王葵电力system剖析3.ppt

CHAPTER 3 GENERATOR AND TRANSFORMER MODELS;THE PER-UNIT SYSTEM发电机和变压器模型；标幺值系统 3.1 INTRODUCTION概述 CONTENTS OF THIS CHAPTER: 1.稳态对称运行条件下的发电机和变压器的简单模型 。 2.复习包含发电机，变压器，传输线，电容器，电抗器和负荷的电力系统单线图。 3.标幺值系统。 3.2 SYNCHRONOUS GENERATORS同步发电机 大量的电能都是由三相同步发电机发出的，即通常所说的交流发电机，其可由蒸汽轮机，水轮机或燃气轮机驱动。电枢绕组安装的固定部分叫做定子，电枢绕组能产生对称三相电压。它的磁极数和转子励磁绕组的磁极数相同，磁场的建立要求相对较小的功率（0.2-3%的发电机额定功率）。主磁极安装在转子上，转子也设置有一个或多个短路绕组，即通常所说的阻尼绕组。转子由恒速的原动机驱动，而且用直流进行励磁。励磁可以由与同步电机转子同轴的直流发电机（称为励磁机）通过集电环和电刷提供的。然而，现代的励磁系统通常用带有旋转整流器的交流励磁机励磁，即所谓的无刷励磁。发电机励磁系统可以维持发电机机端电压不变并调节无功潮流。 同步电机的转子有隐极式和凸极式两种。隐极式转子有分布绕组和均匀的气隙磁场。这些发电机由蒸汽轮机驱动，设计转速为3600转/分或1800转/分( 分别为两极和四极式电机)。这些发电机转子的轴向相对较长，直径相对较小以减小离心力。大约有70%容量为150-1500MVA的大型同步发电机为隐极式电机。凸极式转子的主极上有集中绕组而且气隙不均匀。凸极式转子的极对数相对较多，轴向长度短，直径大。水电站的发电机由水轮机驱动，它的转子结构为凸极式。 3.2.1 GENERATOR MODEL发电机模型 3.3 STEADY-STATE CHARCTERISTICS-CYLINDRICAL ROTOR隐极式稳态电机的特性 3.3.1 POWER FACTOR CONTROL 功率因数控制 很多同步电机都连接在大的互联电力网络中。这些网络的一个重要特性就是连接点的系统电压幅值、相角和频率为恒定值。这样的点在电力系统中被称为无限大容量母线。因此，发电机母线的电压不随发电机运行条件的变化而变化。 能够改变转子励磁是同步电机的重要性质。现在，我们讨论在机械输入功率恒定的情况下，发电机的运行情况。连接在无限大容量母线的同步发电机的单相等效电路如图3.4所示。忽略电枢电阻，假设输出功率恒定。即 这里的V是相端电压，假设为恒定值。由式（3.14）可知在端电压固定的情况下，为使发电机发出的功率保持不变，则 必须保持为恒定值。因此，当功率因数随磁场电流的变化而变化时，电枢电流的相量末端必须在一条垂直线上，如图3.6所示。由此图我们可得 3.4 SALIENT-POLE SYNCHRONOUS GENERATORS凸极同步电机 在3.2章节中建立的模型仅适用于具有均匀气隙的隐极发电机。凸极转子会导致非均匀的气隙磁阻air gap。沿着极轴的磁阻，通常叫做直轴磁阻，一般低于交轴磁阻，因此直轴电抗 的值较大，而交轴电抗 的值较小。这些电抗在电枢中的电压降可以这样考虑，将电枢电流 分解为两部分， 和 ， 为同相位分量， 为垂直相位分量。忽略电枢电阻，相量图如图3.8所示。 图3.8 凸极发电机相量图 这里 关系式（3.40）是二次侧归算至一次侧的KVL方程，图3.9的等效电路可以重新画成图3.10所示的等效电路，这样从一次侧看进去有着相同的效果。 图3.10归算至一次侧的精确等效电路 空载时，一次侧电压降很小，所以在计算空载电流 时，可以用电压 代替 。因此把并联支路移到一次侧串联阻抗的左侧，不会带来明显的误差。这样，一次侧的参量 和 可以和归算至二次侧参量 和 合并形成等效的一次侧参量 和 。省去理想变压器线圈的等效电路如图3.11所示。 图3.11 归算至一次侧的近似等效电路 由图3.11得 其中