发电机励磁系统对电力系统稳定的影响(共16页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上发电机励磁系统对电力系统稳定的影响摘要:本文主要阐述发电机励磁系统,在确保电力系统安全稳定运行所起的作用。分析了发电机励磁系统对静态稳定、暂态、动态稳的影响,以及增强系统阻尼的措施。关键词:发电机 励磁 系统稳定一、发电机励磁系统的主要作用:励磁系统的主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流,以满足发电机正常运行的需要。对同步发电机的励磁进行控制,是对发电机运行进行控制的主要手段之一。励磁系统的主要作用是:1、维持发电机的端电压维持发电机的端电压等于给定值是电力系统调压的主要手段之一,在负荷变化的情况下,要保证发电机端电压为给定值则必须调节励磁。由发电机的简
2、化相量图(图1-1所示)可得:Eq=Uf+jIfXd (1-1)式中:Eq发电机的空载电势;Uf发电机的端电压;If发电机的负荷电流比例。图1-1 发电机的简化相量图式(1-1)说明,在发电机空载电势Eq恒定的情况下,发电机端电压Uf会随负荷电流If的加大而降低,为保证发电机端电压Uf恒定,必须随发电机负荷电流If的增加(或减小),增加(或减小)发电机的空载电势Eq,而Eq是发电机励磁电流Ifq的函数(若不考虑饱和,Eq和Ifq成正比),故在发电机运行中,随着发电机负荷电流的变化,必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。为了表示励磁系统维持发电机端电压恒定的能力,采用了调压精度的概念。所谓调压精
3、度是指在自动励磁调节器投入运行,调差单元退出,电压给定值不行进人工调整的情况下,发电机负载人零变化到视在功率额定值以及环境温度、频率、电源电压波动等在规定的范围内变化时,所引起的发电机端电压的最大变化,常用发电机额定电压的百分数表示。一般来说,发电机在运行中引起端电压变化的主要因素是负荷电流的变化,通常用发电机调压静差率J来表示这种变化。调压静压率是指自动励磁调节器的调差单元退出,电压给定值不变,负载从额定视在功率减小到零时发电机端电压的变化率,它可由下式计算:J(%)=(Uf0-Uf)/Ufe100% (1-2)式中:Uf0发电机空载电压;Uf发电机额定负荷时的电压;Ufe发电机的额定电压。
4、通过发电机甩负荷试验可测量发电机的调压静差率,它主要取决于励磁系统的稳态开环放大系数K0,K0越大,J便越小。以上分析的是稳态过程。在电力系统的暂态过程中,维持发电机端电压恒定有利于维持电力系统的电压水平,从而使电力系统的运行特性得到改善。如自动励磁调节能使短路切除后,电力系统的电压恢复加快,从而使系统中的异步电动机自启动加速,当电力系统中有大型电动机启动,同步发电机自同期并列,同步电机因失磁而转入异步运行或重负荷线路合闸(或重合闸)时,电力系统都可能造成大量无功缺额,系统电压水平将下降,自动励磁调节能减小这种情况下降,使电力系统的运行特性得到改善。另一方面,当系统中有重负荷线路跳闸或发电机发
5、生甩负荷时,自动励磁调节有助于降低此时可能产生的系统及发电机电压过分升高,甩负荷可能造成发电机严重过压。为防止这种过电压的发生,要求励磁系统在这种情况下能强行减磁(简称强减)。2、控制无功功率的分配当发电机并联于电力系统运行时,它输出的有功决定于从原动机输入的功率,而发电机输出的无功则和励磁电流有关。为分析方便,假定发电机并联在无穷大母线运行,即其机端电压Uf恒定。设发电机从原动机输入的机械功率不变,即发电机输出的有功功率Pt恒定,则有:Pf=UfIfcos=(EqUf/Xd)sin=常数 (1-3)式中:发电机的功率因数角;发电机的功率角。Uf恒定、Pf恒定即意味着Ifcos和Eqsin均为
6、常数,在发电机相量图(图1-2)上,这表示发电机电流If的矢端轨迹为虚线BB,空载电势Eq的矢端轨迹为虚线AA。当改变发电机的励磁使发电机空载电势Eq变化(如Eq1变为Eq2)时,发电机的负载电流If跟着变化(由If1变为If2),但其有功分量Ia=Ifcos恒定,故变化的只是无功电流IR。所以说,在发电机并联运行于无穷大母线情况下,调节励磁将改变发电机输出的无功。图1-2 发电机与无穷大母线并联运行的相量图实际运行中,发电机并联运行的母线不会是无穷大母线,这时改变励磁会使发电机的端电压和输出无功都发生变化,但一般来说,发电机的端电压变化较小,而输出无功却会有较大的变化。保证并联运行发电机组间
7、合理的无功分配,是励磁系统的重要功能。在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时,所涉及的主要概念之一是发电机机端电压调差率。所谓发电机机端电压调差率是指在自动励磁调节器的调差单元投入,电压给定值固定,发电机功率因数为零的情况下,发电机无功负载从零变化到额定值时,用发电机额定电压百分数表示的发电机机端电压变化率T,通常由下式计算:T(%)=(Uf0-Ufr)/Ufe100% (1-4)式中:Uf0发电机空载电压;Ufr发电机额定无功负载时的电压;Ufe发电机的额定电压。发电机的端电压调差率,反映了在自动励磁调节器的作用下发电机端电压Uf随着发电机输出无功的变化。自动励磁调节器调差单元的接法不同。
8、发电机端电压Uf可能随发电机输出无功电流IR的加大而降低,即UfUf0,则称发电机有负的电压调差;若发电机端电压Uf不随发电机输出无功电流IR的变化而改变,即Uf=Uf0,则称发电机没有电压调差,即无差调节。图1-3表示了发电机的三种调差特性。图1-3 发电机的调差特性图 当多台发电机机端直接并联在一起工作时,为了使并联机组间能有稳定的无功分配,这些发电机都必须有正的电压调差,且要求调差率T=3%5%。若发电机是单元接线,即它们是通过升压变压器在高压母线上并联,则要求发电机有负的调差,负调差的作用是部分补偿无功电流在升压变压器上形成的压降(国外常把调差单元称为负荷补偿器),从而使电厂高压母线电
9、压更加稳定。有些电厂为了减小系统电压波动所引起的发电机无功的波动,常常不投入调差单元,而这对电力系统的调压,即保持系统的电压水平是不利的。3、提高同步发电机并联运行的稳定性通常把电力系统的稳定性问题分为三类,即静态稳定(S、暂态稳定及动态稳定问题。所谓静态稳定是指电力系统在受到小干扰作用时的稳定性,即受到小干扰作用后恢复原平衡状态的能力;而暂态稳定是指电力系统在受到大干扰(主要是短路)作用时的稳定性,即在大干扰作用后系统能否在新的平衡状态下稳定工作;而动态稳定是指电力系统受干扰后(包括小干扰和大干扰),在考虑了各种自动控制装置作用的情况下,长过程的稳定性问题。励磁控制对电力系统的三类稳定的改善
10、都有显著的作用,下面分别讨论励磁控制对各类稳定问题的影响。2励磁控制对静态稳定的影响:为简化分析,设发电机工作于单机对无穷大母线系统中。发电机F经升压变电器SB及输电线接到受端母线,由于受端母线为无穷大母线,它的电压幅值U和相位(设为零)都保持恒定。图1-4表示了系统的接线图及等值电路图。图1-4 单机对无穷大母线系统接线及等值电路图若忽略发电机的凸极效应(即认为Xd=Xq)及回路电阻,则发电机输出的有功功率为:Pf=(EqU/Xd)sin (1-5)式中:Eq发电机空载电势;U无穷大母线电压;Eq和U之间的相角差,常称功率角;Xd系统总电抗,为发电机纵轴同步电抗Xd、变压器电抗XT和线路电抗
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