發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍波形分析

1、同步發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍錄波圖分析周尚軍（武漢洪山電工科技有限公司，湖北武漢，430000）圖1、某發(fā)電機(jī)無(wú)PSS 滿載時(shí)2%階躍(A 通道)圖2、隱極同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)電壓相量圖和等效電路很顯然，根據(jù)電機(jī)學(xué)隱極同步電機(jī)的電勢(shì)電壓相量圖可知，忽略定子電阻Ra時(shí)，有【E=U+j*I*Xt】Esin=I*Xt*cosEcos=U+I*Xt*sin有功功率P=m*U*I*cos=m*E*U*sin/Xt無(wú)功功率Q=m*U*I*sin=m*U*(Ecos-U)/Xt視在功率S=從發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍的電氣量錄波圖可以看出，上階躍時(shí)，勵(lì)磁電壓Uf、勵(lì)磁電流If、機(jī)端電壓U、無(wú)功功率Q上升（增加）在系統(tǒng)阻尼為正時(shí)，有功

2、功率P衰減震蕩、機(jī)端電流I衰減震蕩，勵(lì)磁電流If衰減震蕩。與階躍前的初始值相比，有功功率P穩(wěn)態(tài)值P與初始值相同，機(jī)端電流I穩(wěn)態(tài)值I小于初始值，勵(lì)磁電流If穩(wěn)態(tài)值If大于初始值。正階躍時(shí)，給定Uref突增，Uf突增，Ug增大，If增大，Q增大。由于原動(dòng)機(jī)沒有調(diào)整，負(fù)載不變，所以Pe穩(wěn)態(tài)值與階躍前的初始值相同，P=Pm-P。式中P為各種有功損耗之和。由于AVR的恒機(jī)端電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，被控量U很快穩(wěn)定，因此Uf也很快穩(wěn)定。由于Uf=Kp*U，式中，Kp為放大倍數(shù)。負(fù)載階躍機(jī)端電壓階躍量U=1%4%（圖示為2%）。依據(jù)做PSS前負(fù)載階躍的高有功、低無(wú)功、功率因數(shù)近似為1的前提條件，勵(lì)磁電壓初始值U

3、f介于空載勵(lì)磁電壓Ufo與負(fù)載額定勵(lì)磁電壓Ufn之間，更接近空載勵(lì)磁電壓值Ufo。【Uf及If準(zhǔn)確值取決于cos=0.951的負(fù)載V型曲線】Uf=Ufc-Uf/Uf2.5Ufn-Ufo/Ufo=7.5Ufo-Ufo/Ufo=6.5Kp=Uf/U=300+Q=(U*Ir)=U*Ir|Ir=const+U*Ir|U=constIr=const，所以Ir=0，所以Q=U*Ir。于是Q也很快到達(dá)新的穩(wěn)定值。在Uf、Ug、Q迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí)，P、I及If仍然在衰減的阻尼震蕩。在Uf、Ug、Q三者先達(dá)到穩(wěn)態(tài)值而P、I、If仍在震蕩的這個(gè)過程中，有功電流Ia=Icos震蕩，E*sin震蕩；無(wú)功電流Ir=Is

4、in穩(wěn)定，E*cos穩(wěn)定。因此勵(lì)磁電勢(shì)E、定子電流I和功角、功率因數(shù)角都在震蕩。事實(shí)上，階躍響應(yīng)中，真正發(fā)生階躍的是勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁電流在電感性回路中，響應(yīng)勵(lì)磁電壓的階躍變化，按照發(fā)電機(jī)負(fù)載勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)Tdz（介于Tdo與Td之間，遠(yuǎn)小于Tdo）上升。由于勵(lì)磁電壓的回落趨穩(wěn)變化，造成勵(lì)磁電流的衰減震蕩。勵(lì)磁繞組回路任意時(shí)刻滿足Uf=If*Rf+L*dIf/dt（基本阻感回路電壓方程）忽略勵(lì)磁繞組的飽和，根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)，勵(lì)磁電勢(shì)E與勵(lì)磁電流If成正比。E=4.44*f*N*Kw【此處為磁通，正比于勵(lì)磁電流安匝】勵(lì)磁電流If的震蕩造成勵(lì)磁電勢(shì)E的震蕩。機(jī)端電壓U的趨穩(wěn)造成定子電流I及功角、功率因

5、數(shù)角的震蕩，以便維持機(jī)端電壓U、同步電抗壓降I*Xt及勵(lì)磁電勢(shì)E組成的電壓電勢(shì)三角形的穩(wěn)定性。整個(gè)P、I、If、E、及震蕩的過程中，無(wú)功電流Ir=Isin穩(wěn)定，E*cos穩(wěn)定。結(jié)論：依據(jù)負(fù)載階躍試驗(yàn)的方法及階躍響應(yīng)的定義，真正發(fā)生階躍變化的是勵(lì)磁電壓Uf，由于AVR的恒機(jī)端電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，Ug和Q很快趨穩(wěn)，Uf階躍之后迅速回落趨穩(wěn)，If震蕩趨穩(wěn)，進(jìn)而造成勵(lì)磁電勢(shì)E震蕩，為了維持電勢(shì)電壓三角形的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性，定子電流Ig及功角、功率因數(shù)角震蕩。因此有功震蕩，無(wú)功上升后穩(wěn)定。由于原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率不變，負(fù)載電功率不變，所以Pe的穩(wěn)態(tài)值等于初始值。由于無(wú)功電流Ir不變，P穩(wěn)態(tài)值與初始值相比不變，機(jī)端電壓U增加，則有功電流Ia穩(wěn)態(tài)值減小，因此定子電流I=穩(wěn)態(tài)值減小。參考文獻(xiàn)：1、許實(shí)章：電機(jī)學(xué)，【M】，華中工學(xué)院出版社，19852、竺士章：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)，【M】中國(guó)電力出