電力系統(tǒng)的電磁功率特性PPT課件

1、第1頁/共39頁 簡單電力系統(tǒng)qdXX該系統(tǒng)的等值電路如圖。 13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性1.隱極同步發(fā)電機的功角特性第2頁/共39頁系統(tǒng)的總電抗為 LTdTLTddXXXXXXX2121(13.1) 定子繞組電壓方程式為： IjXUEdq(13.3) 以電壓 為參考相量，作出相量圖。U 圖13.1 簡單電力系統(tǒng) 第3頁/共39頁代入上式中得隱極發(fā)電機的功角特性方程sincosqdEIXsindqEqXUEP(13.4) P =P=UIcos Eq 當忽略系統(tǒng)中各元件的電阻和電導時，發(fā)電機的輸出功率 P 與輸送到無限大容量系統(tǒng)的功率P相等，Eq由相量圖可得第4頁/共39頁 E 和U為定值時，

2、得到隱極發(fā)電機的功角特性曲線。對應的功率最大值稱作功率極限， 即qdqMXUEP(13.5) 圖13.2 隱極發(fā)電機的功角特性 第5頁/共39頁qdXX由相量圖 qqIX=Usin qddEIXUcos 第6頁/共39頁則有：qqXUIsin(13.6) dqdXUEIcos(13.7) 當忽略各元件電阻時P =P=UIcos =UIcos(-) =UIcoscos+UIsinsin =UIq cos+UId sin (13.8)將(13.6)、(13.7)式代入式(13.8)中得凸極同步發(fā)電機的功角特性為 sin + sin2=EqdqEqXUEP)11(22dqXXUEqEqPP (13.

3、9)第7頁/共39頁其中 稱作基本電磁功率， 稱作附加電磁功率，又稱作磁阻功率。凸極發(fā)電機功角特性曲線如圖。EqPEqP 第8頁/共39頁13.2 自動勵磁調節(jié)器對功角特性的影響第9頁/共39頁1無自動勵磁調節(jié)器時發(fā)電機端電壓的變化 圖13.4無勵磁調節(jié)器的隱極機端電壓相量圖 對于無自動勵磁調節(jié)器的發(fā)電機，當負荷增大，即功角增加時，發(fā)電機端電壓 會降低；反之，當負荷減小時，發(fā)電機端電壓會升高，使發(fā)電機端電壓在運行時不斷的波動，對系統(tǒng)和用戶都會產(chǎn)生不利的影響。所以，發(fā)電機必須裝設自動勵磁調節(jié)器。GU第10頁/共39頁2.自動勵磁調節(jié)器對功角特性的影響 功率P和功角增大、 UG下降時，自動調節(jié)勵磁

4、系統(tǒng)將自動增大發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機空載電勢Eq 增大，直到發(fā)電機端電壓恢復到原來的數(shù)值UG(0)或接近于UG(0)為止。當功率連續(xù)變化時，便得到一條保持UG(0) 常數(shù)的功角特性曲線。圖13.5 自動調節(jié)勵磁系統(tǒng)對功角特性的影響第11頁/共39頁 實際運行中，自動勵磁系統(tǒng)并不能完全保持發(fā)電機端電壓U 不變，而是U 將隨功率P及功角的增大有所下降。介于保持E與U 之間的某一電勢為常數(shù)，例如發(fā)電機暫態(tài)電勢 為常數(shù)。如圖13.5中所示。由于 ， ，所以，維持 常數(shù)的自動勵磁調節(jié)器的性能不如維持 常數(shù)的調節(jié)器。qEGGqGUGmEqmPPUGmqmEqEGU第12頁/共39頁13.3（a）（13

5、.7）（13.10）將式（13.10）和（13.6）代入式（13.8）中整理后得:dqdXUEIcos(13.10) )1 (cosqdqdqqXXUXXEE(13.11) 2sin)11(2sin2dqdqqEXXUXUEP(13.12) 3.用 、 和 表示的功角特性（凸極發(fā)電機）qEEGU(1)用 表示的功角特性 qE第13頁/共39頁(2) 用 、 表示的功角特性EGU由圖13.3（a）的相量圖得sincosEIXdLTGLTUIXsincos故有 LTLTGdXUXEIsinsincos(13.13 ) cosUIPPPUGE(13.14) sindEXUEP(13.15) LTLT

6、GUGXUUPsin(13.16) 將式（13.13）代入式（13.14）得：第14頁/共39頁經(jīng)推導得：22)()(UXPUXQUEdd (13.17)sin) 1(sin1qdXXEU(13.18)22)()(UPXUQXUULTLTG(13.19)sin) 1(sin1qLTGLTXXUU (13.20) 與 、 與 是正弦函數(shù)關系，而 和 與 是較復雜的非正弦關系。EPUGPEPUGPLT第15頁/共39頁例題13.1 如圖13.1所示的簡單電力系統(tǒng)，各元件的參數(shù)如下：發(fā)電機G：MWPN300KVUN5 .1085. 0cosN95. 0Xd56. 0Xq0.22dX 變壓器T1: ,

7、10.5/242KV , 變壓器T2: ,220/121KV , 輸電線L: , L=200Km , /Km360NSMVA14% SU360NSMVA14% SUKVUN2204 . 0LX 運行情況：無限大系統(tǒng)母線吸收的功率為 , U=115KV 。 試計算當發(fā)電機保持 、 和 為常數(shù)時，發(fā)電機的功角特性方程。MWP2500,98. 0cos0qEqEGU 第16頁/共39頁解：1）求各元件參數(shù)取基準值 MVASB250KVUB115)110(KVUB209121/220115)220(選擇線路側為基本級，求各元件參數(shù)的標么值為發(fā)電機 MVAPSNNN94.35285. 0300cos90

8、2. 094.352250)2095 .10()5 .10242(95. 022dX531. 094.352250)2095 .10()5 .10242(56. 022qX209. 05 .352250)2095 .10()5 .10242(22. 022dX變壓器： 13. 0360250)209242(14. 021TX108. 0360250)209220(14. 022TX第17頁/共39頁線路229. 0)2092502004 . 0(212LX系統(tǒng)的綜合電抗為：676. 0467. 0209. 0998. 0467. 0531. 0369. 1467. 0902. 0467. 01

9、08. 0229. 013. 021LTddLTqqLTddTLTLTXXXXXXXXXXXXX第18頁/共39頁2）計算正常運行時的 、 和 qEqEGU運行參數(shù)的標么值為12502500P01048.1198. 0cos203. 0000tgPQ1115/115U由 得00IUS000048.1102. 1203. 01jjQPSI根據(jù)13.3圖所示的相量圖計算得01 .2319. 1467. 009. 1467. 0)203. 01 (1jjXI jUUULTGGG2418. 198. 0102. 1998. 0199. 01cossinUIXUtgq016.51068.39794. 0

10、16.51sin02. 1sin0IIdddqIXUEcos =1cos39.68+1.3690.794=1.857第19頁/共39頁3）功角特性方程qE為常數(shù)時 2sin2sin2qdqddqEqXXXXUXUEP2sin998. 0369. 1998. 0369. 121sin369. 11857. 12sin136. 0sin356. 12sin2sin2dqdqdqqEXXXXUXUEP2sin676. 0998. 0676. 0998. 021sin676. 01306. 12sin239. 0sin932. 1sin)1 (sin1qLTGGXXUUsin)998. 0467. 0

11、1 (19. 11sin1)sin447. 0(sin1)sin447. 0(sinsin467. 0119. 1sin1GLTGUGXUUP)sin447. 0(sinsin548. 21為常數(shù)時 qE為常數(shù)時 GU第20頁/共39頁13.3 復雜電力系統(tǒng)的功角特性兩臺無勵磁調節(jié)器的隱極發(fā)電機簡化后的等值電路第21頁/共39頁根據(jù)迭加原理，將它分為兩個等值電路：12222III (13.22)據(jù)圖13.6（c）及13.6（d）有：11132321111ZEZZZZZEI (13.23)22231312222ZEZZZZZEI(13.24)12112ZEI21221ZEI (13.25)211

12、11III(13.21)第22頁/共39頁將式（13.2）（13.2）分別代入式（13.2）和（13.2）中得：2121111ZEZEI (13.26)1212222ZEZEI (13.27)電源 、 輸出的視在功率為：1E2E)(212111111111ZEZEEIEjQPS(13.28) )(121222222222ZEZEEIEjQPS(13.29) 第23頁/共39頁根據(jù)等式兩邊的實部和虛部相等)sin(sin)cos(cos121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEP(13.30) 同理，可得 )sin(sin)cos(cos122122122

13、2222212212212222222ZEEZEQZEEZEP(13.31) 第24頁/共39頁當把角用90代替時，上式可表示為)cos(cos)sin(sin)cos(cos)sin(sin212112212222222212112212222222121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEPZEEZEQZEEZEP(13.32) 第25頁/共39頁 推廣到由n臺發(fā)電機組成的復雜電力系統(tǒng)中。假定n臺發(fā)電機的電勢分別為 , , ，則復雜電力系統(tǒng)中第i臺發(fā)電機功角特性方程為1E2EnEnijjijijijjiiiiiiinijjijijijjiiiiiii

14、ZEEZEQZEEZEP1212)cos(cos)sin(sin(13.33) 式中 電勢 和 之間的功角； 電源i對應的阻抗； 電源i和j之間的轉移阻抗； 阻抗Zii 對應的阻抗角； 阻抗Zij 對應的阻抗角。 ijiEjEijZiiijiiZ第26頁/共39頁復雜電力系統(tǒng)中發(fā)電機的功角特性方程式有以下特點： 系統(tǒng)內任一臺發(fā)電機運行情況的變化（如電勢E和功角），都會影響系統(tǒng)其他發(fā)電機的運行狀態(tài)。所以說電力系統(tǒng)內所有發(fā)電機之間都有著緊密的聯(lián)系，是一個不可分割的整體。 第i臺發(fā)電機的功角特性與（n1）個發(fā)電機轉子間的相對功角有關，發(fā)電機功角特性不再是二維平面中的概念，它是在多維空間中，因此也不能

15、在P-坐標上直觀地繪出發(fā)電機的功角特性，所以就不能由功角特性來確定其功率極限。 由于系統(tǒng)中節(jié)點電壓的相位對電源輸出的無功功率Q影響大，所以我們重點研究的是發(fā)電機輸出的有功功率性 ，它是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中一個重要公式。)(ijifP第27頁/共39頁13.4網(wǎng)絡接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響1串聯(lián)電阻對功角特性的影響簡單電力系統(tǒng)及等值電路如圖 輸送到無限大容量系統(tǒng)中的功角 特性為)sin(sin2ZUEZEPqqEq(13.34) )sin(sin2ZUEZUPqU(13.35) 隱極發(fā)電機的功角特性 第28頁/共39頁 將式（13.33）、（13.34）表示的功角特性曲線繪在同一坐標上，如圖

16、.圖13.8串聯(lián)電阻時的功角特性曲線第29頁/共39頁結論： 曲線向上移動 sin距離，向右移動了角；而 曲線則向下移動了 sin距離，并向左移動了角 (13.36) 當功角在0180范圍內，隨著功角的增大，cos將減少，使串聯(lián)電阻所消耗的有功損耗P增大。 發(fā)電機的功率極限值 增大了 sin值，功率極限角 也增加了角，使系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定略有提高。ZEq2)(fPEq)(fPUZU2ZUEUEPPPqqUEqsin)cos2(22ZEq2MP第30頁/共39頁2并聯(lián)電阻對功角特性的影響在變壓器T 1的高壓側接上一個并聯(lián)電阻：)sin(sin)sin(sin212122222121211112ZUE

17、ZUPZUEZEPqUqqEq(13.38) 第31頁/共39頁11011111111112211190ZZjXRRjXRjXjXZkk22022222222221122290ZZjXRRjXRjXjXZkk01111111XRtg02222122XRtg120121212121290ZZjXR0)(2112112dkXRXXtgdkkjXRXXRjXjXjXjXZZ2121212112第32頁/共39頁把PEq 和PU 功角特性曲線畫在同一坐標中，如圖13.9（c）圖13.9并聯(lián)電阻時的功角特性曲線第33頁/共39頁 發(fā)電機功角特性曲線向上移動了 ，并向左移動了12 角；而 曲線則向下移動了 ，并向右移動了|12 |角。 與 之差為并聯(lián)電阻上消耗的有功功率，即 (13.39) 發(fā)電機的功率極限增大，功率極限角減小。11112sinZEqUP22222sinZUEqPUPcossin2sinsin12122211211112ZUEZUZEPPPqqUEq第34頁/共39頁3并聯(lián)電抗對功角特性的影響系統(tǒng)中并聯(lián)接入電抗:,1112111jXjXjXjXjXjXZkk0110,2211222jXjXjXjXjXjXZkk0220122121212112jXXXXjjXjXjXjXjXjXZZkdk021120則：sin12XUEPPqUEq(13.41) 第35頁/共