14.4同步发电机并网时有功调节和静态稳定

PMN 25000 kW PM
0
x jI a s x jI a s
根据功角公式
U
I I a a N
N
U E0U E0 m PM m sin Fra Baidu bibliotek PM sin xs xs
sin 1.1E0 sin E0 sin E0
PM
P 1 P
P1
0
A A

B
B
1800 00
1 900 1

PM P 注： 1 p0 有效输 入功率 PM为制动功率
A点是一个稳定运行点，B点为不稳定点。
结论：
发电机的功角特性的稳定段是δ ＝0～900(凸极电机略小于 900)，而δ ＝900～1800是无法稳定运行段。
发电机稳定运行判据：
当外界的扰动使得电机的功率角增大时，电磁功率的增量也 大于零，即
PM lim 0 0
或
dPM 0 称为静态稳定极限 d
dPM 0 d
同步电机的整步功率系数 或 比整步功率Psyn
E0U dPM 1 2 1 对凸极电机 Psyn m cos mU ( ) cos 2 d xd xq xd E0U dPM 对隐极电机 Psyn m cos 其值越大,越稳定 d xs
N 72.8 36.87 35.93 U I (R jx ) 直接求解 ） （或根据公式 E 0 a a s
额定功角
0 0 0
电磁功率 P M P N S N cos N 25000KW 1 过载能力 kM 1 1.7 E 0 0 sin N sin 35.93 （2）输出的有功功率不变 E
U
I a2 I a1
Ia
超前 欠励 正常
滞后
过励
If
同步发电机的V形曲线
例题
一台并联于大电网的汽轮发电机，其额定数据为： SN=31250kVA，UN＝10500V，cosφ N＝0.8（滞后），绕组Y接。 若Ra≈0，xs＝7Ω ，试求：
（1）发电机额定运行时的功率角δ N，电磁功率PMN及静态过载 能力kM； （2）发电机输出的有功功率不变，若将励磁电流加大10％， 求此时的δ ′、PM′、cosφ ′和Ia变为多少？
静态过载能力kM
PM max 1 对于隐极机 kM PN sin N
注：一般要求kM>1.7，即δ<350。设计时δN＝250～ 350
PM max kM PN
14.5 无功功率的调节和V形曲线 14.5.1 无功功率调节
原动机输入的功率不变时，调节发电机的励磁电流If，励 磁电势E0也发生变化，电枢电流Ia相应变化，而同步发电 机的有功功率保持不变，只可能是无功功率发生变化。
E0 sin 常数


I a
I a cos 常数
x jI (1)过励状态:If较大,E0较 a1 s E 滞后 U 01 输出滞后 大, I a1 的无功功率。 x jI (2)正常励磁:If减小,E0减 a2 s E 与U 同相 02 小, I a2 x jI a3 s 位,cosφ =1,定子电流最 E03 小,只有有功分量，无功 I I a4 a3 功率为零。 jI a 4 xs (3)欠励状态:If减小,E0减 输出超前的 超前 U 小, I a3 E 无功功率。 04 (4)稳定极限:If继续减小,E0减小, δ＝900。
14.4 同步发电机与大电网并联运行时有功功率调节和 静态稳定 N
14.4.1 有功功率调节 当发电机用准确同步法并网后， 该发电机处于空载状 态（E0=U，PM＝0，δ ＝0）
n1
n1 T1
气隙合成 磁场磁极
S
T 0
N
P 1 p0 pm pFe pad
S
E 0
增大励磁电流If，励磁电 势E0增大， 结论：出现了无功电流，仍然 有δ ＝0，P M ＝0
1 0
E0 sin N 1 E0 sin N 1 sin 35.93 sin sin sin 32.240 E0 1.1E0 1.1

由相量图的几何关系
E0 (U cos N )2 ( I a xs U sin N )2 (6062.2 0.8)2 (1718.3 7 6062.2 0.6) 2 16399 V
结论： 同步发电机无功功率的调节主要依靠励磁电流的调 节
14.5.2 同步发电机的V形曲线 忽略电枢电阻Ra，假设有功功率不变，故有 x P2=PM＝常数 jI a s E 以隐极电机为例有 E0U PM m sin 常数 xs P 2 mUI a cos 常数
0
U
功率因数角 由相量图几何关系可得
解：
UN
N cos1 0.8 36.870
I a xs U sin N 1718.3 7 6062.2 0.6 tan( N N ) 3.23 U cos N 6062.2 0.8 N N 72.80
注：当δ角达到900时，达到发电 机最大的极限功率，再增加原动机 输入，电机将要失步。
S
气隙合成磁场磁极
E 0
x jI a s
U
B
Ff
δ
I a
14.4.2 同步发电机的静态稳定
在电网或发电机偶尔发生微小扰动，当扰动消失后，发电机 能回到原先的状态继续同步运行，则发电机就是“静态稳定” 的，否则不稳定
U 1.11639932.240 6062.200 E 电流 I 0 a jxs j7 1901 43.70
功率因数
cos cos 43.70 0.723
M P N S N cos N 分析： （1）根据公式直接求解 P U （2）根据公式可 P m E0U sin P m E0 sin M M 以求得δ′ xs xs
10500 6062.2 V （1）每相电压 U 3 3 SN 31250 103 每相电流 I N 1718.3 A 3U N 3 10500
x jI a S
U
E 0
B
Ff
I a
增大来自原动机的输入功率P1
此时T1>T0，电机瞬时加速，δ角增加，出 n 现电磁功率PM和电磁转矩T。当T1=T+T0时， 1 T1 转子不再加速，达到稳定运行
n1
N
T
结论：要增大发电机的输出功率， 必须增大原动机的输入功率，使δ 角增大，达到新的平衡关系。