第18章同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行

第四節(jié)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定ICosf

=

E0

SinqXc\

E0

Sinq

=

IXcCosf02McUEXSinqQ

P

=

P

=

m電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)增加原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)的電磁制動轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機(jī)的電磁功率和輸出有功功率增大。一、同步發(fā)電機(jī)的功角特性：1.隱極發(fā)電機(jī)：若忽略電阻r

，則

PM

=

P2

=

mUICosj也為常0f的夾角，在

i

不變時，數(shù)，XC

是同步電抗不飽和值，也為常數(shù)，所以P

與q

是正弦函數(shù)M關(guān)系，當(dāng)時

q

=

900

，

PM

最大，M

maxcPX=

m

UE0在向量圖中畫出一個領(lǐng)先U&900

電角度的磁動勢R￠，把它看成產(chǎn)生端電壓U&的磁動勢，叫做等效合成磁動勢。由于U&的大小不變，R￠的大小也就固定不變。對于發(fā)電機(jī)并聯(lián)到無限大電網(wǎng)，U和f

均為常數(shù)，q

角可看成U&和E&0E&同步發(fā)電機(jī)的功角特性：，保持勵磁電流if

不變時，PM

值與q

角按正弦曲線變化，正半波代表發(fā)電機(jī)工況。PM

一定時，改變勵磁電流

if

，若則θi1f＜1>θi2f

22.

凸極式發(fā)電機(jī)：當(dāng)忽略電樞電阻時，凸極式電磁功率亦等于輸出功率。Q

PM

=

P2

=

mUICosjj

=y

-q20c

d

qUEX2

X

X\

PM

=

P2

=

mX

-

XSinq

+

mU

d

q

Sin2q無關(guān)，與端第一項是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵磁電勢E

0

成正比，稱為勵磁電磁功率。第二項在隱極機(jī)中不存在，與if電壓U

即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關(guān)，即

Xd

，稱作凸極電磁功率。?

Xq由于凸極機(jī)的電磁功率有兩個正弦函數(shù)疊加而成，其最大電磁功率發(fā)生在q

角小于900

電角度的位置。若i

f

1i

f

2

，則PM

1PM

2大型凸極式發(fā)電機(jī)主要依靠勵磁來產(chǎn)生電磁功率，但也有一種小型凸極式的同步電機(jī)轉(zhuǎn)子不裝勵磁繞組，只利用凸極電磁轉(zhuǎn)矩來運(yùn)行，稱為反應(yīng)式同步發(fā)電機(jī)。此電機(jī)在運(yùn)行時需從電網(wǎng)吸收感性無功功率，用于建立磁場。二、調(diào)節(jié)有功功率時發(fā)電機(jī)輸出無功功率的變化：同（），而且輸）。對于發(fā)電機(jī)勵磁電流if

=常數(shù)時，則勵磁電勢E

0=常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出有功功率時，因為q

的不同，使得不僅輸出的有功功率不McXP

=

m

UE0

SinqXc出的無功功率會不同（

Q

=

mU

E0Cosq

-U=常數(shù)時，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，發(fā)電機(jī)的無功功率也會改變，輸出有功功率減少時，輸出落后性無功功率會增大。結(jié)論2：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)，保持勵磁電為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，電動跡也是一個圓(圓心不是0)，把它們稱為同步電機(jī)的圓圖。結(jié)論1：當(dāng)勵磁電流if流if0I勢向量E&的軌跡是一個圓，電樞電流&向量的軌三、與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時的靜態(tài)穩(wěn)定：同步發(fā)電機(jī)輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運(yùn)行穩(wěn)定性的限制。1．定義：穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)，在正常負(fù)載調(diào)配和不正常事故中，這些電機(jī)或電廠是否還能保持同步運(yùn)行的問題。穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。靜態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機(jī)在某一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，（即發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時，電壓U和頻率f都為恒定值，勵磁電流If不變，其輸入功率和輸出功率都不變的運(yùn)行狀態(tài)），如果在電網(wǎng)或原動機(jī)方面，突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機(jī)如能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即認(rèn)為該發(fā)電機(jī)的運(yùn)行是穩(wěn)定的。動態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機(jī)突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作運(yùn)行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機(jī)失去勵磁電流等非正常運(yùn)行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負(fù)載變化時，電機(jī)是否還能保持同步運(yùn)行的問題。2．靜態(tài)穩(wěn)定分析：，則同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行是穩(wěn)定的。dq足

dT

>

0角靠近00附近，穩(wěn)定度高；角靠近0

附近，90~

400穩(wěn)定能力很低。隱極機(jī)額定運(yùn)行點(diǎn)一般在q

=300電角度范圍。q

q(1)隱極機(jī)：若原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)矩T1不變，當(dāng)q1增大一個Dq時，電磁轉(zhuǎn)矩 也增T

加一個

，去D掉T干擾后，因

+

>T

，DT使T電1

機(jī)自動回到原工作點(diǎn)（

T）=，T1

穩(wěn)定。用微分形式表示工作點(diǎn)穩(wěn)定：當(dāng)功率角q

增加一個微小的dq

，如果電磁轉(zhuǎn)矩也增加一個dT

，若滿（2）凸極機(jī)：凸極機(jī)與隱極機(jī)相似，額定運(yùn)行點(diǎn)一般在~

300

電角度范圍。q

=

200max（3）最大轉(zhuǎn)矩

T

（或最大電磁功率

PM

max）與額定電磁轉(zhuǎn)矩TN（或額定電磁功率PN

）之比稱為過載m能力，用k

表示：1mN

NkTPSinq=

Tmax=

PN

max=m隱極機(jī)k

一般為1.5～2左右。第五節(jié)無功功率的調(diào)節(jié)和U形曲線2.

過勵磁(遲相運(yùn)行)：（保持原動機(jī)輸出不變）增加磁電樞反應(yīng)。3.

欠勵磁（進(jìn)相運(yùn)行）：（保持原動機(jī)輸出不變）減電力系統(tǒng)，除了要供給負(fù)載有功功率以外，還要供給負(fù)載大量的無功功率，電網(wǎng)的總無功功率由電網(wǎng)中全部發(fā)電機(jī)共同負(fù)擔(dān)。發(fā)電機(jī)在理想條件下（發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓、頻率、初相角都相等），并聯(lián)合閘到電網(wǎng)上去。1.正常勵磁：電樞電流I

=0

，發(fā)電機(jī)即沒有有功功率輸出，也沒有無功功率輸出，此時電機(jī)勵磁電流為正常勵磁。勵磁電流i

f

，發(fā)電機(jī)送出落后的無功電流，產(chǎn)生去小勵磁電流if

，發(fā)電機(jī)送出領(lǐng)先的無功電流，產(chǎn)生助磁電樞反應(yīng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出一定的有功功率并保持不變，0McUEXSinq=

m則：P=常數(shù)，而PM

=P2

，所以：P2

=mUICosj

=常數(shù)

m、U、XC

均為不變量E

Sin\

0

ICosj

=常數(shù)q

=常數(shù)（1）電樞電流I&領(lǐng)先電壓U&時，較小，也就是勵磁電流0較E&"小，欠勵磁；fif同相i（2）電樞電流 落后電壓 時，較大，也就I&是勵磁電流U&較大，過勵磁；位，正常勵磁。I&U&'（3）0

電樞電流 與電壓E&把空載和不同負(fù)載下的電樞電流和勵磁電流的關(guān)系畫成曲線，此曲線叫做發(fā)電機(jī)的U形曲線。有功功率愈大，V形曲線愈高，PM￠>PM￠

>PM

每條V形曲線只有一個最低點(diǎn)，為功率因數(shù)

Cosj

=1

的情況。當(dāng)勵磁電流if

過小時，q

=900后進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)。以上分析是設(shè)電網(wǎng)電壓恒定不變，但當(dāng)負(fù)載要求無功功率日益增多時，發(fā)電機(jī)負(fù)擔(dān)的無

功功率滿足不了要求時，