《電機技術(shù)應用》課件 4.2.4 同步電機并列運行時有功功率的調(diào)節(jié)

同步電機同步發(fā)電機并列運行時有功功率的調(diào)節(jié)從能量守恒觀點來看有功功率發(fā)電機整步過程結(jié)束處在空載運行狀態(tài)，發(fā)電機的輸入機械功率P1和空載損耗p0相平衡，電磁功率為零，即P1=po，T1=T0，PM=0，發(fā)電機處于平衡狀態(tài)。

增加輸入機械功率P1，使P1＞p0，輸入功率扣除了空載損耗后，其余的轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β?，即P1-p0=PM，發(fā)電機開始輸出有功功率。

這個過程從能量守恒觀點來看，發(fā)電機輸出有功功率是由原動機輸入的機械功率轉(zhuǎn)換來的。

要調(diào)節(jié)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動機的輸入功率，這時發(fā)電機內(nèi)部會自行改變功率角δ，相應地改變電磁功率和輸出功率，達到新的平衡狀態(tài)。有功功率的調(diào)節(jié)

空載時E0=U，功率角

=0，如圖(a)所示，電磁功率PM=0，此時氣隙合成磁場和轉(zhuǎn)子磁場的軸一重合，發(fā)電機無功率輸出。

增加原動機的輸入功率P1時，即增加發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)矩T1，這時T1＞T0；此時轉(zhuǎn)子就要加速，就使轉(zhuǎn)子磁場超前于氣隙合成磁場(即E0超前于U)，也就是使功率角

逐漸增大如圖(b)所示。UE0Ff=F

F

jxsIUIE0Ff(a)(b)有功功率的調(diào)節(jié)

角的增大引起電磁功率PM增大，發(fā)電機便輸出有功功率。當

增大到某一數(shù)值，使相應的電磁功率達到PM=P1-p0（TM=T1-T0）時，轉(zhuǎn)子加速的趨勢即停止，發(fā)電機便處于新的平衡狀態(tài)。但原動機輸入功率的增加也不是無限制的對于隱極發(fā)電機，當δ=90o時，電磁功率達到最大值Pmax時，若再增加輸入功率，則δ＞90o，這時電磁功率將隨著δ的增大而減??；輸入功率扣掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩余，剩余的功率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，δ角繼續(xù)增大，電磁功率PM繼續(xù)減小，功率再不能保持平衡，發(fā)電機將“失去同步”，或叫做失去“靜態(tài)穩(wěn)定”。有功功率的調(diào)節(jié)

假設發(fā)電機在a點,若由于干擾使功角δ增大到a′點，則PM和T都增大，迫使電機減速，功角δ變小，電機回到a點，如圖所示。若干擾使功角δ減小時，有同樣結(jié)論。所以a點稱為穩(wěn)定運行點。靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定：指電網(wǎng)或原動機方面出現(xiàn)某些微小擾動時，發(fā)電機能在這種瞬時擾動消除后，繼續(xù)保持原來的平衡運行狀態(tài)。就稱這時的同步發(fā)電機是“靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定。

假設發(fā)電機在b點遠行時，由于發(fā)電機不具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力，最終將導致轉(zhuǎn)子主磁極和氣隙等效磁極失去同步。這種情況稱為發(fā)電機“失步”。靜態(tài)穩(wěn)定

結(jié)論：凡處于功角特性曲線上升部分的工作點，都是靜態(tài)穩(wěn)定的，下降部分的工作都是靜態(tài)不穩(wěn)定的。或者說在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時增大，或同時減小的那一部分是靜態(tài)穩(wěn)定的。靜態(tài)穩(wěn)定條件靜態(tài)穩(wěn)定的判斷依據(jù)：比整步功率(kW/rad)它是表征同步發(fā)電機抗干擾而保持靜態(tài)穩(wěn)定的能力。對汽輪發(fā)電機，比整步功率為:在發(fā)電機穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，Pcx越大，發(fā)電機穩(wěn)定增長性越好。Pcx可以表示發(fā)電機運行穩(wěn)定度。當

=90o時，Pcx=0，正處在穩(wěn)定的交界。此時發(fā)電機保持同步的能力為零，故該點即為靜態(tài)穩(wěn)定的極限。當

=0o時，Pcx最大，故同步發(fā)電機空載時最為穩(wěn)定。當

>90o時，Pcx為負值，發(fā)電機便失去了穩(wěn)定。靜態(tài)過載能力

在實際運行中，為了供電的可靠性，發(fā)電機的極限功率應比額定功率大，電機學稱最大電磁功率與額定功率的比值稱為同步電機的靜態(tài)過載能力。靜態(tài)過載能力表達式:汽輪發(fā)電機的過載能力:

通常情況下過載能力越大，電機的穩(wěn)定性越好。一般要求發(fā)電機的額定運行功率角δ=20°～35°左右，過載能力λ=1.7～3。注意：過載能力是表達靜態(tài)穩(wěn)定的能力，不是發(fā)電機可以過載的倍數(shù)。

1、一臺Y聯(lián)結(jié)的水輪發(fā)電機，并聯(lián)在UN=10.5kV的電網(wǎng)上運行。發(fā)電機的Xd=1.3Ω，Xq=0.7Ω，Ra忽略不計，=18.09o時，I1=3990A，E0

=9970V。求該發(fā)電機輸出的有功功率P2和無功功率Q2（電容性的還是電感性的）。

解：忽略Ra，則=64.77MW由于

＞

，I

相量

滯后于U相量，故輸出電感性無功功率：

Q2

=3UIsin

=3×6062.36×3990sin26.63o=32.53Mvar鞏固與提高2、有一臺70000kVA、13.8kV（Y接）、cos

=0.85（滯后）的三相水輪發(fā)電機直接與電網(wǎng)相接，已知電機