并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的分配與穩(wěn)定

1、第六節(jié) 并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的分配與穩(wěn)定發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與單機(jī)運(yùn)行時(shí)的情況不同：首先，電網(wǎng)電壓（用匯流排電壓表示）與各發(fā)電機(jī)端電壓相等，因此每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流的變化舟影響整個(gè) 電網(wǎng)的電壓變化。另外，當(dāng)負(fù)載要求的總無(wú)功功率不變時(shí)， 還產(chǎn)生了各臺(tái)發(fā)電機(jī) 承擔(dān)多少無(wú)功功率的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題乂可分為：（1）怎樣分配才是合理的或是最佳的；（2）分配不符合要求時(shí)，怎樣轉(zhuǎn)移各臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無(wú)功月戴之趨丁合理； （3）達(dá)到合理分配狀態(tài)時(shí)，能否保持下去，即分配是否穩(wěn)定。這些問(wèn)題均與發(fā)電 機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。因?yàn)楦髋_(tái)發(fā)電機(jī)的電勢(shì)對(duì)應(yīng)各自的勵(lì)磁電流， 當(dāng)電網(wǎng)電 壓一定而各電勢(shì)不同時(shí)，在發(fā)電機(jī)之間將形成

2、環(huán)流，這種環(huán)流基本上是無(wú)功的， 從而使各發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無(wú)功功率不一致，如圖 6-43所示。一、無(wú)功功率的合理分配鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范4.1.7.6條規(guī)定，“并聯(lián)運(yùn)行的各交流發(fā)電機(jī) 組均應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)廳，且當(dāng)負(fù)載在嘗、額定負(fù)載的 20%-100咂圍內(nèi)變化時(shí)”，各 發(fā)電機(jī)組聽(tīng)承擔(dān)的無(wú)功功率“與急無(wú)功負(fù)載按機(jī)組定額比例分配值之差，應(yīng)不超過(guò)下列數(shù)值中的較小者: 最大機(jī)組額定無(wú)功功率的士 10%； 最小機(jī)組額定無(wú)功功率的士 25% ”我國(guó)內(nèi)河鈉船建造規(guī)范中也有類(lèi) 似的要求?？傊?，規(guī)范要求無(wú)功功率按發(fā)電機(jī)額定功率比例進(jìn)行分配。二、無(wú)功功率的轉(zhuǎn)移根據(jù)上述分析，電勢(shì)不等，無(wú)功分配不均；電勢(shì)相等，無(wú)功也就均勻分配，

3、 因此要使無(wú)功功率均勻分配必須調(diào)整電勢(shì)。調(diào)整電勢(shì)的方法就是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。 活注意，現(xiàn)在調(diào)勵(lì)磁電流不希望改變電網(wǎng)電壓，因此在減少一臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的同時(shí)，必須相應(yīng)地增加另一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。換言之，這種調(diào)整需要從兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行，單純把電勢(shì)大的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)小， 或單純把電勢(shì)小的發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)大都是不行的另外， 因電網(wǎng)電壓不變，自動(dòng)勵(lì)磁磁節(jié)裝置是不 會(huì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的，所以，轉(zhuǎn)移無(wú)功的勵(lì)磁調(diào)節(jié)是人為的調(diào)節(jié)或附加裝置們自動(dòng) 調(diào)節(jié)。三、無(wú)功功率分配的穩(wěn)定性討論當(dāng)并聯(lián)發(fā)電機(jī)問(wèn)無(wú)功分配調(diào)整合理后，能否把合理的狀態(tài)保持下去.這與自 動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的性能有很大關(guān)系。為了討論無(wú)功分配的穩(wěn)定性.首先介紹

4、幾個(gè) 有關(guān)概念。1. 發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性表示發(fā)電機(jī)端電壓與輸出無(wú)功電流之間的關(guān)系，如圖645所示。它與發(fā)電機(jī)外特性有些類(lèi)似，即都是電壓與電流的關(guān)系，在頻率不 變的情況下測(cè)得。但兩種特性是不同的；外特性是在勵(lì)磁電流不變的情況下獲得 的。而調(diào)壓特性是在自動(dòng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)裝置起作用的情況下獲得的外特性的隨坐 標(biāo)是負(fù)載電流，調(diào)壓特性的橫坐標(biāo)是無(wú)功電流幾，即負(fù)載電流的無(wú)功分量。!圖615發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性e2. 無(wú)差特性、無(wú)差特性是呈水平直線的調(diào)壓特性，即當(dāng)無(wú)功電流 IQ變化時(shí)，端電壓變化 U=O勺特性。當(dāng)IQ變化時(shí)，去磁的電樞反應(yīng)變化，必定引起端電壓的變化 (單 機(jī)運(yùn)行時(shí))，但 U=O說(shuō)明自

5、動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整裝置 AVR在起作用，調(diào)節(jié)屆可控類(lèi)型。3. 有差特性有差特性是指當(dāng)IQ增大時(shí)也 U增大的調(diào)壓特性。由丁自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 的調(diào)節(jié)作用， U的變化雖存在，但比發(fā)電機(jī)的外特性上 U的變化要小得多。 簡(jiǎn)化看，可認(rèn)為有差特性是一根略向右傾斜的直線。4.調(diào)差系數(shù)KcKc 是指調(diào)壓特性下傾角的正切值，定義值不小丁0K產(chǎn)當(dāng)把特性看作一根直線,且 U和IQ采用標(biāo)么值(per-unit system)時(shí),Kc表 示發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓調(diào)整率4%7皿從公式可看出，無(wú)差特性的 KC=0有差特性的KC>0下面定性討論Kc不同時(shí)，對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的無(wú)功分配產(chǎn)生的影響。1 、 KC1>KC2&g

6、t;0 這種情況如圖6-46(a)所示。為表示活楚起見(jiàn)，吧兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性分別畫(huà) 在縱軸的兩側(cè)(圖(b)、(c)、(d)畫(huà)法相同)。由于Kc>0,當(dāng)無(wú)功負(fù)載增加時(shí).電 網(wǎng)電壓下降。根據(jù)三角形相似關(guān)系可知，不同電壓下，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無(wú)功按 比例分配，且分配圍繞穩(wěn)定。所謂穩(wěn)定是指根據(jù)電壓或總負(fù)載量可以確定特性上 的唯一工作點(diǎn)。2 、 KC1=KC2>0如圖6-46(b)所示，從圖中可知兩臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無(wú)功是均勻分配的，且分配穩(wěn)定。3 、 KC1>KC2=0這種情況如圖6-46(c)所示。由于右邊特性為無(wú)差特性，把電網(wǎng)電壓箱定了。 若有差特性的起點(diǎn)(空載狀態(tài))與無(wú)差特性重合，

7、那末有差特性的發(fā)電機(jī)將不能承 擔(dān)無(wú)功負(fù)載。為了使它承擔(dān)一定的無(wú)功功率，就需要把有差特性抬高。即使如此， 由于電網(wǎng)電壓一定、有差特性所承擔(dān)的無(wú)功功率不能變化， 而負(fù)載變化時(shí)，無(wú)功 功率的全部變化量由無(wú)差特性的發(fā)電機(jī)承擔(dān)。這種組合雖然能穩(wěn)定分配，但分配是不成比例的。4 、 KC1=KC2=0這種情況如圖6-46(d)所示。當(dāng)兩特性處于同一水平線時(shí)，無(wú)功功率的分配 不成比例，且不能穩(wěn)定分配，甚至分配會(huì)發(fā)生周期性變化，即形成振蕩。u四、調(diào)差環(huán)節(jié)原理從以上討論，我們發(fā)現(xiàn)單機(jī)運(yùn)行時(shí)理想的無(wú)差特性， 在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)卻有不利 的一面。因此，可控型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置通常附加有一個(gè)“調(diào)差環(huán)節(jié)”，該環(huán)節(jié)在單機(jī)運(yùn)行時(shí)不用

8、，而當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，則把無(wú)差的調(diào)壓特性改成有差特性， 從而可使無(wú)功分配合理且能穩(wěn)定。A 416心 單相測(cè)量變壓器的調(diào)差電路，發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，設(shè)電網(wǎng)電壓保持不變，即 U1不變?，F(xiàn)調(diào)節(jié) 20,電壓 加入AVR的測(cè)量回路。由丁 叫書(shū)+SI涸I AVRT生的凋節(jié)作用將使端電壓 下降，從而U1也減小。若初始U1記為U10,那么，當(dāng) %部+址 調(diào)節(jié)才 停止并保持穩(wěn)定。顯然，此時(shí)的 U1<U1Cffl實(shí)際上造成了電壓偏差 U。因此， 調(diào)壓特性表現(xiàn)為有差特性了。由圖6-47的欠量關(guān)系可知，U與B相負(fù)載電流I同相位。當(dāng)R比AVR俞入 阻抗小很多時(shí)，5碇（其中I是電流互感器副邊輸出電流/ CC/）,當(dāng)

9、Uf>>U k 時(shí)陽(yáng)4 + 8衛(wèi)$11）伊二 Ui+RI sin伊二 &1+K%這個(gè)關(guān)系表明調(diào)差作用與負(fù)載的無(wú)功電流 IQ有關(guān)，系數(shù)K與R及電流互感 器變比有關(guān)，通常改變R的大小就可方便地改變調(diào)差系數(shù)的大小。 當(dāng)負(fù)載電流為 純有功性質(zhì)時(shí)，特性基本上呈無(wú)差調(diào)差電路有多種形式，例如，當(dāng)AVE用三相測(cè)量變壓器時(shí)，可用雙TA雙可調(diào)電阻的形式。調(diào)差電路乂叫電流穩(wěn)定裝置或 環(huán)流補(bǔ)償裝置。因?yàn)锳VR輸入電壓U2由電壓分量U1和電流分量UR迭加而成， 而使無(wú)差特性改為有差特性、是一種反相復(fù)勵(lì)作用。調(diào)差裝置以降低調(diào)壓精度來(lái) 換取并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的無(wú)功穩(wěn)定分配。五、差動(dòng)環(huán)流補(bǔ)償電路原理圖6-48所示

10、線路叫差動(dòng)環(huán)流補(bǔ)償電路，每個(gè)機(jī)組除電流互感器TA1（或TA2） 和可調(diào)電阻R1（或R2）外，還有一個(gè)差動(dòng)電流互感器 TA3（或TA4）、TA咨的原邊 接TA1的副邊，它自身有兩個(gè)副邊。副邊1與另一機(jī)組的TA4的副邊1交義聯(lián)接， 副邊2經(jīng)電阻R 1接到AVR如圖示。當(dāng)發(fā)電機(jī)非并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，至少有一個(gè)斷路 器O1或Q2是斷開(kāi)的，因此，其常閉副觸點(diǎn)把 TA3和TA的副邊1都短接了，從而副邊2無(wú)輸出，發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性為無(wú)差特性；當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)TA,和TA,的副邊1才被解除短路狀態(tài)，補(bǔ)償電路起作用。這時(shí)R1或R2產(chǎn)生的電壓降UR1 對(duì)AVR起的作用類(lèi)似丁上述調(diào)差環(huán)節(jié)，但電阻凡和R2上流過(guò)的電流由TA3和TA4原邊共同決定，等值電路圖如圖 6-49,其中忽略了互感器的磁化電流、漏抗 及繞組電阻。圖6TS差動(dòng)環(huán)流補(bǔ)傅電路J醯=A)=典K)= -E凸六、均壓線對(duì)丁調(diào)壓特性是有差特性的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)可以做到無(wú) 功的合理分配及穩(wěn)定分配。但實(shí)際的系統(tǒng)，如不可控相復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) .由丁勵(lì)磁系 統(tǒng)的非線性，調(diào)節(jié)的不可控性，其調(diào)壓特性不能做到線性下降， 而且由丁不同機(jī) 組存在差異性等原因，使無(wú)功的分配問(wèn)題受到影響。一種常用的解決辦法是聯(lián)均 壓線。相同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)，通過(guò)