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电力系统控制技术chapter2-1概述_图文

第一节
励磁电流




Eq
电 力 系 统
?

I EF

空载电动势

励磁功 率单元

G
发电机

励磁调节器
输入信息

图 2-1 励磁控制系统结构框图

第一节





一、同步发电机励磁控制系统的任务
(一)电压控制 ? ? ? ? 单机运行: U G ? j I G X d ? Eq
GEW
U EF
I EF

Eq
IG
?

?

xd
UG
?

G

IG

?

?G
Eq
?

j I G xd
?

?

?
j I Q xd
?

UG

?

?

IP
?

UG

?

(a)

(b )

IQ

?

IG

(c )

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

第一节
E q cos? G ? U G ? I Q X d





? 一般 ? G 很小,可近似认为cos? G ? 1 ,于是,可得简化 的运算式为

Eq ? U G ? I Q X d

? 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。

第一节
I EF1 不变 曲线1:
UG





?U

Ge

, I Q1 ? 励磁不变

?U
?

G2

, IQ 2 ?
U Ge
I EF 2
U G2 I EF1

曲线2:

I

EF 2

不变

?U

Ge

, I Q1 ? 励磁增加 UGe , IQ2

?
o
I Q1 I Q2

IQ

图 2-3 同步发电机的外特性

第一节
(二)控制无功功率的分配





1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题:
? ? ? ? ? ? ?
IQ I Q1
?
?

A

Eq 2

?

Eq

?

E q1

?

A

'

U G ? 常数

K2

I Q2

?

B

I G2

?

j I G1 x d

?

G
IG
?

?

IP
IG
?

?

?1

?'

jI G 2 x d ? ? ? U ?U UG G ?U

?

j I G xd

?

(a)

?

       ??? ?I ?? ?
G1

B

'

(b )

K1

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;

第一节





无论励磁电流如何变化,发电机的有功功率 PG 均为常数,即

PG ?U G I G cos? ? 常数
I G cos ? ? k1
?

PG ?

E q sin ? ? K 2

EU X
q d

G

sin ? ? 常数

' I BB ? 虚线变化 G 的端点则沿着
?

?

E q 的端点则沿着 AA' 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。

第一节





2、并联运行各发电机间无功功率的分配
UG

U M1

I Q1

I Q2

IQ
UM2
? I Q2 ? I Q1
G2
IQ I Q1
I Q2

G

G
(a)

G1

o

I Q 2 I Q1

'

'

(b )
图 2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配

第一节





当母线电压为 U M 1 时:

I Q ? I Q1 ? I Q 2
无功负荷增加,母线电压降到 U M 2 时:
/ / / IQ ? IQ ? I 1 Q2

显然:

? I Q1 ? ? I Q 2

第一节





(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 I E 载电动势 值来改善系统稳定性的。 1、励磁对静态稳定的影响
? q

EF

从而改变空

U E sin ? P ? X?
q G

X

—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 E q 和受端电压 U 间的相角。
?

第一节




Eq
?

输电线

降压变压器
?

G
升压变压器

系统

j I G xd

?

(a)
?
?

U

d
?

?
?

?G
U
?

j I G xT

?

UG

?

Eq
Xd

UG

?

U

XT

q

(b )

(c )

IG

?

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

第一节
功率极限为 P m ,即





P

EqU Pm ? X?
静态稳定极限功率 P 与发电机空载
m

B

e

电动势 E q 成正比, 而 E q 值与励磁电 流有关。
P0

?

?

e

'

C

A

a
?0

励磁调节装置能有效的提高系 统静态稳定的极限功率。

o

? ? ''? '

?

图 2-8 发电机的几条代表性功率特性

第一节
2、励磁对暂态稳定的影响
P





Ⅰ d
g

U
G

XT

a

e

f Ⅱ (b)

c
(a) b



?

图 2-9 发电机暂态功角特性曲线

第一节
? ? ? ?





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。

第一节





? 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 E 上升 q Pmax 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

第一节





(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 ? 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

第一节
二、对励磁系统的基本要求 (一)对励磁调节器的要求 ? ?





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。 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。 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。

?

第一节





(二)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。