第十三章 同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行

1、1第十三章第十三章 同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行2并聯(lián)運(yùn)行定義并聯(lián)運(yùn)行定義：將兩臺(tái)或更多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)分：將兩臺(tái)或更多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)分別接在電力系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)母線上，或通過主變壓別接在電力系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)母線上，或通過主變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向用戶供電。向用戶供電。第一節(jié)第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行 與變壓器并聯(lián)運(yùn)行的區(qū)別與變壓器并聯(lián)運(yùn)行的區(qū)別 當(dāng)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其初級(jí)電壓和次級(jí)電當(dāng)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其初級(jí)電壓和次級(jí)電壓都必需相等，因此繞組的阻抗將決定負(fù)載壓都必需相等，因此繞組的阻抗將決定負(fù)載電流的分配電流的

2、分配 連接至同一匯流排的發(fā)電機(jī)必須有相同的額連接至同一匯流排的發(fā)電機(jī)必須有相同的額定電壓和相同的額定頻率，同步電抗的數(shù)值定電壓和相同的額定頻率，同步電抗的數(shù)值并不能決定負(fù)載電流的分配并不能決定負(fù)載電流的分配34一一. 并聯(lián)合閘的條件并聯(lián)合閘的條件 整步整步 把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)的手續(xù)稱為把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)的手續(xù)稱為整步整步亦亦稱為稱為并列并列或或并車并車 在并車的時(shí)候必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流在并車的時(shí)候必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流 整步條件整步條件 相同的相序相同的相序 相等的電壓相等的電壓 電壓的檢驗(yàn)相對(duì)容易電壓的檢驗(yàn)相對(duì)容易 相等或接近的頻率相等或接近的頻率 頻率和相序檢驗(yàn)頻率和相序

3、檢驗(yàn) 應(yīng)用應(yīng)用同步指示燈同步指示燈燈光黑暗法燈光黑暗法燈光旋轉(zhuǎn)法燈光旋轉(zhuǎn)法5二二. 并聯(lián)運(yùn)行的方法并聯(lián)運(yùn)行的方法a2b2c2a2b2c2c1b1a1(a)(b)( (a)a)燈光黑暗法；燈光黑暗法；( (b)b)燈光旋轉(zhuǎn)法燈光旋轉(zhuǎn)法三相同步發(fā)電機(jī)的整步三相同步發(fā)電機(jī)的整步 6燈光黑暗法燈光黑暗法 電壓將不斷的變化，它們的燈光便電壓將不斷的變化，它們的燈光便將忽亮忽暗的閃爍將忽亮忽暗的閃爍 當(dāng)兩邊的頻率愈為接近時(shí)，燈光的當(dāng)兩邊的頻率愈為接近時(shí)，燈光的閃爍便愈為緩慢閃爍便愈為緩慢 燈光黑暗時(shí)合閘燈光黑暗時(shí)合閘7燈光旋轉(zhuǎn)法燈光旋轉(zhuǎn)法 指示燈將將依次明亮或黑暗，若把指示燈將將依次明亮或黑暗，若把三組指

4、示燈排列成圓形，就形成燈三組指示燈排列成圓形，就形成燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象 發(fā)電機(jī)應(yīng)在直接連接的一組指示燈發(fā)電機(jī)應(yīng)在直接連接的一組指示燈黑暗時(shí)合閘黑暗時(shí)合閘8910 半自動(dòng)或全自動(dòng)并車裝置半自動(dòng)或全自動(dòng)并車裝置取代燈光法進(jìn)行整步取代燈光法進(jìn)行整步但是它們的基本功能是一致的但是它們的基本功能是一致的11 自整步并列法自整步并列法燈光法并車是屬于準(zhǔn)確整步法燈光法并車是屬于準(zhǔn)確整步法當(dāng)電力系統(tǒng)出了某種事故，急需將發(fā)當(dāng)電力系統(tǒng)出了某種事故，急需將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)用準(zhǔn)確整步法就電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)用準(zhǔn)確整步法就感到太慢感到太慢這時(shí)可應(yīng)用簡單的整步手續(xù)，稱為這時(shí)可應(yīng)用簡單的整步手續(xù)，稱為自自整步并列法整

5、步并列法或或粗整步法粗整步法12 自整步并列法過程自整步并列法過程原動(dòng)機(jī)把同步發(fā)電機(jī)帶動(dòng)至接近同步原動(dòng)機(jī)把同步發(fā)電機(jī)帶動(dòng)至接近同步速度速度相差約相差約 (2% 5%)不加直流激磁，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)不加直流激磁，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)為了在合閘瞬間避免過電壓現(xiàn)象，應(yīng)為了在合閘瞬間避免過電壓現(xiàn)象，應(yīng)把激磁繞組通過適當(dāng)?shù)碾娮瓒搪钒鸭ご爬@組通過適當(dāng)?shù)碾娮瓒搪方尤腚娋W(wǎng)后，便立即加上激磁接入電網(wǎng)后，便立即加上激磁13第二節(jié)第二節(jié) 隱極式同步電機(jī)的功角特性隱極式同步電機(jī)的功角特性14 定子側(cè)定子側(cè) 可以把發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)合并考慮可以把發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)合并考慮 取發(fā)電機(jī)的輸出電功率為正值，電動(dòng)機(jī)的輸取發(fā)電機(jī)的輸出電功率

6、為正值，電動(dòng)機(jī)的輸入電功率便取負(fù)值。入電功率便取負(fù)值。 發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)： | P | | PM | 上式同樣適用于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)上式同樣適用于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)aCuMrIpPP21P1PMPFeP1CuPPm15IE0U UE0IraI (a)(b) 隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖 arSXI j SZI sx16 輸出功率表示式輸出功率表示式 電磁功率表示式電磁功率表示式sinsincos20sszUzUEUIPsinsincoscos20002ssaMzEzUEIErIUIPsaxrtg117 對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，輸出功率即為端點(diǎn)功率對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，輸出功率即為

7、端點(diǎn)功率P 對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，輸出功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，輸出功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率的功率為的功率為PM 如取發(fā)電機(jī)的如取發(fā)電機(jī)的P和和 有正，則電動(dòng)機(jī)有正，則電動(dòng)機(jī)PM和和 均均應(yīng)有負(fù)值應(yīng)有負(fù)值 如把電樞電阻如把電樞電阻r a略去不計(jì)，則略去不計(jì)，則 =0，sin =0，Zs=Xs，端點(diǎn)功率和電磁功率相等端點(diǎn)功率和電磁功率相等sinsinmax0PxUEPPsM18功角特性功角特性 同步電機(jī)中所產(chǎn)生的電磁功率稱為同步電機(jī)中所產(chǎn)生的電磁功率稱為同步功率同步功率 功率功率PM 或或P 隨著功角而變化的關(guān)系隨著功角而變化的關(guān)系稱為稱為功角特性功角特性19穩(wěn) 定不穩(wěn)定不穩(wěn)定P0-22-隱極式同步

8、電機(jī)略去電阻時(shí)的功角特性隱極式同步電機(jī)略去電阻時(shí)的功角特性S0XUEmaxP 20轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 由于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且經(jīng)常由于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且經(jīng)常保持不變，故轉(zhuǎn)矩和功率成正比保持不變，故轉(zhuǎn)矩和功率成正比 略去電樞電阻，則得電磁轉(zhuǎn)矩的公式為略去電樞電阻，則得電磁轉(zhuǎn)矩的公式為sin0sMxUEpPpT21 過載能力過載能力 最大功率最大功率 與與PN額定功率之比稱為額定功率之比稱為過載能力過載能力，用用KM表示表示 隱極式同步機(jī)，在額定運(yùn)行時(shí)的功角為隱極式同步機(jī)，在額定運(yùn)行時(shí)的功角為 N，則有則有 N愈小，愈小，過載能力過載能力KM愈大愈大NMsNsNkxUEPxUEPs

9、in1sin0max0maxP22 在一定的負(fù)載情況下在一定的負(fù)載情況下要減小要減小 N ，就必須減小同步電抗，就必須減小同步電抗Xs ，即，即，短路比大，過載能力強(qiáng)短路比大，過載能力強(qiáng)但增大短路比，將增加電機(jī)的成本，但增大短路比，將增加電機(jī)的成本，故過載能力不應(yīng)規(guī)定得過大。汽輪發(fā)故過載能力不應(yīng)規(guī)定得過大。汽輪發(fā)電機(jī)的過載能力一般不小于電機(jī)的過載能力一般不小于1.523電樞電阻對(duì)功角特性的影響電樞電阻對(duì)功角特性的影響 功角特性仍為正弦函數(shù)功角特性仍為正弦函數(shù) 坐標(biāo)原點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)位移坐標(biāo)原點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)位移 輸出功率有所減少輸出功率有所減少2400P,PM0電樞電阻對(duì)功角特性的影響電樞電阻對(duì)功角特性的

10、影響 s2ZsinE s2ZsinU 25 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 輸出電功率即端點(diǎn)功率輸出電功率即端點(diǎn)功率P，故功角特性應(yīng)故功角特性應(yīng)取取0為原點(diǎn)為原點(diǎn) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 由電功率轉(zhuǎn)變而來的機(jī)械功率即為電磁功由電功率轉(zhuǎn)變而來的機(jī)械功率即為電磁功率率PM ，故功角特性應(yīng)取故功角特性應(yīng)取0為原點(diǎn)。為原點(diǎn)。 結(jié)論：結(jié)論： 無論發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，電樞電阻的無論發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，電樞電阻的存在，都將使最大功率的數(shù)值減小，存在，都將使最大功率的數(shù)值減小，且使最大功率在且使最大功率在 角的絕對(duì)值小于角的絕對(duì)值小于90時(shí)出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)26 【例【例13- -1】 QFS- -300- -2型汽輪發(fā)電機(jī)，型汽輪發(fā)電機(jī)，SN = =

11、353MVA，IN = =11320A，UN = =18000V，雙星形接法，雙星形接法，COS N = =0.85(滯后滯后)，Xs* = =2.26(不飽和值不飽和值)，電樞電阻可忽略不計(jì)。，電樞電阻可忽略不計(jì)。此發(fā)電機(jī)并聯(lián)在無窮大匯流排進(jìn)行，當(dāng)此發(fā)電機(jī)并聯(lián)在無窮大匯流排進(jìn)行，當(dāng)運(yùn)行在額定情況時(shí)，試求：運(yùn)行在額定情況時(shí)，試求： (1)不飽和的空載電勢(shì)不飽和的空載電勢(shì)E0； (2)功角功角 N ； (3)電磁功率電磁功率PM ； (4)過載能力過載能力k M27 解：解：(1)求不飽和的求不飽和的E0。作簡化相量圖作簡化相量圖 則則527. 085. 01sin8 .3185. 0cos2N

12、1N UE0I 例例13-113-1的相量圖的相量圖sXIj 28 N22*2*s*N*0cosUxIsinUE 92.285.0126.21527.0122 每每相相值值V3034531800092.23UEEN*00 用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)橛脴?biāo)么值進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)閁*=1，I*=1， (2)求求 N2 .418 .3173733 . 3tg85. 026. 2527. 0tgcosUxIsinUtgNNN11N*s*N*1N 29 (3)求求PM 三相總的電磁功率為三相總的電磁功率為 (4)求求過載能力過載能力k M52. 166. 012 .41sin1sin1kNM 85. 02 .41

13、sin26. 292. 21sinxEUPN*s*0* MW300103001035385. 0P66M30第三節(jié)第三節(jié) 凸極式同步電機(jī)的功角特性凸極式同步電機(jī)的功角特性31E0UIj x qj x d Idj x q I qI凸極式同步電機(jī)略去電阻時(shí)的相量圖凸極式同步電機(jī)略去電阻時(shí)的相量圖j (x d x q) Idcossin0UExIUxIddqqsincoscoscosdqMUIUIUIUIPP32 功率的組成功率的組成 附加電磁功率附加電磁功率 與與E0無關(guān)無關(guān)，只與電網(wǎng)電壓，只與電網(wǎng)電壓U有關(guān)有關(guān) 即使即使E0=0，轉(zhuǎn)子沒有加激磁，只要轉(zhuǎn)子沒有加激磁，只要U 0， 0，而沿交而沿交

14、軸直軸的磁阻不相同（即軸直軸的磁阻不相同（即 ），就會(huì)產(chǎn)生），就會(huì)產(chǎn)生附加電附加電磁功率磁功率qdXX 2sin2sin20qdqddMxxxxUxUEPP基本電磁功率基本電磁功率附加電磁功率附加電磁功率33 基本電磁功率基本電磁功率 當(dāng)當(dāng) =90時(shí)達(dá)到最高值時(shí)達(dá)到最高值 附加電磁功率附加電磁功率 則當(dāng)則當(dāng) =45時(shí)有最高值時(shí)有最高值 總的電磁功率總的電磁功率 的最高值將出現(xiàn)在的最高值將出現(xiàn)在45 90之間，具體之間，具體視兩項(xiàng)的振幅的相對(duì)大小而定視兩項(xiàng)的振幅的相對(duì)大小而定340180-18090-90PMP=f()凸極式同步電機(jī)的功角特性凸極式同步電機(jī)的功角特性 2sinXX2)XX(Upd

15、pd2 sinXUEd035凸極機(jī)電磁功率的特征凸極機(jī)電磁功率的特征 凸極機(jī)的最大電磁功率將比具有同樣凸極機(jī)的最大電磁功率將比具有同樣E0、U及及x d值的隱極機(jī)略大值的隱極機(jī)略大 當(dāng)同步電機(jī)的當(dāng)同步電機(jī)的E0愈大，附加電磁功率在整愈大，附加電磁功率在整個(gè)電磁功率中所占的比例愈??；在正常情個(gè)電磁功率中所占的比例愈小；在正常情況下，附加電磁功率僅占百分之幾。況下，附加電磁功率僅占百分之幾。36功角與位移角功角與位移角 漏阻抗壓降一般較小，端電壓漏阻抗壓降一般較小，端電壓U和電樞合成和電樞合成電勢(shì)電勢(shì)E相差甚微，相差甚微， 角就可近似認(rèn)為是合成角就可近似認(rèn)為是合成電勢(shì)電勢(shì) E 和空載電勢(shì)和空載電勢(shì)

16、 E0 間的時(shí)間相角差間的時(shí)間相角差 角約等于轉(zhuǎn)子磁場和空氣隙合成磁場之角約等于轉(zhuǎn)子磁場和空氣隙合成磁場之間的空間位移角間的空間位移角37凸極式同步發(fā)電機(jī)相量圖凸極式同步發(fā)電機(jī)相量圖E0UNNNINddXI j qqXI j qNXI j 38功角功角 角為正值角為正值轉(zhuǎn)子磁場超前合成磁場，同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。轉(zhuǎn)子磁場超前合成磁場，同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 角有負(fù)值角有負(fù)值合成磁場在前，轉(zhuǎn)子磁場在后，同步電機(jī)便作為電合成磁場在前，轉(zhuǎn)子磁場在后，同步電機(jī)便作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。動(dòng)機(jī)運(yùn)行。39 【例【例13- -2】 一臺(tái)三相、一臺(tái)三相、50Hz、星形連星形連接、接、11kV、8750kVA凸極式水

17、輪發(fā)電機(jī)。凸極式水輪發(fā)電機(jī)。當(dāng)額定運(yùn)行情況時(shí)的功率因數(shù)為當(dāng)額定運(yùn)行情況時(shí)的功率因數(shù)為0.8 (滯后滯后)，每相同步電抗每相同步電抗x d = = 17 ，x q = = 9 ，電阻電阻可以略去不計(jì)。試求：可以略去不計(jì)。試求：(1)同步電抗的標(biāo)么值；同步電抗的標(biāo)么值；(2)該機(jī)在額定運(yùn)行情況下的功率角該機(jī)在額定運(yùn)行情況下的功率角 N及及空載電勢(shì)空載電勢(shì)E0 ；(3)該機(jī)的最大電磁功率該機(jī)的最大電磁功率 、過載能過載能力及產(chǎn)生最大功率時(shí)的功率角力及產(chǎn)生最大功率時(shí)的功率角 。maxP40 解：解：(1)額定電流和額定電壓額定電流和額定電壓 同步電抗的標(biāo)么值同步電抗的標(biāo)么值654. 063504609

18、UIxx232. 1635046017UIxxNNq*qNNd*d A4601138750IN V6350311000UN 41654.06 .08 .00 .16 .08 .000 .1*jjjjjq*NNNNxIUIU523. 0392. 1j(2) 作相量圖。令端電壓為參考軸，作相量圖。令端電壓為參考軸，536. 06 .57coscos1845. 06 .57sinsin16 .579 .367 .209 .368 . 0cos7 .20376. 0392. 1523. 0*111qdNNNNIItgtg42 所以所以 空載電勢(shì)每相實(shí)際值為空載電勢(shì)每相實(shí)際值為978.1041.1937

19、.0232.1845.07.20cos*0cosddNNxIUE V125606350978. 143 功角特性功角特性 令令 ，則有，則有 即即0718. 0cos605. 1cos436. 101cos2718. 0cos605. 1222sin359.0sin605.12sin654.0232.12654.0232.11sin232.1978.12sin2sin2*2*0*qdqddMxxxxUxUEP02cos718.0cos605.1ddPM0ddPM44 由于由于 必須小于必須小于1 1，故應(yīng)取正號(hào)，即，故應(yīng)取正號(hào)，即872.259.2605.14360.12718.0436.14

20、605.1605.1cos2643.02sin94.0sin70342.0872.2985.0coscos45 故故 三相總的最大功率三相總的最大功率 過載能力過載能力74.1231.0509.1643.0359.094.0605.1*maxPkW 1max18. 28 . 074. 1maxNMPPk46第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)47 有功功率的調(diào)節(jié)有功功率的調(diào)節(jié)要調(diào)節(jié)有功功率，只需要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的要調(diào)節(jié)有功功率，只需要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率輸入機(jī)械功率位移角位移角 會(huì)會(huì)自行改變，相應(yīng)地改變電磁功自行改變，相應(yīng)地改變電磁功率和輸出

21、功率，達(dá)到新的平衡率和輸出功率，達(dá)到新的平衡 穩(wěn)定范圍穩(wěn)定范圍同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī) 0 /2：穩(wěn)定：穩(wěn)定 /2 ：不穩(wěn)定：不穩(wěn)定同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī) - /2 0：穩(wěn)定：穩(wěn)定 - - /2：不穩(wěn)定不穩(wěn)定48 靜態(tài)穩(wěn)定的概念靜態(tài)穩(wěn)定的概念發(fā)電機(jī)輸入功率受到一些微小的擾動(dòng)，發(fā)電機(jī)輸入功率受到一些微小的擾動(dòng)，在這種瞬時(shí)擾動(dòng)消除后，在這種瞬時(shí)擾動(dòng)消除后， 繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀態(tài)，就稱這時(shí)的繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀態(tài)，就稱這時(shí)的同步發(fā)電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)是“靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定”的，的， 否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定49PM 0PM afedcba PM PM b a c 2靜態(tài)穩(wěn)定的概念靜態(tài)穩(wěn)定的

22、概念穩(wěn)定穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 50 隱極式同步電機(jī)隱極式同步電機(jī) 可表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定度可表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定度sinsinmax0PxUEPPsMcosdd0sMssxUEPPSSP51比整步功率比整步功率P PSS SS 隨角隨角 而變化的關(guān)系而變化的關(guān)系P 0 2PM Pmax Ps s PM穩(wěn)定穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 MSSPP52 如果并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步電機(jī)失去靜如果并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步電機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定由于雙方頻率不同了，將引起一個(gè)很大由于雙方頻率不同了，將引起一個(gè)很大的電樞電流的電樞電流由于輸入和輸出功率失去平衡，多余的由于輸入和輸出功率失去平衡，多余的功率可能引起轉(zhuǎn)子超速，功率可

23、能引起轉(zhuǎn)子超速，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如采用快速?lì)必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如采用快速?lì)磁裝置來保證靜態(tài)穩(wěn)定。磁裝置來保證靜態(tài)穩(wěn)定。53 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的概念動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的概念突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作時(shí)，突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作時(shí)，或者發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機(jī)或者發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機(jī)失去激磁電流等非正常運(yùn)行時(shí)，能否繼失去激磁電流等非正常運(yùn)行時(shí)，能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題，稱為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定續(xù)保持同步運(yùn)行的問題，稱為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題。問題。542acbdb d dc cadc,PMs ,00P1失去動(dòng)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定概念動(dòng)態(tài)穩(wěn)定概念55 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是一個(gè)非常復(fù)雜的問題動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是一個(gè)非

24、常復(fù)雜的問題電網(wǎng)故障時(shí)，電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)都處電網(wǎng)故障時(shí)，電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)都處在過渡過程中，功角特性中的參量在過渡過程中，功角特性中的參量U、E0、Xs等均將是暫態(tài)變量，由穩(wěn)定參量等均將是暫態(tài)變量，由穩(wěn)定參量作出的功角特性就不在適用了作出的功角特性就不在適用了56以上分析均在假定發(fā)電機(jī)的激磁為常數(shù)以上分析均在假定發(fā)電機(jī)的激磁為常數(shù)的條件下進(jìn)行的，實(shí)際上，現(xiàn)代同步發(fā)的條件下進(jìn)行的，實(shí)際上，現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)都帶有快速調(diào)壓器，增大電機(jī)的原動(dòng)機(jī)都帶有快速調(diào)壓器，增大激磁，使激磁，使E0增大，功角特性曲線上升，從增大，功角特性曲線上升，從而提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定而提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定由保護(hù)裝置將電網(wǎng)的故障迅速切除，則

25、由保護(hù)裝置將電網(wǎng)的故障迅速切除，則電網(wǎng)電壓也能迅速恢復(fù)，亦能使功角特電網(wǎng)電壓也能迅速恢復(fù)，亦能使功角特性上升，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性上升，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。57第五節(jié)第五節(jié) 無功功率的調(diào)節(jié)和無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線形曲線58UE0I不計(jì)電阻時(shí)的隱極機(jī)相量圖不計(jì)電阻時(shí)的隱極機(jī)相量圖或sinsincos0UIQIxUEssxUEIcossin0XsIj 59 隱極式同步發(fā)電機(jī)輸出的無功功率為隱極式同步發(fā)電機(jī)輸出的無功功率為 激磁不變時(shí)，激磁不變時(shí)，Q與與 的關(guān)系為余弦函數(shù)的關(guān)系為余弦函數(shù)sinUIQ ssxUxUEQ20cos60Q ,P02P=f( )Q=f( )有功功率和無功功率的功角特性有功功率和無功功

26、率的功角特性Xs)UE(U0 XsUE0XsU261 無功功率的調(diào)節(jié)無功功率的調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，如僅僅調(diào)節(jié)無功同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，如僅僅調(diào)節(jié)無功功率，是功率，是不需要改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸入功率不需要改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸入功率只要調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的激磁電流，就能改變只要調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的激磁電流，就能改變同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率（包括大小和性同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率（包括大小和性質(zhì)）質(zhì)）62 同步發(fā)電機(jī)輸出有功功率保持不變時(shí)同步發(fā)電機(jī)輸出有功功率保持不變時(shí) 若電網(wǎng)電壓再保持不變?nèi)綦娋W(wǎng)電壓再保持不變 只調(diào)節(jié)無功時(shí)，上式應(yīng)成立只調(diào)節(jié)無功時(shí)，上式應(yīng)成立constsinconstcos0EIconstsi

27、nconstcos0sMxUEPUIP及63UE0IPM =const時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的相量圖的相量圖mmnn(a)sincos0EIxsXsI j cosI64PM =const時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的相量圖的相量圖(b)UmmnnE04E01E03E02I4I3I1I2jI4xsjI3xsjI1xsjI2xs穩(wěn)定極限穩(wěn)定極限I超超前前UI滯后滯后U 65 當(dāng)電機(jī)處于當(dāng)電機(jī)處于過激過激時(shí)時(shí) 電機(jī)輸出電機(jī)輸出感性感性無功功率無功功率 增大激磁，電機(jī)的穩(wěn)定度提高增大激磁，電機(jī)的穩(wěn)定度提高 感性無功的增加受激磁電流的限制感性無功的增加受激磁電流的限制 當(dāng)電機(jī)處于當(dāng)電機(jī)處于

28、欠激欠激時(shí)時(shí) 電機(jī)輸出電機(jī)輸出容性容性無功功率無功功率 減小激磁，電機(jī)的穩(wěn)定度降低減小激磁，電機(jī)的穩(wěn)定度降低 容性無功的增加受穩(wěn)定度限制容性無功的增加受穩(wěn)定度限制66發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的大小，就可以改變發(fā)節(jié)激磁電流的大小，就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功無功功率的大小，而且能改變無功功率的性質(zhì)。功率的性質(zhì)。67當(dāng)過激時(shí)，電樞電流是滯后電流，當(dāng)過激時(shí)，電樞電流是滯后電流，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率。發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率。當(dāng)欠激時(shí)當(dāng)欠激時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出容性無功功率，電樞電，發(fā)電機(jī)輸出容

29、性無功功率，電樞電流是超前電流流是超前電流68 V 形曲線形曲線有功功率保持不變時(shí)，電樞電流和激磁有功功率保持不變時(shí)，電樞電流和激磁電流之間關(guān)系曲線電流之間關(guān)系曲線形狀象字母形狀象字母“V”)(fIfI 690IIf電樞電流最小，電樞電流最小，P=100%P=50%P=0穩(wěn)定極限穩(wěn)定極限同步發(fā)電機(jī)的同步發(fā)電機(jī)的V形曲線形曲線欠激狀態(tài)，欠激狀態(tài)，功率因數(shù)超功率因數(shù)超前，發(fā)出的前，發(fā)出的無功系容性無功系容性過激狀態(tài)，過激狀態(tài)，功率因數(shù)滯功率因數(shù)滯后，發(fā)出的后，發(fā)出的無功系感性無功系感性1COS 70 對(duì)于與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)對(duì)于與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī) 改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的功率輸入，發(fā)電機(jī)的位移角改變?cè)瓌?dòng)

30、機(jī)的功率輸入，發(fā)電機(jī)的位移角 將變化，以調(diào)節(jié)有功功率將變化，以調(diào)節(jié)有功功率;若此時(shí)激磁保持若此時(shí)激磁保持不變，輸出的無功功率也將會(huì)發(fā)生變化不變，輸出的無功功率也將會(huì)發(fā)生變化 如只要求改變有功功率，應(yīng)在調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方如只要求改變有功功率，應(yīng)在調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入的同時(shí)，適當(dāng)?shù)馗淖兺桨l(fā)電面的功率輸入的同時(shí)，適當(dāng)?shù)馗淖兺桨l(fā)電機(jī)的激磁。機(jī)的激磁。 如不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入，而僅調(diào)節(jié)如不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入，而僅調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的激磁，則只能改變它的無功功同步發(fā)電機(jī)的激磁，則只能改變它的無功功率，并不會(huì)引起有功功率的改變率，并不會(huì)引起有功功率的改變 空載電勢(shì)空載電勢(shì)E0和位移角和位移角 會(huì)隨

31、著會(huì)隨著激磁的改變激磁的改變而而發(fā)生了變化。發(fā)生了變化。71 【例【例13- -3】 一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行情況下的功率因數(shù)為情況下的功率因數(shù)為0.8 0.8 (滯后滯后)，同步電抗，同步電抗的標(biāo)么值為的標(biāo)么值為 。該機(jī)并聯(lián)在電壓保持該機(jī)并聯(lián)在電壓保持額定值的無窮大匯流排上額定值的無窮大匯流排上 (1)試求當(dāng)該機(jī)供給試求當(dāng)該機(jī)供給90%90%額定電流且有額定功額定電流且有額定功率因數(shù)時(shí)，輸出的有功功率和無功功率。率因數(shù)時(shí)，輸出的有功功率和無功功率。這時(shí)的空載電勢(shì)這時(shí)的空載電勢(shì)E0及功角及功角 為多少？為多少？0 . 1sx72 (2)如調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入，使該機(jī)

32、輸如調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入，使該機(jī)輸出的有功功率達(dá)到額定運(yùn)行情況的出的有功功率達(dá)到額定運(yùn)行情況的110%，激磁保持不變，這時(shí)的激磁保持不變，這時(shí)的 角為多少度？該機(jī)角為多少度？該機(jī)輸出的無功功率將如何變化？如欲使輸出的輸出的無功功率將如何變化？如欲使輸出的無功功率保持不變，試求空載電勢(shì)無功功率保持不變，試求空載電勢(shì)E0及位移及位移角角 的數(shù)值。的數(shù)值。(3)如保持原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入不變，并調(diào)如保持原動(dòng)機(jī)方面的功率輸入不變，并調(diào)節(jié)該機(jī)的激磁，使它輸出的感性無功功率為節(jié)該機(jī)的激磁，使它輸出的感性無功功率為額定運(yùn)行情況下的額定運(yùn)行情況下的110%，試求此時(shí)的空載，試求此時(shí)的空載電勢(shì)電勢(shì)E0及及

33、角的數(shù)值。角的數(shù)值。73 解：解：(1)令令 已知已知 故有電樞電流的有功分量故有電樞電流的有功分量 電樞電流的無功分量電樞電流的無功分量 即即 空載電勢(shì)空載電勢(shì) 故得空載電勢(shì)的標(biāo)么值為故得空載電勢(shì)的標(biāo)么值為1.70，位移角，位移角 =25.1 。輸出的有功功率和無功功率分別為輸出的有功功率和無功功率分別為0.72及及0.54。54. 072. 0*jI1 .2570. 172. 054. 154. 072. 01*0jjjjsxIUE01*jU6 . 0sin,8 . 0cos,9 . 0*I72. 08 . 09 . 0*aI54. 06 . 09 . 0*rI74 (2)已知已知 代入功

34、角特性公式代入功角特性公式 并注意到并注意到E0*=1.7，U*=1，x s*=1，可求出可求出 角，即角，即 空載電勢(shì)的復(fù)數(shù)形式空載電勢(shì)的復(fù)數(shù)形式 因?yàn)橐驗(yàn)?故有故有880. 0454. 1518. 0856. 070. 1sincos70. 1*0jjjE880. 0 j454. 0UEI j*0* sx88. 01 . 18 . 0*P2 .31518. 0170. 1188. 0sinsin*0*SXUEP 454. 088. 0*jI75由此可見此時(shí)電樞的感性無功電流由原來的由此可見此時(shí)電樞的感性無功電流由原來的0.540.54減少減少到到0.4540.454，即為原來的，即為原來的

35、84.1%84.1%，故發(fā)電機(jī)輸出的感性無，故發(fā)電機(jī)輸出的感性無功功率減小為原來的功功率減小為原來的84.1%84.1%。如欲輸出的無功功率保持不變，則有如欲輸出的無功功率保持不變，則有空載電勢(shì)空載電勢(shì)即應(yīng)把空載電勢(shì)即應(yīng)把空載電勢(shì)E0增加到增加到1.77，此時(shí)的，此時(shí)的 角為角為29.8。54.088.054.0,88.0*0*jIIIra8 .2977. 188. 054. 154. 088. 01*0jjjjsxIUE76(3)已知已知由電機(jī)輸出的有功功率保持不變由電機(jī)輸出的有功功率保持不變,故有故有無功功率增加到無功功率增加到110%，則有，則有Q = 0.61.1 = 0.66，即即

36、。 空載電勢(shì)為空載電勢(shì)為即應(yīng)把空載電勢(shì)即應(yīng)把空載電勢(shì)E0增加到增加到1.81，此時(shí)的，此時(shí)的 角反將減小，角反將減小，變?yōu)樽優(yōu)?3.5。72. 0*aI5 .2381. 172. 066. 166. 072. 01*0jjjjsxIUE66. 0*rI77第六節(jié)第六節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī) 同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)同步電機(jī)可以專門用來供給無功功率，同步電機(jī)可以專門用來供給無功功率，特別是感應(yīng)性無功功率。這種專供無特別是感應(yīng)性無功功率。這種專供無功功率的同步電機(jī)稱為功功率的同步電機(jī)稱為同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)或或同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)78 同步補(bǔ)償機(jī)的作用同步補(bǔ)償機(jī)的作用 電網(wǎng)上大量的異步電動(dòng)機(jī)需消耗相當(dāng)數(shù)量的感應(yīng)電網(wǎng)上大量的異步電動(dòng)機(jī)需消耗相當(dāng)數(shù)量的感應(yīng)性無功功率性無功功率 若全部由發(fā)電機(jī)承擔(dān)，其功率因數(shù)會(huì)很低，且電若全部由發(fā)電機(jī)