發(fā)電機的功角特性和穩(wěn)定概念

一、汽Jt發(fā)電機的功率和勘角關(guān)系改發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)肆線并眠運行，即發(fā)電機端電壓不隨箕荷大小而變，是1恒定電壓心=常散），接綬如圖m3所示震在略去安電機定子電阻，并偶設(shè)發(fā)電機處于不飽布狀態(tài),則其等值電路如圖4T①）所示.從等僚電路可寫出電壓方程E^=U+）iXi u-1）圈4-］圈4-］夜電機■與無限大春赴赧統(tǒng)址殘并聯(lián)遠行（?）接線圖F（b）尊宜電略'在）布堆囹式中M——發(fā)電機的感應(yīng)電動部，v——發(fā)電機端電壓，I——發(fā)電機輸出電瓶；X.——發(fā)電機的司步電抗［電樞反應(yīng)電抗與定子端漏電拽N和人根據(jù)式（4-1）.設(shè)發(fā)電機向系統(tǒng)輸出電溫滯后端電壓白，功率因數(shù)聞為啊可作出圖4-1（O所示的相量四，圖中沒電機電動勢乩與機端母線電壓打之間的夾角$稱為發(fā)電機的劫率角.簡殊功角.在同步電機作為筮電機莊行時，瓦儂是翔前￡.定此起前&常為正，由丁?發(fā)電機的電磴功率（不計癥電機定子繞組電阻損耗時.電磁功率等于輸出功率）可.在示為(4-2)T\=點(4-2)式中U?——棺電壓；I——-相電流1材——功率因敷用L析--定子繞雄相SSL可得出r 垃可得出r 垃g/COS件—7T整理為將其代入式（4⑵,即可得出電磁址率已的另一種表達形式.即(4-3)如果式＜4-3）中的U、孩、已均用橋么道表示，并仍用原符號，則式S-3）可重寫為<4-4>P=警前澎<4-4>其基準功率為"g 為領(lǐng)定相電壓，R為額定相電流.，當發(fā)電機端電壓不變時，則X』亦不變，若勵曲電流不變，則發(fā)電機電動勢具也不會改變.因此，由式（4技可知，當發(fā)電機端電壓U利勵勘電床都不變，而只改變原動機轉(zhuǎn)矩時，發(fā)電機的輸出功率F與功偷寺之何的關(guān)系為一正.弦函數(shù)變化關(guān)系，其關(guān)系曲線稱為同步發(fā)電機的功角特性，如圖4T所示，當，=9甘時，電磁為率達最大值，其值為F一職■*max.

發(fā)電機遠行時，其轅出功率P決定于汽掄機輸人到發(fā)電機轉(zhuǎn)軸的機械功牽尸E輸人機械功率己戒云機械蜃擦損耗、就芯很耗和附加損捋以后，便褂到電磁功率已。電硬功垂即為由空氣隘禳場所傳遞的功率，將其減去定子割損耗以后,便得到輸出的電功率P.機械損耗和鐵芯損耗及附加損耗之和即為發(fā)壯機的空載抵擇。因此，電磁功率已，即等于輸入機威功率R臧去發(fā)電機空載損荒已.即已=己一若不考惠發(fā)電機定子桐格（JM,則發(fā)電機的輸出功塞就等于電磁功率,即二、靜態(tài)穩(wěn)定概念發(fā)電戰(zhàn)直接與無限大容晝系統(tǒng)并聯(lián)運行時，當發(fā)電機電動勢略去F標q）和系統(tǒng)電壓U的大小為某一定值時■發(fā)電機可能向系統(tǒng)埔出的最大功率為/\^=鏟.只有發(fā)電機的輸出功率小于P*時，汽輪機和發(fā)龜機的功率才有可能平?衡。當汽輪機為某-固定的輸出功拿Pl時，見圖4-2,它與功伯特性曲箕有兩個交點，即a點和L點。若昭去淀電機的空教損耗，則兩個交點旦和h都滿足功率平街關(guān)系，相應(yīng)的功角分別為亂和乳舊在這兩個功率平徽點是否都能穩(wěn)定工作呢？那就要看其受到小的擾動以后能否回到原來的工作點’如果在某一點工作時受劫小的擾動〔如負荷波動?一切除后立即又投入或相反〉后能恢題到原來的工作點，我忙就稱這一原工作點是孫態(tài)穩(wěn)定的工作點E反之，引果在某一點工作時受小的我動后不能回到原來的工咋點.我們就稱這-原工作.長是贛態(tài)不穗定的工作點，或稱其為不穩(wěn)定工作點，據(jù)此可分析a和b兩個工作點是否都能穩(wěn)定工作.在圖4-2中的a點卜假設(shè)由于某種原因使發(fā)電機的功角說產(chǎn)生了一個微小的增域宓.由?4-2可以看出’在。點處，正的甫增呈田，使發(fā)電機的瑜出功率增加xlP,但此時汽輪機的功率仍維持恒定而等于Fu發(fā)電乩彩率變化的結(jié)果，便使發(fā)電機和汽輪機同持薄的平街逾受破壞。挑動后3點”由干涎電機的電磁轉(zhuǎn)矩超過了汽輪機的轉(zhuǎn)矩,，于是發(fā)電機的野速升始交慢，因而使發(fā)電機電動妙與系統(tǒng)電壓之間的功角誠小，使運行狀態(tài)又械復(fù)到起始的占點"所以在株點運行是能郵總定的同理，當點n處有--?個負的匍增域口『時，發(fā)電機輸出功率減小2,使發(fā)電機的電砥轉(zhuǎn)距七國裝愜）小于汽輪機的輜跆轉(zhuǎn)擔(dān),于是機組的轉(zhuǎn)速如快*指應(yīng)業(yè)使笙電機電動勢日相對于系統(tǒng)電壓U的旅轉(zhuǎn)速度加快《功率平值時院和□都以同步速度旋轉(zhuǎn)，其間夾角為&，在此頁登找動后的央角為齒而又使發(fā)電凱的運行狀態(tài)恢復(fù)到原先的工作點軟這也說明h點工作是靜態(tài)穩(wěn)定的n對于?圖4-W的b點處，情況將完金不同”這時止的角漕量由,帶來的是負的發(fā)電機功重變咨古/\發(fā)電機功率的變化，引起了具有機組加速性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)，在它的作用下?功林詐但不會減小，反而增大，而隨者功角的增大，發(fā)電機的輸出功率將繼續(xù)減小，因而會引起3（4-2汽輪本電機的羽俏特性功角的再度增大，同時電動墊玖與系統(tǒng)電壓”的夾角不斷增大，這時發(fā)電機的工作點將由b置沿特性曲線不斷向下移劫而失去同步.所以工作點h是不穩(wěn)定工愕點，3（4-2汽輪本電機的羽俏特性依據(jù)上述分析結(jié)果，其數(shù)學(xué)上來表達,推電機維:持靜態(tài)穩(wěn)定運行的條件是嘉* S）由圖小2所示的功角特性曲找可看出，占＜9明時，0,發(fā)電機能穩(wěn)定運行】$＞9tr時，器＜0,發(fā)電機不能株定運行.為非穗定區(qū).在$=9『時,就達到穩(wěn)定極限,此時對脫的電慮功率稱為理論到毫穩(wěn)定極限功率#在實際逐行中，發(fā)電機應(yīng)在穩(wěn)定械限莪圍內(nèi)運行’旦應(yīng)留有足野的靜態(tài)穩(wěn)定儲備-發(fā)電機正常運行的功角一般是3"?45、

上述討論，是頃發(fā)電機直接與無限大蓉瑩系統(tǒng)井聯(lián)運行為前提，但在實際系統(tǒng)中’發(fā)電機多是經(jīng)過變壓器和高壓輸電線路并入系統(tǒng)n例如發(fā)電機鮑變玉器和雙網(wǎng)輸電統(tǒng)路接入無限大容最系統(tǒng).如圖打3（a）所示，其等值電路如圖4-3（b）所示，圖中為為變壓器與繾路的阻抗之和，XT X.”=常哉E為改-*5,就圖4-3發(fā)屯機紓外用抗接人無眼大容缺嘉統(tǒng)伯）京晚括稅圖f%）舞渣電幫圖（4-7）在這種情況下，若保持發(fā)電機的國藤電流不變〔如融定勵瞬電流），明保持發(fā)電機電玫券占不變（蹬去下標q）,這時爰電機的躅明壓將隨發(fā)電機的輸出功率而變巳,我們研究發(fā)電機能否穩(wěn)定運行，是指發(fā)電機能否保持與系統(tǒng)披率同步運行.仍以系統(tǒng)母線電壓U為琵考.此吐，若不考慮發(fā)電機，變壓器和線路有功損耗，則盼電機轅入系統(tǒng)的功率P可根據(jù)能電機您接與無限大系統(tǒng)違賽時的類似推孚得出，為（4-7）一-亍航赫=專血』

點小十A式中&—-發(fā)電機電動蝦E與系統(tǒng)電壓口之間的夾角,X--發(fā)電機電抗氣與外電抗冶之和，技然，在相同的發(fā)電機電動勢ET.發(fā)電機輸入系統(tǒng)的牌能定極限功率=岑將隨外電抗｛發(fā)電機至無限大系統(tǒng)母統(tǒng)之間的電抗）Xs的增大而磁抗。另外.在發(fā)電機輸出功率和國磁電貌不變的情況f,由于的出現(xiàn).發(fā)電機粗動勢丘與系統(tǒng)電壓U之間的夾角甫，將隨Xa的增加而增大，因而靜穩(wěn)定儲?備隨之降低.三、哲態(tài)琨定概念前面討淪的滯志穩(wěn)定是發(fā)申ML與系統(tǒng)并聯(lián)運行時受到小的拔動后*發(fā)電抓能否恢.復(fù)到原先的工作點，繼續(xù)保持與系統(tǒng)同步運行'而暫的穩(wěn)定是指，輸電系統(tǒng)發(fā)生突然的急劇的大擾菌（如短路故障、輸電線路突然切除葬｝時，發(fā)電機能否繼續(xù)維持穩(wěn)提運行的能為，即能否璃復(fù)到原來的工作狀態(tài)或過渡到新的工牢點穗定工作,魅續(xù)保持與系統(tǒng)同步運行*為丁說明暫態(tài)穩(wěn)定的基本原理，下面仍以圖4,3所示的接踐，在雙回輜電線瑋中突然切除一回輸電線路為例’敘述一下所卷生的現(xiàn)象“如果不為虐擔(dān)電機的電醍智態(tài)過程.即認為X』不變，那止，當瑜電線路的-條回路祓切除后，發(fā)電機電動料E至系統(tǒng)母經(jīng)間的敏電抗，將由X=X』+Xt+Xl性增大為X'=Kl*

+XLt所以這時的功率極限值由Fy號成小到尸”心=歹，圖4-4責(zé)斷回線鼎后發(fā)電機勃出功率麗帽對速度與功僑&的美柬正常運行和切除一回線路后的功笛特性曲線如圖4-4所術(shù)。如果在切除一回路前.發(fā)電機工作在功率掙隹曲線圖4-4責(zé)斷回線鼎后發(fā)電機勃出功率麗帽對速度與功僑&的美柬在切除一回線路的曜間，由亍發(fā)電機聒子的慣性.功角不能突變t困此發(fā)電機的工作點將由原來的不點，突然轉(zhuǎn)移至新的肪率特性曲線2的h點，重發(fā)電機的輸出功率突然閾小。這時，由干汽輪機調(diào)速器不可避免的滯后洞節(jié)作用，汽輪機的功率町在短哲時間內(nèi)可認為仍然保持不變。這樣發(fā)電機的電禳轉(zhuǎn)宅就小于原動機轉(zhuǎn)矩.于是就引起了傳子的加速過程，使原來都等于同步速度捻轉(zhuǎn).角度相筆&的發(fā)電機電動勢苴和系統(tǒng)電壓穴中的金如捷。隨著E對U的相對速度日（即向最，與打族轉(zhuǎn)速度之差）的產(chǎn)生并加大.引起T前度公的加大，于是運行狀態(tài)從b點沿曲線2向「點移動，在未達。點以前.原動機轉(zhuǎn)矩仍大于發(fā)電機電磴轉(zhuǎn)矩，這個過剩轉(zhuǎn)矩雖然?一直在減小，但其符號不變、所以相對速度■仍在增大.當?shù)竭_*點肘，發(fā)電機防率與汽粒機的功率相等.過剩轉(zhuǎn)矩等于零,衣對。的相時速度W達到焜大值.但由于轉(zhuǎn)于慣性關(guān)系，工作點將越過。點繼續(xù)移動，便用度#繼續(xù)增大。圖4-S大批動后的用度）隨時間『振蓬的圖形超過矽點以后，隨者功焦術(shù)的增大「發(fā)電機電艷功率超過了汽輪機的功率F],世而使發(fā)電機轉(zhuǎn)子受到減速性的制動轉(zhuǎn)矩的作用而堿速，即相對速度a逐晰減小.到達d點時，轉(zhuǎn)子在如速運動中般虎以前）所租聚的劫能已釋放完畢.相爆詒寸&的相封速度t'=0*角度&達到最大值乩，并且不再增大。但由于此后發(fā)電皿功率仍大于汽掄機,功率，使發(fā)電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)減小，相對轉(zhuǎn)速變?yōu)樨撝?，于?用度廿開始減小，工作點尺返向退回到j(luò)點，由于慣性關(guān)系，工作點.只會越過t■點,向h方向移動，在旅近B的某處，吉到達斯的最小值.然后#又開始增大『如此，經(jīng)多次跋幅振攜后.橙定在哈點運行，此時汽輪機動率仍然是而角度由&變?yōu)榛蛄恕鱿鄬λ俣却螂S帝度8變化的情況如圈4-4所示。角度3隨0寸間t累曲的圖形如圖4-5圖4-S大批動后的用度）隨時間『振蓬的圖形上述情況i兌明了.發(fā)電機與系城井聯(lián)運行受到突然的急劇擾動之后.能過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)繼續(xù)運行.可是.過渡過程也可能有另一種靖局.如果在上述運行狀態(tài)變化的過程中，渚振蕩的第一個周期內(nèi)，相對速度v未達零值以前，用的最大值已等于或建過臨界魚即運行狀態(tài)超過e點+理電機轉(zhuǎn)楚又小于照動機轉(zhuǎn)艇，即出現(xiàn)了怵速性的過啊轉(zhuǎn)矩，那么就不可能過渡到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，相肘速度將不斷增大,最后導(dǎo)致發(fā)電機失去同步，系統(tǒng)受到筏大擾動后'能否重新過渡到柩定狀態(tài)下運行，可簡單地用面積定則夾確定“如果加速面積3心〔衛(wèi)圖4-4）小于最大可能的裱速面積S”發(fā)電機就能過渡到新的工作點穩(wěn)定運行，外保痔與系統(tǒng)同步*反之,如果加速面積&略大于最大可能的涮速面積$或則不熊保證暫戀穩(wěn)定。保i正暫態(tài)璀定的充分必要條件是&命＞S血.S*與S血的比值K是皙態(tài)穩(wěn)定飭備系數(shù).即K盤"⑻要求系數(shù)K>L根據(jù)上述說明，暫態(tài)穩(wěn)定的程度不但受電氣毋（AE、X』、Xg等的影響，而且受轉(zhuǎn)子慣性的影響?即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動