《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 4.2.4 同步電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)

同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)從能量守恒觀點(diǎn)來(lái)看有功功率發(fā)電機(jī)整步過(guò)程結(jié)束處在空載運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)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(jī)處于平衡狀態(tài)。

增加輸入機(jī)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(jī)開(kāi)始輸出有功功率。

這個(gè)過(guò)程從能量守恒觀點(diǎn)來(lái)看，發(fā)電機(jī)輸出有功功率是由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換來(lái)的。

要調(diào)節(jié)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，這時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部會(huì)自行改變功率角δ，相應(yīng)地改變電磁功率和輸出功率，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。有功功率的調(diào)節(jié)

空載時(shí)E0=U，功率角

=0，如圖(a)所示，電磁功率PM=0，此時(shí)氣隙合成磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的軸一重合，發(fā)電機(jī)無(wú)功率輸出。

增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1時(shí)，即增加發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩T1，這時(shí)T1＞T0；此時(shí)轉(zhuǎn)子就要加速，就使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)(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(jī)便輸出有功功率。當(dāng)

增大到某一數(shù)值，使相應(yīng)的電磁功率達(dá)到PM=P1-p0（TM=T1-T0）時(shí)，轉(zhuǎn)子加速的趨勢(shì)即停止，發(fā)電機(jī)便處于新的平衡狀態(tài)。但原動(dòng)機(jī)輸入功率的增加也不是無(wú)限制的對(duì)于隱極發(fā)電機(jī)，當(dāng)δ=90o時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值Pmax時(shí)，若再增加輸入功率，則δ＞90o，這時(shí)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(jī)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(shè)發(fā)電機(jī)在a點(diǎn),若由于干擾使功角δ增大到a′點(diǎn)，則PM和T都增大，迫使電機(jī)減速，功角δ變小，電機(jī)回到a點(diǎn)，如圖所示。若干擾使功角δ減小時(shí)，有同樣結(jié)論。所以a點(diǎn)稱(chēng)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定：指電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面出現(xiàn)某些微小擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)能在這種瞬時(shí)擾動(dòng)消除后，繼續(xù)保持原來(lái)的平衡運(yùn)行狀態(tài)。就稱(chēng)這時(shí)的同步發(fā)電機(jī)是“靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定。

假設(shè)發(fā)電機(jī)在b點(diǎn)遠(yuǎn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)不具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力，最終將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子主磁極和氣隙等效磁極失去同步。這種情況稱(chēng)為發(fā)電機(jī)“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(diǎn)，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?；蛘哒f(shuō)在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時(shí)增大，或同時(shí)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(jī)抗干擾而保持靜態(tài)穩(wěn)定的能力。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，比整步功率為:在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，Pcx越大，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定增長(zhǎng)性越好。Pcx可以表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定度。當(dāng)

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

=0o時(shí)，Pcx最大，故同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)最為穩(wěn)定。當(dāng)

>90o時(shí)，Pcx為負(fù)值，發(fā)電機(jī)便失去了穩(wěn)定。靜態(tài)過(guò)載能力

在實(shí)際運(yùn)行中，為了供電的可靠性，發(fā)電機(jī)的極限功率應(yīng)比額定功率大，電機(jī)學(xué)稱(chēng)最大電磁功率與額定功率的比值稱(chēng)為同步電機(jī)的靜態(tài)過(guò)載能力。靜態(tài)過(guò)載能力表達(dá)式:汽輪發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力:

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

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

=9970V。求該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率P2和無(wú)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(wú)功功率：

Q2

=3UIsin

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

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