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第二章同步发电机励磁自动控制系统
第一节概述
励磁电流 空载电动势
图2-1励磁控制系统结构框图同步发电机的励磁系统=励磁功率单元+励磁调节器
图2-1励磁控制系统结构框图
一、同步发电机励磁控制系统的任务
(一)电压控制
单机运行:
式中——发电机直轴同步电抗
图2-2同步发电机感应电动势和励磁电流关系
图2-2同步发电机感应电动势和励磁电流关系
(a)同步发电机运行原理;(b)等值电路;(c)矢量图
式中—与间的相角,即发电机的功率角;
—发电机的无功电流。
一般很小,可近似认为,于是,可得简化的运算式为
上式说明,负荷的无功电流是造成与幅值差的主要原因,发电机的无功电流越大,两者之间的差值也越大。
图2-3同步发电机的外特性
图2-3同步发电机的外特性
线1:不变
励磁不变
励磁不变
曲线2:不变
励磁增加
励磁增加
(二)控制无功功率的分配
图2-4同步发电机与无限大母线并联运行(a)
图2-4同步发电机与无限大母线并联运行
(a)接线图;(b)相量图;
无论励磁电流如何变化,发电机的有功功率均为常数,即
常数常数
的端点则沿着虚线变化
的端点则沿着虚线变化
由此可见,与无限大母线并联运行的机组,调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
2、并联运行各发电机间无功功率的分配
图2-5并联运行发电机间无功负荷的分配
图2-5并联运行发电机间无功负荷的分配
当母线电压为时:
无功负荷增加,母线电压降到时:
显然:
(三)提高同步发电机并联运行的稳定性
励磁自动控制系统是通过改变励磁电流从而改变空载电动势值来改善系统稳定性的。
励磁对静态稳定的影响
图2-6单机向无限大母线送电
图2-6单机向无限大母线送电
(a)接线图;(b)等值网络;(c)相量图
—系统总电抗,一般为发电机,两变压器,输电线电抗之和;
—发电机空载电动势和受端电压间的相角。
图2-8发电机的几条代表性功率特性功率极限为,即
图2-8发电机的几条代表性功率特性
静态稳定极限功率与发电机空载电动势成正比,而值与励磁电流有关。
无自动调节励磁时,因励磁电流恒定,=常数,此时的功角特性称为内功率特性;
若有灵敏和快速的励磁调节器,则可视为保持发电机电压为恒定。即=常数,由相应一簇不同的的功角特性求得曲线B(称为外功角特性,见图2-8)最大值出现在与之间功率角时,即(此时大于)。
对于按电压偏差比例调节的励磁控制系统,则近似按=常数求得的功角特性曲线C工作,(此时大于)显然,它使发电机能在大于范围的人工稳定区运行,即可提高发电机输送功率极限或提高系统的稳定储备。
励磁调节装置能有效的提高系统静态稳定的极限功率。
励磁对暂态稳定的影响
图2-9发电机暂态功角特性曲线
图2-9发电机暂态功角特性曲线
功角特性曲线I:对应于故障前双回线运行;
功角特性曲线II:对应于一回线故障时的运行状况;
功角特性曲线III:对应于故障切除后一回线运行。
加速面积abce小于减速面积defg,系统是暂态稳定的。
故障期间和故障切除后,励磁系统施加的作用是力图促使发电机的内电动势上升而增加电功率输出,使增加,功角特性曲线II和功角特性曲线III幅值增加,既减小了加速面积,又同时增加了减速面积。
快速响应=缩小励磁系统的时间常数+提高强行励磁的倍数
(四)改善电力系统的运行条件
改善异步电动机的自起动条件
为发电机异步运行创造条件
3、提高继电保护装置工作的正确性
(五)水轮发电机组要求强行减磁
二、对励磁系统的基本要求
对励磁调节器的要求
1、系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。
2、励磁调节器应能合理分配机组的无功功率,为此,励磁调节器应保证同步发电机端电压调差系数可以在10%以内进行调整。
3、励磁调节器应能迅速反应系统故障,具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。
对励磁功率单元的要求
要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量
具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。
第二节同步发电机励磁系统
同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源
直流励磁机换流困难交流励磁机缩短主轴长度发电机自并励
无刷励磁系统去掉滑环和电刷
无刷励磁系统
一、直流励磁机励磁系统
(一)自励直流励磁机励磁系统
发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电
调整励磁机磁场电阻,可改变励磁机励磁电流
(二)他励直流励磁机励磁系统
他励直流
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