同步发电机自动励磁PPT学习教案

1、会计学1 同步发电机自动励磁同步发电机自动励磁 GL 111 nml ijk ijk QQQ 无功电源无功电源i向系统供给的无功功率；向系统供给的无功功率； 负荷负荷j所消耗的无功功率；所消耗的无功功率； 电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率； Gi Q Lj Q k Q 第1页/共33页 系统无功电源所发出的无功功率偏系统无功电源所发出的无功功率偏 离系统在额定电压下的无功需求越离系统在额定电压下的无功需求越 大，系统实际运行电压就偏离额定大，系统实际运行电压就偏离额定 电压越大，电网电能质量越差，有电压越大，电网电能质量越差，有 可能使电网电压

2、超出其允许范围。可能使电网电压超出其允许范围。 控制无功电源所发出的无功功率就可以维持系统电压运行在其控制无功电源所发出的无功功率就可以维持系统电压运行在其 允许变化范围之内，保证电网电压正常运行水平。允许变化范围之内，保证电网电压正常运行水平。 第2页/共33页 第3页/共33页 sin d q Eq X UE P 第4页/共33页 电电 压压 控控 制制 无无 功功 分分 配配 提提 高高 稳稳 定定 强强 行行 励励 磁磁 强强 行行 减减 磁磁 第5页/共33页 同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统 = = 励磁功率单元励磁功率单元+ +励磁调节器励磁调节器 第6页/共33页 第7

3、页/共33页 第8页/共33页 qGGd jEUI X 其电势平衡方程为其电势平衡方程为 发电机稳态运行时的向量图如图发电机稳态运行时的向量图如图 5.3(c)5.3(c)所示，由向量关系可得所示，由向量关系可得 qGqd cosEUI X 发电机功角，即发电机功角，即EqEq与与U UG G的相位差；的相位差； IqIq发电机定子电流无功分量；发电机定子电流无功分量； 发电机功率因数发电机功率因数( (亦是负荷功率因数亦是负荷功率因数) )。 一般一般值很小，可近似认为值很小，可近似认为cos =1，由式，由式(5-2)(5-2)可得可得 Gqqd UEI X qG sinII I IG G

4、发电机定子电流发电机定子电流( (亦是负荷电流亦是负荷电流) ) XdXd发电机直轴电抗发电机直轴电抗 第9页/共33页 Gqqd UEI X 第10页/共33页 第11页/共33页 GXqBL ()UUIXX qX q dBL EU I XXX 变压器漏抗和输电线路电抗归算值变压器漏抗和输电线路电抗归算值( (归算到发电机电压等级下归算到发电机电压等级下) )； 电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值。 B X L X X U B U Gqqd UEI X 而而 所以所以 通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电势通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电

5、势Eq,Eq,可以改变发电可以改变发电 机输出的无功电流机输出的无功电流IqIq，从而调节发电机端电压，从而调节发电机端电压UxUx和变压器高压侧电和变压器高压侧电 压压U UB B，或维持它们在给定的范围内，或维持它们在给定的范围内. . 如发电机直接接入无穷大电力系统如发电机直接接入无穷大电力系统，即，即X XB B=0=0，X XL L=0=0，则发电机端电，则发电机端电 压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁调此时发电机励磁调 节系统不再有调节发电机端电压的作用。节系统不再有调节发电机端电压的作用。 BXqL UUI X 第1

6、2页/共33页 注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励 磁电流的影响较小罢了。磁电流的影响较小罢了。 第13页/共33页 注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励 磁电流的影响较小罢了。磁电流的影响较小罢了。 第14页/共33页 第15页/共33页 qG G d sin GG E U PCOS X U I 常数 G IG . UG = 常数常数 . 以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功率的以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功率的 控制原理

7、。控制原理。 因系统为无穷大，系统电压因系统为无穷大，系统电压U UX X恒定不变，发电机端电压恒定不变，发电机端电压U UG G亦恒定不变，另外在调整发电机无功功率时不会引起发电机有功功率的改变，即发电机输出的有功功率亦恒定不变，另外在调整发电机无功功率时不会引起发电机有功功率的改变，即发电机输出的有功功率P PG G为一常数。为一常数。 在忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机输出的有功功率为在忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机输出的有功功率为 得出：得出： q 2 sinE K 常数 G 1 cosI K 常数 第16页/共33页 q 2 sinE K 常数 由上可知：当调节发电机的

8、励磁由上可知：当调节发电机的励磁 电流时，发电机感应电势电流时，发电机感应电势EqEq在纵在纵 轴上的分量是不变的，轴上的分量是不变的，EqEq的端点的端点 在相量图中只能沿虚线在相量图中只能沿虚线AAAA移动；移动； G 1 cosI K 常数 GGGsin QU I 第17页/共33页 第18页/共33页 第19页/共33页 qq1q 2 III 并联运行的各发电机间无功电流的分配取决于并联运行的各发电机间无功电流的分配取决于 各发电机的外特性，如图各发电机的外特性，如图 5.6(b)5.6(b)所示。所示。 当母线电压为当母线电压为U UM1M1时，发电机时，发电机G1G1所发出的无功电

9、所发出的无功电 流为流为Iq1Iq1，G2G2所发出的无功电流为所发出的无功电流为Iq2Iq2，并有，并有 Iq1Iq2Iq1Iq2。 当电网的无功负荷增加时，即系统取用的无功当电网的无功负荷增加时，即系统取用的无功 电流增加，则要求发电机输出的无功电流也要电流增加，则要求发电机输出的无功电流也要 相应地增加。由于发电机相应地增加。由于发电机G1G1、G2G2都有下倾的外都有下倾的外 特性，所以母线电压必然相应地下降。假设母特性，所以母线电压必然相应地下降。假设母 线电压由线电压由UM1UM1下降到下降到UM2UM2，发电机，发电机G1G1的无功电流的无功电流 将增至将增至Iq1Iq1，G2G

10、2的无功电流将增至的无功电流将增至Iq2Iq2。 从图中可看出：由于两台发电机的外特性不同，从图中可看出：由于两台发电机的外特性不同， 造 成 它 们 无 功 电 流 的 变 化 亦 不 相 同 ，造 成 它 们 无 功 电 流 的 变 化 亦 不 相 同 ， 即即 ，改变了负荷增加前两台发电机，改变了负荷增加前两台发电机 无功电流分配的比例。外特性斜率相差越大，无功电流分配的比例。外特性斜率相差越大， 其改变程度也越大。其改变程度也越大。 q1q2 II 第20页/共33页 * Gq UI * q I * Gq UI 第21页/共33页 第22页/共33页 qG G d sin E U P

11、X 上式说明，对应于某一固定感应电势值时，发上式说明，对应于某一固定感应电势值时，发 电机输出功率是功角的正弦函数，如图电机输出功率是功角的正弦函数，如图5.75.7所示，所示， 称为同步发电机的功角特性。当功角称为同步发电机的功角特性。当功角 时时 发电机输出功率为最大值，该值称为发电机的发电机输出功率为最大值，该值称为发电机的 极限功率。其大小为极限功率。其大小为 qG d m E U P X 从理论上讲，只要系统所取用的有功功率从理论上讲，只要系统所取用的有功功率 ，发电机的功，发电机的功 角角 ， 其运行是静态稳定的。否则，发电机就不能稳定运行。其运行是静态稳定的。否则，发电机就不能稳

12、定运行。 从以上分析可知从以上分析可知发电机运行的功角发电机运行的功角愈小，其抗干扰能力愈强，运愈小，其抗干扰能力愈强，运 行的静态稳定性愈好。另一方面，功角行的静态稳定性愈好。另一方面，功角愈小发电机输出功率亦越愈小发电机输出功率亦越 小，发电机的容量不能得到充分利用。小，发电机的容量不能得到充分利用。在实际运行时，既要考虑充在实际运行时，既要考虑充 分发挥发电机效力，又要考虑因系统干扰造成发电机运行不稳定，分发挥发电机效力，又要考虑因系统干扰造成发电机运行不稳定， 通常是让发电机运行在功角通常是让发电机运行在功角 。 m PP 90 30 45 图图5.7 5.7 同步发电机同步发电机 的

13、功角特性的功角特性 90 第23页/共33页 第24页/共33页 同步发电机暂态功角特性曲线如图同步发电机暂态功角特性曲线如图5.85.8所示，所示， 曲线曲线1 1对应于正常运行时的状态；曲线对应于正常运行时的状态；曲线2 2对应对应 于故障时的运行状态；于故障时的运行状态； 曲线曲线3 3对应于故障切除后的运行状态。对应于故障切除后的运行状态。 第25页/共33页 改善异步电动机的自启改善异步电动机的自启 动动 为异步发电机运行创造条件为异步发电机运行创造条件 提高继电保护工作的准确性提高继电保护工作的准确性 4. 4. 改善电力系统的运行条改善电力系统的运行条 件件 第26页/共33页 (1) (1) 改善异步电动机的自起动条件改善异步电动机的自起动条件。 电力系统发生短路故障时，故障点附近系统电压大幅下降，使大电力系统发生短路故障时，故障点附近系统电压大幅下降，使大 多数用户的电动机处于回馈制动状态，转速下降。故障切除后，多数用户的电动机处于回馈制动状态，转速下降。故障切除后， 由于电动机自启动时要吸收大量的无功功率，以致延缓了电网电由于电动机自启动时要吸收大量的无功功率，以致延缓了电网电 压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速系统电压的恢复，压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速系统电压的恢复， 有效地改善电动机的自启动条件。图有效地改善电动机的自启动条件。图5