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电力系统自动控制理论chapter2-1概述_图文

第一节
励磁电流




?

I EF

空载电动势

Eq
电 力 系 统

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

概 述

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

?

Eq
IG
?

xd
GEW
U EF
I EF
?

UG

?

δG
?
?

j I G xd
?
?

?
?

G

IG

Eq

UG

?

IP
?

UG

j I Q xd

(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
Eq cosδ G = U G + I Q X d





? 一般 δ G 很小,可近似认为cos δ 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 上式说明, 差的主要原因,发电机的无功电流越大, 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。 两者之间的差值也越大。

第一节
I 曲线1: EF 1 不变
U





G

(U

Ge

, I Q1 ) 励磁不变

(U (

G2

, IQ2 )
U
Ge

曲线2:

I

EF2

不变
U
G2

I

EF 2

(U

Ge

, I Q1 ) 励磁增加 UGe , IQ2

)
o
I Q1 IQ2

I EF 1

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:
? ? ?

A

Eq2

Eq

E q1

A

'

UG

= 常数

K2

G
?

? ? ? ? ? ? ?
?

?

?

I Q2

B

I G2

?

jI

G1

xd

IG

?

?

δ1
?

δ'

?

?
G2 ?

jI

xd

j I G xd

IP
IG

? U G =U UG =U ?

(a )

IQ
?

I Q1

       14 4 4I 4 2 3
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

P G = U G I G cos ? = 常数

PG =

I G cos? = k1
?

Eq sinδ = K2

EU X
q d

G

sin δ = 常数

I G 的端点则沿着 BB' 虚线变化
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, 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。 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

G

G
(a)

? I Q2 ? I Q1

G1 G2
IQ

o

I Q1

I Q2

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 UM1 时:

I Q = I Q1 + I Q 2
无功负荷增加 ,母线电压降到 UM2 时:
/ / / I Q = I Q1 + I Q 2

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 EF 从而改变空 ? 载电动势 E q 值来改善系统稳定性的。 1、励磁对静态稳定的影响

E U sin δ P = X∑
q G

X



δ

—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

ψ
q

δ δG
?
?

?

UG j I G xT
?

Eq Xd

?

U XT

U
?

UG

(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Pm ,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 q值与励磁电 E 流有关。
P0

?

e

'

C

A a
δ0

励磁调节装置能有效的提高系 统静态稳定的极限功率。 统静态稳定的极限功率。

o

δ δ ''δ '

δ

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



δ

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 'q 上升 而增加电功率输出,使 Pmax 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。


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