《电机技术应用》课件 4.2.4 同步电机并列运行时有功功率的调节.pptx

同步发电机并列运行时有功功率的调节

同步电机

从能量守恒观点来看有功功率

发电机整步过程结束处在空载运行状态，发电机的输入机械功率P₁和空载损耗p₀相平衡，电磁功率为零，即P₁=p。,T₁=T₀,PM=0,发电机处于平衡状态。

增加输入机械功率P₁,使P₁po,输入功率扣除了空载损耗后，其余的转变为电磁功率，即P₁-po=PM,发电机开始输出有功功率。

这个过程从能量守恒观点来看，发电机输出有功功率是由原动机输入的机械功率转换来的。

要调节与电网并联的同步发电机的有功功率，必须调节原动机的输入功率，这时发电机内部会自行改变功率角δ,相应地改变电磁功率和输出功率，达到新的平衡状态。

有功功率的调节

空载时E₀=U,功率角δ=0,如图(a)所示，电磁功率PM=0,此时气隙合成磁场

和转子磁场的轴一重合，发电机无功率输出。

增加原动机的输入功率P₁时，即增加发电机的输入转矩T₁,这时T₁T₀;

jxi

E。U

δ

F=F₈g

F。

此时转子就要加速，就使

转子磁场超前于气隙合成

磁场(即E₀超前于U),也就是使功率角δ逐渐增大如图(b)所示。

(a)茸85(b)

有功功率的调节

E。

y

I

但原动机输入功率的增加也不是无限制的

对于隐极发电机，当δ=90°时，电磁功率达到最大值Pmax时，若再增加输入功率，则δ90°,这时电磁功率将随着δ的增大而减小；

输入功率扣掉空载损耗和减小了的电磁功率后还有剩

余，剩余的功率将使转子继续加速，δ角继续增大，电磁

功率PM继续减小，功率再不能保持平衡，发电机将“失去

同步,或叫做失去“静态稳定”。

有功功率的调节

静态稳定：指电网或原动机方面出现某些微小扰动时，发电机能在这种瞬时扰动消除后，继续保持原来的平衡运行状态。就称这时的同步发电机是“静态稳定”的，否则就是静态不稳定。

静态稳定

结论：凡处于功角特性曲线上升部分的工作点，都是静态稳定的，下降部分的工作都是静态不稳定的。或者说在功角特性曲线上电磁功率和功率角同时增大，或同时减小的那一部分是静态稳定的。

假设发电机在b点远行时，由于发电机不具有静态稳定的能力，最终将导致转子主磁极和气隙等效磁极失去同步。这种情况称为发电机“失步”。

静态稳定

在发电机稳定区域内，P越大，发电机稳定增长性越好。Pcx可以表示发电机运行稳定度。

机保持同步的能力为零，故该点即为静态稳定的极限。

当δ90°时，P.为负值，发电机便失去了稳定。

当δ=0°时，P最大，故同步发电机空载时最为稳定。

当δ=90°时，Pα=0,正处在稳定的交界。此时发电

静态稳定的判断依据：比整步功率(kW/rad)

它是表征同步发电机抗干扰而保持静态稳定的能力。

对汽轮发电机，比整步功率为：

静态稳定条件

汽轮发电机的过载能力：

通常情况下过载能力越大，电机的稳定性越好。一般要求发电机的额定运行功率角δ=20°~35°左右，过载能力λ=1.7～3。

注意：过载能力是表达静态稳定的能力，不是发电机可以过载的倍数。

在实际运行中，为了供电的可靠性，发电机的极限功率应比额定功率大，电机学称最大电磁功率与额定功率的比值称为同步电机的静态过载能力。

静态过载能力表达式：

静态过载能力

1、一台Y联结的水轮发电机，并联在UN=10.5kV的电网上运行。发电机的Xa=1.3Ω,X₄=0.72,Ra忽略不计，δ=18.09°时，I₁=3990A,E₀=9970V。

求该发电机输出的有功功率P₂和无功功率Q₂(电容性的还是电感性的)。

由于ψφ,I相量滞后于U相量，忽略Ra,则故输出电感性无功功率：

Q₂=3UIsinφ

=64.77MW

=3×6062.36×3990

sin26.63°

=26.63°

=47.63°

=32.53Mvar

巩固与提高

2、有一台70000KVA、13.8LV(Y接》、cosq=0.85(滞后)的三相水轮发电机直接与

电网相接，已知电机参数为：Xa=2.2722,X₄=1.90Ω,电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势(不计磁饱和)。

解：先按算出额定负载时的ψ%角

δ=ψ₀-φ=55.25°-31