第18章同步发电机并联运行

第四节有功功率的调节和静态稳定ICosf

=

E0

SinqXc\

E0

Sinq

=

IXcCosf02McUEXSinqQ

P

=

P

=

m电网并联运行的同步发电机，当增加原动机的拖动转矩时，电机的电磁制动转矩随之增大，电机的电磁功率和输出有功功率增大。一、同步发电机的功角特性：1.隐极发电机：若忽略电阻r

，则

PM

=

P2

=

mUICosj也为常0f的夹角，在

i

不变时，数，XC

是同步电抗不饱和值，也为常数，所以P

与q

是正弦函数M关系，当时

q

=

900

，

PM

最大，M

maxcPX=

m

UE0在向量图中画出一个领先U&900

电角度的磁动势R¢，把它看成产生端电压U&的磁动势，叫做等效合成磁动势。由于U&的大小不变，R¢的大小也就固定不变。对于发电机并联到无限大电网，U和f

均为常数，q

角可看成U&和E&0E&同步发电机的功角特性：，保持励磁电流if

不变时，PM

值与q

角按正弦曲线变化，正半波代表发电机工况。PM

一定时，改变励磁电流

if

，若则θi1f＜1>θi2f

22.

凸极式发电机：当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输出功率。Q

PM

=

P2

=

mUICosjj

=y

-q20c

d

qUEX2

X

X\

PM

=

P2

=

mX

-

XSinq

+

mU

d

q

Sin2q无关，与端第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，与励磁电势E

0

成正比，称为励磁电磁功率。第二项在隐极机中不存在，与if电压U

即合成等效磁极及纵横轴磁阻的差异有关，即

Xd

，称作凸极电磁功率。„

Xq由于凸极机的电磁功率有两个正弦函数叠加而成，其最大电磁功率发生在q

角小于900

电角度的位置。若i

f

1i

f

2

，则PM

1PM

2大型凸极式发电机主要依靠励磁来产生电磁功率，但也有一种小型凸极式的同步电机转子不装励磁绕组，只利用凸极电磁转矩来运行，称为反应式同步发电机。此电机在运行时需从电网吸收感性无功功率，用于建立磁场。二、调节有功功率时发电机输出无功功率的变化：同（），而且输）。对于发电机励磁电流if

=常数时，则励磁电势E

0=常数，调节发电机输出有功功率时，因为q

的不同，使得不仅输出的有功功率不McXP

=

m

UE0

SinqXc出的无功功率会不同（

Q

=

mU

E0Cosq

-U=常数时，调节发电机输出的有功功率，发电机的无功功率也会改变，输出有功功率减少时，输出落后性无功功率会增大。结论2：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电为常数，调节发电机输出的有功功率，电动迹也是一个圆(圆心不是0)，把它们称为同步电机的圆图。结论1：当励磁电流if流if0I势向量E&的轨迹是一个圆，电枢电流&向量的轨三、与电网并联运行时的静态稳定：同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限制，而且受到运行稳定性的限制。1．定义：稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机或电厂是否还能保持同步运行的问题。稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。静态稳定问题：发电机在某一稳定运行状态，（即发电机和电网并联运行时，电压U和频率f都为恒定值，励磁电流If不变，其输入功率和输出功率都不变的运行状态），如果在电网或原动机方面，突然发生一些微小干扰，在此小干扰去掉后，发电机如能恢复到原来的稳定运行状态，即认为该发电机的运行是稳定的。动态稳定问题：发电机突然加负载、切除负载等正常操作运行时，或者在发生突然短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。2．静态稳定分析：，则同步发电机运行是稳定的。dq足

dT

>

0角靠近00附近，稳定度高；角靠近0

附近，90~

400稳定能力很低。隐极机额定运行点一般在q

=300电角度范围。q

q(1)隐极机：若原动机拖动转矩T1不变，当q1增大一个Dq时，电磁转矩 也增T

加一个

，去D掉T干扰后，因

+

>T

，DT使T电1

机自动回到原工作点（

T）=，T1

稳定。用微分形式表示工作点稳定：当功率角q

增加一个微小的dq

，如果电磁转矩也增加一个dT

，若满（2）凸极机：凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在~

300

电角度范围。q

=

200max（3）最大转矩

T

（或最大电磁功率

PM

max）与额定电磁转矩TN（或额定电磁功率PN

）之比称为过载m能力，用k

表示：1mN

NkTPSinq=

Tmax=

PN

max=m隐极机k

一般为1.5～2左右。第五节无功功率的调节和U形曲线2.

过励磁(迟相运行)：（保持原动机输出不变）增加磁电枢反应。3.

欠励磁（进相运行）：（保持原动机输出不变）减电力系统，除了要供给负载有功功率以外，还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功功率由电网中全部发电机共同负担。发电机在理想条件下（发电机与电网电压、频率、初相角都相等），并联合闸到电网上去。1.正常励磁：电枢电流I

=0

，发电机即没有有功功率输出，也没有无功功率输出，此时电机励磁电流为正常励磁。励磁电流i

f

，发电机送出落后的无功电流，产生去小励磁电流if

，发电机送出领先的无功电流，产生助磁电枢反应。当发电机输出一定的有功功率并保持不变，0McUEXSinq=

m则：P=常数，而PM

=P2

，所以：P2

=mUICosj

=常数

m、U、XC

均为不变量E

Sin\

0

ICosj

=常数q

=常数（1）电枢电流I&领先电压U&时，较小，也就是励磁电流0较E&"小，欠励磁；fif同相i（2）电枢电流 落后电压 时，较大，也就I&是励磁电流U&较大，过励磁；位，正常励磁。I&U&'（3）0

电枢电流 与电压E&把空载和不同负载下的电枢电流和励磁电流的关系画成曲线，此曲线叫做发电机的U形曲线。有功功率愈大，V形曲线愈高，PM¢>PM¢

>PM

每条V形曲线只有一个最低点，为功率因数

Cosj

=1

的情况。当励磁电流if

过小时，q

=900后进入不稳定区。以上分析是设电网电压恒定不变，但当负载要求无功功率日益增多时，发电机负担的无

功功率满足不了要求时，