁，并且励磁电压增长速度较快，使故障切除后的发电机电势能够迅速提高，从而能迅速增加功率输出，则可以实现减速面积的增大。强行励磁对发电机暂态稳定的影响可由图（3）进行分析。
图（3）中功率曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，初始工作点a到点b的过程与图（2）（a）的情况相同。不同的是故障时强行励磁立即动作，励磁电流开始增加，此时功率特性曲线为bc’（如果强励动作存在时延，是从b’开始增加），这样在故障切除前能使加速面积减小（由abcd减为abc’d）。在故障切除后，因励磁电流增大，也能增大加速面积（由defg增大到de’f’g），使发电机功角由图（2）（a）中的δmax降为δ'max，从而提高了暂态稳定性。
三、动态稳定性
动态稳定性主要指遭受大扰动后发电机恢复和保持稳定状态的能力，在动态稳定过程中的主要现象是发电机的功角及各电气量发生随时间增长的震荡或发生等幅震荡，这一震荡过程较长，可以持续到几秒到几十秒的时间。例如故障消除后功率波动不是逐渐减小，反而趋向于逐渐增大或等幅震荡。为了抑制震荡，提高静态稳定的方法之一是借助于励磁调节装置提高制动转矩，使发电机在加速时加强励磁，以减小加速面积；发电机在减速时减弱励磁，减小加速面积。这样，可实现发电机在平衡点附近运行的震荡平息，此即为励磁调节对动态稳定的影响和作用原理。由此可见。自动励磁调节装置保持投入和良好状态，是发电机在电网运行中保持和提高稳定性的一个极为重要的措施。
【关键词】发电机；静态稳定；暂态稳定；动态稳定
同步发电机在运行中除负荷有缓慢或微小的变化外，突变也会时有发生，这会对发电机产生大的扰动。现将发电机的静态稳定、暂态稳定、动态稳定做一简要的分析。
一、静态稳定
电力用户中的用电负荷随时都在发生变化，造成电力负荷也会随之波动，对发电机而言，几乎能够立即适应负荷的变化；但对于原动机来说，由于受到调速机构灵敏度的限制和时滞等，却不能立即适应这种这种变化。此时发电机应能承受這种扰动，迅速恢复同步稳定运行，这是电力系统维持正常生产的基本条件。
下面用功角特性分析发电机稳定性。
设原动机输入的功率为P1，在发电机的功角特性曲线上，对应于P1可能有两个平衡点a和b（见图1），其对应的功角为δa和δb。但实际上只有在a点才能实现稳定运行。因为在a点运行时，若负荷波动引起有功率有微量的减少，发电机转速则加快，功角将变为δa+△δa=δa’，发电机的功率随之增加△Pa，其工作点波动到a’。但此时气门开度未变，原动机输入的功率并不会因δ角变化而改变。因此，功角虽有微小变化，输入功率仍保持在P1值。发电机有功负荷减少的结果，破坏了发电机与原动机之间的转矩平衡，并且发电机的电磁转矩超过了原动机输入的转矩，剩余转矩△M〈0，故对发电机转轴起制动作用，使发电机转速减慢，引起功角δ向减小的方向移动，一旦扰动消失，发电机便回到a点运行。同理，如果负荷波动使有功功率微量的增加，剩余转矩△M〉0，则使发电机转速加快，使功角δ向增大的方向移动，最后发电机也回到a点运行，因此a点是能实现稳定运行得点。
而b点则不同，当功角增加△δb时却带来发电机的功率减少。由此出现的剩余转矩促使转子加速，δ角更加大，又使输出功率减少，制动转矩再减小，致使发电机无法达到功率平衡状态。转速更加快的结果，造成发电机失去同步，所以b点是不能稳定运行的点，实践中也不可能存在这种运行状态。
二、暂态稳定
暂态稳定性主要指发电机在切除故障线路造成的大扰动中保持稳定的运行能力。发生暂态不稳定过程的时间较短，主要发生在事故后发电机转子第一摆动周期内。
假设大扰动是由发电机双回路供电线路中的一条发生短路故障引起的。此时发电机功角特性曲线与功角的变化曲线如图（2）所示.
图（2）（a）中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为正常运行、短路故障存在、故障线路切除后单回路线路运行时的功角特性曲线。由该图可看出短路故障存在、单回线路运行，其功率极限值均比故障前正常运行时下降。设原动机的功率为P1，发电机迟相稳定运行与曲线Ⅰ的a点，电磁功率Pa=P1，功角为δ1。在故障发生的瞬间，发电机的电参数急剧变化，但由于惯性原动机来不及调整功率，功角仍未δ1，故运行点移至曲线Ⅱ的b点，使发电机有功负荷减少。由于功率供求平衡被破坏，将产生剩余转矩△M〉0，促使转子开始加速，功角开始增加，运行点由点b向点c变化。如果在点c是故障被切除，功率特性则变化为曲线Ⅲ，运行点又移至点e运行。同样，由于惯性促使点e向点f变化。在向点f变化的过程中，发电机的负荷大于原动机的功率。剩余转矩 △M〈0，转子功角变化的速度逐渐减慢，当到达f点时，消耗完加速能量而达到功角最大值δmax。其后，则由于原动机功率受限制，功角开始向减小的方向摆动，在点b处达到功率平衡。同样，由于惯性作用不能立即稳定，而要越过点h向点k变化，如此在点h附近震荡几次，最后稳定在点h运行。
图（2）（a）中abcd围成的面积称为“加速”面积，表示转子加速期间储存的动能，即是加速转矩对转子所做的功。而defg围成的面积称“减速”面积，在减速的过程中能量全部归还系统，因此它表示减速转矩所做的功。当加速面积小于或等于减速面积时，机组就具有暂态稳定性。
图（2）（b）对应于图（2）（a），是发电机运行点变化过程中的功角变化曲线图。该图中t0～t1为短路发生后至故障切除的时段；t1～t2为故障切除后至转子功角摇摆到最大值的时段；t2～t3为功角摇摆最大到次大值的时段。随着功角摇摆进入衰减过程，该机逐渐趋于稳定。
如果故障切除较慢，假设在运行点沿着曲线Ⅱ移至点R处切除，则发电机加速过程延长，加速面积将增大。若减速面积小于加速面积会出现加速失调，机组失去暂态稳定。
为了提高暂态稳定性，应减小加速面积或增大减速面积。尽快地切除故障，可以减小加速面积。若同时提供强行励磁，并且励磁电压增长速度较快，使故障切除后的发电机电势能够迅速提高，从而能迅速增加功率输出，则可以实现减速面积的增大。强行励磁对发电机暂态稳定的影响可由图（3）进行分析。
图（3）中功率曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，初始工作点a到点b的过程与图（2）（a）的情况相同。不同的是故障时强行励磁立即动作，励磁电流开始增加，此时功率特性曲线为bc’（如果强励动作存在时延，是从b’开始增加），这样在故障切除前能使加速面积减小（由abcd减为abc’d）。在故障切除后，因励磁电流增大，也能增大加速面积（由defg增大到de’f’g），使发电机功角由图（2）（a）中的δmax降为δ'max，从而提高了暂态稳定性。
三、动态稳定性
动态稳定性主要指遭受大扰动后发电机恢复和保持稳定状态的能力，在动态稳定过程中的主要现象是发电机的功角及各电气量发生随时间增长的震荡或发生等幅震荡，这一震荡过程较长，可以持续到几秒到几十秒的时间。例如故障消除后功率波动不是逐渐减小，反而趋向于逐渐增大或等幅震荡。为了抑制震荡，提高静态稳定的方法之一是借助于励磁调节装置提高制动转矩，使发电机在加速时加强励磁，以减小加速面积；发电机在减速时减弱励磁，减小加速面积。这样，可实现发电机在平衡点附近运行的震荡平息，此即为励磁调节对动态稳定的影响和作用原理。由此可见。自动励磁调节装置保持投入和良好状态，是发电机在电网运行中保持和提高稳定性的一个极为重要的措施。