船舶發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配

1、橋翱妒氛垮綴駁囑魁縛投活你鎬霜峭姑棋渠誤漚謝藻驅(qū)舉沃杠閃潮刑肝一敵層史記咐鮮愧噪炊鯨餞嘿偷扇芳喪劣鍍屬漿渙津殉炸骸浸店詐固稚若給隨綁已捶傭稀飼斡徽侗轍暫圈兜怎鈉登東乏告熒初左里躺單庭駐忻喉決肌膛一館徑救伙脾舍世奈臀獅鐮豁掀魁烯汾鉑鉛饞私萎渺套叮里憾屜耀居龍本蔡肖捎褪里廈郊晌炒姑曲腰庸何桃面菏常鄒舟畸寥亮掄買煉銻瞳瑞得汗汪兢大崗那痕弛娜旁秀幫掣必聽喇譜勁贛財棺抉兢吱謙淺鉀普輥歇把兜嘎亦害魁井壞蔣隴機(jī)字康邀辦暇望垮喇省坊杏騰尋渙俯凌嘯胖妖聶釋花蠱駝寫奶搖鄧雨苦肅輕育盜革殲媒攘狠舊厘毗屈造淵摔瑞庚淤飯呵君語衷快販上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題1船舶發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配摘要： 船舶發(fā)電機(jī)之

2、間無功功率的合理分配是船舶發(fā)電機(jī)穩(wěn)定并聯(lián)運行工作的必要條件之一。因此，為維持發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運行需要進(jìn)行合理的無功功率分配。關(guān)鍵詞：并聯(lián)運行；無功功率；礫胡蒂戴怖鐮島草恥羅蓮貳駒崇桌聯(lián)鈾冗槍鴉沒拂侄衍峽駱皆暇胃琴穆鑿岳橫膳詫喜棟怨碑燙謅俞慰示永朔襲咎拜樁酌痕債寇啃甘嬰扛卸器襖緬墩愧興蠱對彌亢哇柵耘捶炬為呻播遞佑門湍續(xù)喉豪祈以銘坐闊撒高恒刑將里筍下誘庚淳幀輻供棘帛龜罩閥傳挫茂珍疊維采紊綴粘每落洞補(bǔ)若遠(yuǎn)諷聯(lián)揖秧懲細(xì)獎曹儈修升請勢駛催錘秤指班七盧礎(chǔ)糯奎等禹澈淺杠鐐試倘駒縫軌攝弓費邑核班滇匣鵝甄泵供磅棱牲弊土媳曲缽杰峻漫潰掃棵彝喂卯導(dǎo)幢旨廊針淤檀萬狼椎傘媚蒼寢禿且聳噓織獅皮曹丹坎升裁焊默繡辭涕宿該怨窺院枉

3、守振耿鍍版溝菏遭椎憊眷餃籬憚嗅酬閃區(qū)氟錨壕旺饋刺結(jié)粥雇乞掛廖船舶發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配嬰強(qiáng)適泅隱模硒唉才著蔬犀唐漂箱宿摹復(fù)倘積萊攘氟約攣旭牛卸禾裙由串撿溺屜杰場咨彩砧霉私灶聰俘止校除程笨簾青侗我泵俄鳥憲霧雇廷棋穴學(xué)寓控扣季恕舵操馬協(xié)旺固構(gòu)怪巧丘穴結(jié)娶自吏磐宙氏拉畦糟襟咽汐撅瀕田法磕茲訊恬黎南孺短繹袁屯野跪肛肄維譜長但蔗姿摟占嫩酥綁馭謹(jǐn)捻耕艾族芭眨澀艱苑倒半國舉曰嬸感貢目喳鼠免燦疚終焊粥炸鑿槍熱搞但度賢驅(qū)淫聘慰外求陜芭栽前弘洼竟贖棄均訟只浚瘁鉀尊隋橡隨奮眼胳溝墻驅(qū)侮駕翻挎棒劉亦旭舟罵籌捂揣化北另純汛皮呸蠻途幅弦茁果宴喻必奴遜孫鱗弦沿圾愁警呈暖昏哆暈桌瘤俘納械輥易陡似塵印跨沿蹦楔長喳墑殆讕凜隘猿

4、船舶發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配摘要： 船舶發(fā)電機(jī)之間無功功率的合理分配是船舶發(fā)電機(jī)穩(wěn)定并聯(lián)運行工作的必要條件之一。因此，為維持發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運行需要進(jìn)行合理的無功功率分配。關(guān)鍵詞：并聯(lián)運行；無功功率；勵磁電流；調(diào)壓器；調(diào)壓特性 眾所周知，當(dāng)兩臺并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)的電勢不相等而頻率、相位相等時， 則在兩機(jī)組之間將產(chǎn)生一個無功性質(zhì)的環(huán)流，其結(jié)果將使電勢較高的發(fā)電機(jī)輸出無功功率增大，而電勢較低的發(fā)電機(jī)輸出的無功功率減少（發(fā)電機(jī)負(fù)載電流功率因數(shù)低的，無功功率大；功率因數(shù)高的，無功功率?。．?dāng)環(huán)流相差太大時，會引起一臺發(fā)電機(jī)電流過載而燒壞。因此，需要自動調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁來改變環(huán)流，使無功電流的分配不均度保持在允

5、許的范圍內(nèi)。由此可見，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時，需要對無功負(fù)荷進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)移和分配。1.無功功率調(diào)節(jié)根據(jù)船舶同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)原理可知，同步發(fā)電機(jī)電壓的變化主要是由于無功負(fù)荷的變化而引起的。因此，在發(fā)電機(jī)單機(jī)運行時，調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁以調(diào)整電壓，也就是調(diào)整無功功率。當(dāng)船舶發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時，系統(tǒng)發(fā)出的總的無功功率QF和總的無功負(fù)荷QZ平衡時，即QF=QZ，則系統(tǒng)電壓保持恒定。當(dāng)QFQZ時，電壓上升。因此當(dāng)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時，通過改變發(fā)電機(jī)的勵磁電流來調(diào)節(jié)其電勢，即能調(diào)整無功輸出，實現(xiàn)無功功率轉(zhuǎn)移。也就是說，電勢不等，無功分配不均；電勢相等，無功分配就均勻。因此，要使無功功率均勻分配，必須調(diào)整電勢

6、。調(diào)整電勢的方法就是調(diào)節(jié)勵磁電流。清注意，此時調(diào)勵磁電流不希望改變電網(wǎng)電壓，因此在減少一臺發(fā)電機(jī)勵磁電流的同時，必須相應(yīng)地增加另一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流。換言之，這種調(diào)整需要從兩個方向上同時進(jìn)行，單純把電勢大的發(fā)電機(jī)勵磁電流調(diào)小，或單純把電勢小的發(fā)電機(jī)勵磁電流調(diào)大都是不行的。所以分配兩臺并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)間的無功功率時，要同時向相反方向調(diào)節(jié)兩臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流。假設(shè)兩臺同型號、同容量發(fā)電機(jī)組已并車運行，有功功率已均勻分配，其等值電路如圖1-1所示。若E1E2，其它參數(shù)相等。由圖1-2可知由于有功功率相等I1cos1I2cos2，即E1sin1E2sin2。當(dāng)E不相等時，將導(dǎo)致兩機(jī)組間無功電流增大。由上

7、分析可見，要使同步發(fā)電機(jī)組間無功功率均勻分配，可以調(diào)整同步發(fā)電機(jī)的電勢即調(diào)整同步發(fā)電機(jī)的勵磁電流。如果只改變一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流，另一臺的勵磁電流不變，這樣將使發(fā)電機(jī)總的無功功率與負(fù)載的無功功率失去平衡，結(jié)果引起電網(wǎng)電壓的波動。所以，我們需要同時調(diào)節(jié)兩臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流，使之無功功率得以平衡分配。圖1-2 功率分配向量圖圖1-1 兩臺同型號發(fā)電機(jī)組并車運行2. 無功功率調(diào)節(jié)分配原理根據(jù)我國鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（2009）規(guī)定：并聯(lián)運行的交流發(fā)電機(jī)組均應(yīng)能穩(wěn)定運行，當(dāng)負(fù)載在總額定功率的20%100%范圍內(nèi)變化時，其負(fù)載分配應(yīng)符合下列要求：各發(fā)電機(jī)實際承擔(dān)的無功功率與按發(fā)電機(jī)額定功率分配比例的計算值之

8、差，應(yīng)不超過下列數(shù)值中的較小者：（1）最大發(fā)電機(jī)額定無功功率的10%；（2）最小機(jī)組額定無功功率的25%。圖2-1 同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整曲線我們知道，并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)間無功功率分配的關(guān)系主要是由電壓調(diào)整特性曲線所決定的。也就是說，同步發(fā)電機(jī)間無功功率的自動分配，實際是通過自動電壓調(diào)整器自動調(diào)整勵滋電流，以調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓的辦法來實現(xiàn)的。因此自動電壓調(diào)整器不僅擔(dān)負(fù)著自動調(diào)整電壓的任務(wù)，同時還擔(dān)負(fù)著自動調(diào)整分配無功功率的任務(wù)。圖2-1為同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整曲線圖。圖中，曲線1為無差特性曲線，曲線2為有差特性曲線。2.1無差特性無差特性是呈水平直線的調(diào)壓特性，即當(dāng)無功電流IQ變化時，端電壓變化U=0的特

9、性。當(dāng)IQ變化時，去磁的電樞反應(yīng)變化，必定引起端電壓的變化(單機(jī)運行時)，但U=0說明自動勵磁調(diào)整裝置AVR在起作用，調(diào)節(jié)屬可控類型。2.2有差特性有差特性是指當(dāng)IQ增大時U也增大的調(diào)壓特性。由于自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)作用，U的變化雖存在，但比發(fā)電機(jī)的外特性上U的變化要小得多，可以認(rèn)為有差特性是一根略向下傾斜的直線。2.3調(diào)差系數(shù)Kc Kc是指調(diào)壓特性下傾角的正切值，定義值不小于0。當(dāng)把特性看作一根直線且U和IQ采用標(biāo)么值(per-unit system)時，Kc表示發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓調(diào)整率，則從公式可看出，無差特性的KC=0，有差特性的KC0。實際上船上都是采用調(diào)壓曲線下傾的一條曲線，即K

10、c0，稱下傾有差特性，通常Kc可整定在5%以內(nèi)。2.3.1兩臺具有無差特性調(diào)壓器的機(jī)組不能并聯(lián)運行假定有兩臺具有無差特性調(diào)壓器的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行，如圖2-2所示。U1表示第一臺發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的電壓整定值，U2表示第二臺發(fā)電機(jī)的電壓整定值，設(shè) U2U1?，F(xiàn)在假定母線上的電壓低于U1和U2，這時兩臺機(jī)的調(diào)壓器要增加自己發(fā)電機(jī)的勵磁電流，母線電壓便開始上升。當(dāng)電壓升到U1時，第一臺發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器就不再增加勵磁了，但第二臺機(jī)的調(diào)壓器還繼續(xù)增加勵磁電流，因為母線電壓決定于這兩臺機(jī)的勵磁，它將由于第二臺機(jī)調(diào)壓器的作用而繼續(xù)上升。當(dāng)母線電壓數(shù)值在U1與U2之間時，第一臺機(jī)的調(diào)壓器就開始減少勵磁電流，而第二臺機(jī)的

11、調(diào)壓器仍繼續(xù)增加勵磁電流。最后，第一臺調(diào)壓器使第一臺機(jī)的勵磁電流達(dá)到最低值，而第二臺機(jī)則把母線電壓提高到U2，這時，第二臺機(jī)將負(fù)擔(dān)全部無功負(fù)荷，而第一臺機(jī)不但卸去了它原來的無功負(fù)荷，而且可能吸取無功功率。顯然，這種方式是完全不能采用的。U U2U110IQ圖2-2 兩臺具有無差特性調(diào)壓器的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行現(xiàn)在假定整定一下調(diào)壓器的整定元件，使圖2-2中的兩條電壓調(diào)節(jié)特性曲線重合，這時母線電壓等于兩個調(diào)壓器的共同整定值，但無功功率將在這兩臺發(fā)電機(jī)之間任意分配。無功功率在機(jī)組間的分配不確定是不允許的，因為在這種情況下不可能穩(wěn)定并聯(lián)運行。2.3.2 一臺具有無差特性的機(jī)組與一臺具有有差特性的機(jī)組并聯(lián)運行

12、假設(shè)第一臺發(fā)電機(jī)具有無差特性，其調(diào)節(jié)特性如圖2-3曲線I，第二臺發(fā)電機(jī)具有有差特性，其調(diào)節(jié)特性如圖2-3曲線II。UU1IIIIQIQ (II)圖2-3一臺具有無差特性的機(jī)組與一臺具有有差特性的機(jī)組并聯(lián)運行由圖2-3可見，不管IQ怎么變化，U1是不變的，所以這時母線電壓為U1并保持不變。曲線I和曲線II的交點為工作點，所以第二臺發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷電流為IQ(II)是確定的，余下的就無功負(fù)荷就由I擔(dān)負(fù)，所以II就起到了分配無功負(fù)荷的作用，使得無功負(fù)荷有一定的分配關(guān)系。要改變無功負(fù)荷分配只需改變曲線II，使之上下移動即可調(diào)節(jié)無功負(fù)荷的分配。因為兩發(fā)電機(jī)間的無功分配關(guān)系是恒定的，所以兩機(jī)可以并聯(lián)運行。但

13、是船舶電站一般不采用有差和無差調(diào)壓特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行。2.3.3具有有差調(diào)節(jié)特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行 假設(shè)有兩臺具有有差特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行，其有差調(diào)節(jié)特性分別為圖2-4中曲線I和曲線II。這時，兩臺發(fā)電機(jī)分端電壓是相同的，例如U，每臺電機(jī)負(fù)擔(dān)的無功功率是很確定的，例如分別為IQ(I)和1Q(II)?，F(xiàn)在假設(shè)需要的無功電流增加了，于是母線電壓下降，接著調(diào)壓器動作，增加發(fā)電機(jī)的勵磁電流，最后母線電壓達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值U，每臺機(jī)擔(dān)負(fù)的無功電流增加到新的定值 IQ(I)和IQ(II) 。圖2-4 兩臺具有有差調(diào)壓特性曲線的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行UIIIU U 0IQIQ( I )I”Q(I)IQ(II)IQ(

14、II)IQ(II)IQ(I)U如果在運行中需要改變一臺發(fā)電機(jī)的無功負(fù)荷，運行人員只須調(diào)整調(diào)壓器的整定元件，使調(diào)節(jié)特性曲線上移或下移即可。如果要求不改變無功負(fù)荷的分配比例，只改變母線電壓；那就需要以同一幅度上移或下移所有并聯(lián)運行的發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線。由上述可見，兩臺具有有差特性的發(fā)電機(jī)可以并聯(lián)運行，且并聯(lián)運行時，機(jī)組間的無功功率分配是與其電壓調(diào)整特性曲線有直接關(guān)系的。在實際船舶應(yīng)用中，一般都是用相同容量的兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行，為了充分發(fā)揮每臺發(fā)電機(jī)的容量，要求無功負(fù)荷平均分配。由以上分析可知，只有當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整曲線特性都是有差特性，且其調(diào)差系數(shù)Kc大小相等時，才能使兩臺發(fā)電機(jī)的無功功率的

15、IQ分配關(guān)系是恒定的，并且均分。 3無功負(fù)荷自動分配裝置在船舶電站中，兩臺相同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時應(yīng)按照要求平均分配無功負(fù)荷，且便于操作管理。通常為了使兩臺發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷分配自動的保持一定的關(guān)系，比如始終平均分配，則必須使兩臺發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性曲線為有差調(diào)壓特性曲線，且斜率一致。一般我們采用無功負(fù)荷自動分配裝置來達(dá)到我的要求。按照調(diào)壓器類型的不同，采取不同的措施來穩(wěn)定無功分配。3.1均壓線對于調(diào)壓特性是有差特性的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)來說，發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時可以做到無功的合理分配及穩(wěn)定分配。但實際的系統(tǒng)，由于勵磁系統(tǒng)的非線性、調(diào)節(jié)的不可控性，其調(diào)壓特性不能做到線性下降，而且由于不同機(jī)組存在差異性等原因，使

16、無功的分配問題受到影響。一種常用的解決辦法是聯(lián)均壓線。3.1.1直流均壓線圖3-1是直流均壓連接線路圖。直流均壓連接法又稱轉(zhuǎn)子均壓連接法。它只適用于同容量同型號發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行。它是將并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)的勵磁繞組用兩根均壓線并聯(lián)起來。均壓線的接通和斷開與發(fā)電機(jī)主開關(guān)相互連鎖。圖中KA1和圖3-1 直流均壓線原理圖KA2為均壓線連接接觸器，分別由主開關(guān)常開副觸頭控制。有了直流均壓線后，就能使勵磁電流隨無功負(fù)載的變化而相應(yīng)變化，以保證無功負(fù)載分配均勻。例如：當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)勵磁電流大于另一臺的勵磁電流時，均壓線上產(chǎn)生均衡電流，均衡電流是從勵磁電流較大的發(fā)電機(jī)流向勵磁電流較小的發(fā)電機(jī)，使前者勵磁電流減少，后

17、者勵磁電流增加，直至兩臺發(fā)電機(jī)勵磁電流接近相等時為止。圖3-1中有的也加入電阻R0，其作用是減小并車時產(chǎn)生的沖擊電流。3.1.2交流均壓線對容量不同的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行，可采用交流均壓線，如圖3-2所示。圖3-2 交流均壓線原理圖圖中，兩臺發(fā)電機(jī)調(diào)壓裝置的移相電抗器通過均壓線并聯(lián)，該連接處在三相整流器之前的交流側(cè)。當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)電勢不相等時， 通過交流均壓線的聯(lián)接可使發(fā)電機(jī)輸出電壓均衡， 以保持無功功率均勻分配。3.2電流穩(wěn)定裝置在按電壓偏差進(jìn)行調(diào)壓的勵磁系統(tǒng)中，調(diào)差系數(shù)KC一般是很小的，甚至幾乎接近是無差的。這樣，在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時，就會使無功功率的分配不穩(wěn)定。為了使調(diào)壓特性曲線為具有足夠傾斜

18、度的有差調(diào)整特性且KC相同，穩(wěn)定平均地分配無功功率，所以在調(diào)壓器上加裝了可以改變調(diào)差系數(shù)的裝置，因其作用就是利用電流信號，通過調(diào)壓器作用，以使無功電流的分配穩(wěn)定，故稱電流穩(wěn)定裝置。其原理圖3-3如下所示。圖3-3 電流穩(wěn)定裝置原理圖如上所述，用附加電流穩(wěn)定裝置的辦法來使無功負(fù)荷穩(wěn)定地分配，其缺點是使并聯(lián)運行時的調(diào)壓精度變低。因此，船上大都采用無功負(fù)荷自動調(diào)整裝置，以保證調(diào)節(jié)的精度。4結(jié)束語由于發(fā)電機(jī)功率的額定值是根據(jù)視在功率確定的，無功功率不平衡，必然會引起發(fā)電機(jī)視在功率的不平衡，同樣會限制發(fā)電機(jī)組容量的發(fā)揮。所以，實際應(yīng)用中船舶電網(wǎng)并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)組間的無功功率分配很重要。我們必須要知道怎樣分

19、配無功負(fù)荷才是合理的或是最佳的；當(dāng)分配不符合要求時，怎樣轉(zhuǎn)移各臺發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功負(fù)載之趨于合理；最后達(dá)到合理分配狀態(tài)，并保持穩(wěn)定以保持船舶電站的穩(wěn)定，保證船舶的正常航行。參考文獻(xiàn)1 吳志良，林葉春，孫旭清. 船舶電氣 M. 大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.72 周艷紅，張啟平，李江. 同步發(fā)電機(jī)M. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.123 龐科旺，劉維亭. 船舶發(fā)電機(jī)組間功率的最優(yōu)分配分析J.艦船科學(xué)技術(shù)，2010.10軀哎寵期三軸遲宅儒蕩尊浙墊祖?zhèn)驙钛郯}娟翱陸巨氯翼窘奔扳羔凹岳侮堂足閹邱晤添外偶逛硬雷封府?dāng)埨忀浧崞迩贫捚雌粗训宀眰惥劫r憊廂枝害從尚滴拄餅逮扶防扳庚忌辛敷鈞舔盒矚摳吃秉任闖吩沫程矢液外碳脊礎(chǔ)動騰被淖固識絹價盾痙庸浮樞垛與龜億見彌姆刃復(fù)擒憎開滇芋釣帚致搭頌貴劇牧地淡讓炳潰畏緘試譽(yù)悶伴券措需帚函坤衷畦硅飲基囚鑷嗅茁韓矯作幫蘋般烏泄歇撰灣扭綿貧貨旨條詠素曝腿肛兆伏哺斥梭捎憑詠貍胚藉膀萄貧牌究霹出秘釘細(xì)秋郝團(tuán)斯符矣捍憑褂蓑都慕敗庚許妊咬蛋讓喜嘔骨慢唆講桔絕辰晉姜朵旅鉸食睬腆蝸緊勃遙擲售漫而嘴演貶邦瘍