电力系统的电磁功率特性.ppt

1、第13章 电力系统的电磁功率特性,本章提示 13.1简单电力系统的功角特性 13.2自动励磁调节器对功角特性的影响 13.3复杂电力系统的功角特性 13.4网络接线及参数对发电机功角特性的影响 小结,本章提示 简单电力系统中隐极及凸极发电机的功角特性方程； 自动励磁调节器对功角特性的影响； 复杂电力系统中发电机功角特性； 网络参数和接线对发电机功角特性的影响。,简单电力系统,该系统的等值电路如图。,13.1简单电力系统的功角特性,1.隐极同步发电机的功角特性,系统的总电抗为,(13.1),定子绕组电压方程式为：,(13.3),以电压 为参考相量，作出相量图。,13.1简单电力系统的功角特性,图

2、13.1 简单电力系统,代入上式中得隐极发电机的功角特性方程,(13.4),P =P=UIcos,当忽略系统中各元件的电阻和电导时，发电机的输出功率 P 与输送到无限大容量系统的功率P相等，,由相量图可得,13.1简单电力系统的功角特性,E 和U为定值时，得到隐极发电机的功角特性曲线。对应的功率最大值称作功率极限， 即,(13.5),图13.2 隐极发电机的功角特性,13.1简单电力系统的功角特性,2.凸极同步发电机的功角特性,由相量图,13.1简单电力系统的功角特性,则有：,(13.6),(13.7),其中 称作基本电磁功率， 称作附加电磁功率，又称作磁 阻功率。凸极发电机功角特性曲线如图。

3、,13.1简单电力系统的功角特性,图13.3凸极发电机的功角特性,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,电力系统中的发电机都装有自动励磁调节器，其主要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特定值，防止电压随负荷的变化而波动。,1无自动励磁调节器时发电机端电压的变化,图13.4无励磁调节器的隐极机端电压相量图,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,对于无自动励磁调节器的发电机，当负荷增大，即功角增加时，发电机端电压 会降低；反之，当负荷减小时，发电机端电压会升高，使发电机端电压在运行时不断的波动，对系统和用户都会产生不利的影响。所以，发电机必

4、须装设自动励磁调节器。,2.自动励磁调节器对功角特性的影响,功率P和功角增大、 UG下降时，自动调节励磁系统将自动增大发电机的励磁电流，使发电机空载电势Eq 增大，直到发电机端电压恢复到原来的数值UG(0)或接近于UG(0)为止。当功率连续变化时，便得到一条保持UG(0) 常数的功角特性曲线。,图13.5 自动调节励磁系统对功角特性的影响,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,实际运行中，自动励磁系统并不能完全保持发电机端电压U 不变，而是U 将随功率P及功角的增大有所下降。介于保持E与U 之间的某一电势为常数，例如发电机暂态电势 为常数。如图13.5中所示。由于 ， ，所以，维持 常数的

5、自动励磁调节器的性能不如维持 常数的调节器。,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,由图13.3（a）所示的相量图得,根据公式（13.7）和（13.10）可得:,将式（13.10）和（13.6）代入式（13.8）中整理后得:,(13.10),(13.11),(13.12),3.用 、 和 表示的功角特性（凸极发电机）,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,(1)用 表示的功角特性,(2) 用 、 表示的功角特性,由图13.3（a）的相量图得,故有,(13.13 ),(13.14),(13.15),(13.16),将式（13.13）代入式（13.14）得：,经推导得：,(13.17),(

6、13.18),(13.19),(13.20),与 、 与 是正弦函数关系，而 和 与 是较复杂的 非正弦关系。,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,例题13.1 如图13.1所示的简单电力系统，各元件的参数如下：,发电机G：,变压器T1: ,10.5/242KV , 变压器T2: ,220/121KV , 输电线L: , L=200Km , /Km,运行情况：无限大系统母线吸收的功率为 , U=115KV 。 试计算当发电机保持 、 和 为常数时，发电机的功角特性方程。,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,解：1）求各元件参数,发电机,变压器：,13.2 自动励磁调节器对功角特性的

7、影响,线路,系统的综合电抗为：,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,2）计算正常运行时的 、 和,运行参数的标么值为,由 得,根据13.3图所示的相量图计算得,=1cos39.68+1.3690.794=1.857,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,3）功角特性方程,为常数时,为常数时,为常数时,13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响,13.3 复杂电力系统的功角特性,两台无励磁调节器的隐极发电机,简化后的等值电路,根据迭加原理，将它分为两个等值电路：,(13.22),据图13.6（c）及13.6（d）有：,(13.23),(13.24),(13.25),(13.21),13.

8、3 复杂电力系统的功角特性,将式（13.2）（13.2）分别代入式（13.2）和 （13.2）中得：,(13.26),(13.27),电源 、 输出的视在功率为：,(13.28),(13.29),13.3 复杂电力系统的功角特性,根据等式两边的实部和虚部相等,(13.30),同理，可得,(13.31),13.3 复杂电力系统的功角特性,当把角用90代替时，上式可表示为,(13.32),13.3 复杂电力系统的功角特性,推广到由n台发电机组成的复杂电力系统中。假定n台发电机的电势分别为 , , ，则复杂电力系统中第i台发电机功角特性方程为,(13.33),式中 电势 和 之间的功角； 电源i对应

9、的阻抗； 电源i和j之间的转移阻抗； 阻抗Zii 对应的阻抗角； 阻抗Zij 对应的阻抗角。,13.3 复杂电力系统的功角特性,复杂电力系统中发电机的功角特性方程式有以下特点：,系统内任一台发电机运行情况的变化（如电势E和功角），都会影响系统其他发电机的运行状态。所以说电力系统内所有发电机之间都有着紧密的联系，是一个不可分割的整体。 第i台发电机的功角特性与（n1）个发电机转子间的相对功角有关，发电机功角特性不再是二维平面中的概念，它是在多维空间中，因此也不能在P-坐标上直观地绘出发电机的功角特性，所以就不能由功角特性来确定其功率极限。 由于系统中节点电压的相位对电源输出的无功功率Q影响大，所

10、以我们重点研究的是发电机输出的有功功率性 ，它是电力系统稳定计算中一个重要公式。,13.3 复杂电力系统的功角特性,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,1串联电阻对功角特性的影响 简单电力系统及等值电路如图,输送到无限大容量系统中的功角 特性为,(13.34),(13.35),隐极发电机的功角特性,将式（13.33）、（13.34）表示的功角特性曲线绘在同一坐标上，如图.,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,图13.8串联电阻时的功角特性曲线,结论：,曲线向上移动 sin距离，向右移动了角；而 曲线则向下移动了 sin距离，并向左移动了角 (13.36) 当功角在0180范

11、围内，随着功角的增大，cos将减少，使串联电阻所消耗的有功损耗P增大。 发电机的功率极限值 增大了 sin值，功率极限角 也增加了角，使系统的静态稳定略有提高。,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,2并联电阻对功角特性的影响,在变压器T 1的高压侧接上一个并联电阻：,(13.38),13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,式中： 输入阻抗,转移阻抗,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,把PEq 和PU 功角特性曲线画在同一坐标中，如图13.9（c）,图13.9并联电阻时的功角特性曲线,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,结论：,发电机功角特性曲线向上移动了 ，并向左移动了12 角；而 曲线则向下移动了 ，并向右移动了|12 |角。 与 之差为并联电阻上消耗的有功功率，即 (13.39) 发电机的功率极限增大，功率极限角减小。,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,3并联电抗对功角特性的影响,系统中并联接入电抗:,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,并联电抗后的功角特性,13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响,小 结,简单电力系统中隐极同步发电机的功角特性为,当90时，最大电磁功率为,简单电力系统中凸极同步发电机的功角特性为,复杂电力系统中n台发电机中第