|
新聞主題 |
發(fā)電機有功和無(wú)功功率功角特性曲線(xiàn) |
摘要：發(fā)電機功角是表征柴油發(fā)電機組輸出電力安全穩定運行的主要狀態(tài)變量之一，也是電網(wǎng)擾動(dòng)和失穩軌跡的重要記錄數據。直接測量發(fā)電機功角可檢驗EMS系統在線(xiàn)狀態(tài)估計和靜態(tài)安全分析的計算結果，而且準確測量發(fā)電機功角還是通過(guò)推算發(fā)電機功角，反映了PMU檢測技術(shù)和WAMS的應用水平。同步發(fā)電機功角特性是指發(fā)電機的有功功率（P）、無(wú)功功率（Q）與發(fā)電機電抗（Xd、Xq）、內電動(dòng)勢（Ed）、機端電壓（U）和功角（S）的關(guān)系特性。因此，通過(guò)功角特性，可以確定穩態(tài)運行時(shí)發(fā)電機所能發(fā)出的最大電磁功率，同時(shí)同步發(fā)電機也是并聯(lián)運行時(shí)經(jīng)常應用的重要特性。
一、發(fā)電機功角特性
發(fā)電機的功角特性曲線(xiàn)表示同步發(fā)電機向系統輸送的有功功率與功率角之間關(guān)系的曲線(xiàn)，其中凸極發(fā)電機功角特性曲線(xiàn)如圖1所示，隱極發(fā)電機功角特性曲線(xiàn)如圖2所示。
|
圖1 凸極發(fā)電機功角特性曲線(xiàn)圖 |
圖2 隱極發(fā)電機功角特性曲線(xiàn)圖 |
1、凸極發(fā)電機功角特性
發(fā)電機功角是發(fā)電機內電勢與發(fā)電機端電壓向量的夾角，如圖1所示。功角也可以理解為定子磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)之間的夾角，功角是一個(gè)角度，發(fā)電機額定正常運行功角一般在30度左右，在0～90之間功角越大發(fā)電機功率越大，但超過(guò)90度發(fā)電機外界受到擾動(dòng)后就處于不穩定狀態(tài)了，對于有自動(dòng)調節勵磁裝置的發(fā)電機由于受暫態(tài)磁阻的影響發(fā)電機的功角特性曲線(xiàn)發(fā)生偏移，功角可以大于90度穩定運行。
（1）有功特性
發(fā)電機輸出的有功功率為：
P=Ed*U*Sinδ/Xd+U2*Sin2δ*(1/Xq–1/Xd)/2
（2）無(wú)功特性
發(fā)電機輸出的無(wú)功功率為：
Q=Ed*U*Cosδ/Xd+U2*Cos2δ*(1/Xq–1/Xd)/2-U2*(1/Xq+1/Xd)/2
2、隱極發(fā)電機功角特性
對于隱極發(fā)電機，取Xd=Xq。
（1）有功特性
發(fā)電機輸出的有功功率為
P=Ed*U*Sinδ/Xd
式中，P代表發(fā)電機輸出的有功功率，對發(fā)電機產(chǎn)生制動(dòng)的電磁轉矩。在一定的電壓和勵磁電流下，發(fā)電機的有功功率P與功角多是函數關(guān)系。
（2）無(wú)功特性
發(fā)電機輸出的無(wú)功功率為
Q=Ed*U*Cosδ/Xd+U2/Xd
式中，第一項與Ed和δ有關(guān)，它表示由轉子勵磁經(jīng)電磁感應傳遞到定子的無(wú)功功率，值隨δ角的余弦而改變。
由于U*Cosδ =Ed–Id*Xd，則上式第一項可改寫(xiě)為
Ed2/Xd – Ed*Id
第二項與Ed和δ無(wú)關(guān)，它代表發(fā)電機維持一定端電壓U所需勵磁的無(wú)功功率。因為Ed = U*Costδ + Id*Xd，故Q = Ed*Id – Id2*Xd，即供給電網(wǎng)的無(wú)功功率等于主磁通轉換的無(wú)功功率減去電樞繞組電感的無(wú)功損耗。
由此可見(jiàn)，增加發(fā)電機的勵磁電流(即加大Ed)，便可增大發(fā)電機的無(wú)功輸出。對于隱極發(fā)電機，取Xd=Xq。
此時(shí)發(fā)電機輸出的有功功率為
P=Ed*U*Sinδ/Xd
但當 δ=90°時(shí)，P為最大功率（即極限功率）。
|
圖3 同步發(fā)電機運行模式 |
圖4 同步發(fā)電機功率角和電磁轉矩 |
二、功角的物理含義
1、功角含義
（1）表示E0和U這兩個(gè)時(shí)間相量之間的時(shí)間相位差角；
（2）表示產(chǎn)生E0的主磁極磁勢Ff與產(chǎn)生端電壓U的定子合成磁勢Fu之間的空間相位角，即轉子磁極軸線(xiàn)與定子合成等效磁極軸線(xiàn)之間的空間夾角(電角度)?，F解釋如下：
由圖5所示可知，功角δ是時(shí)間相量E0和U之間的相位差角。
前已說(shuō)明，空載電勢E0由主磁極磁勢Ff產(chǎn)生，相位比主磁通F0滯后90°；端電壓U可視為由電樞磁勢Fa與主磁極磁勢Ff相加的定子合成磁勢Fu所產(chǎn)生，相位比定子合成磁勢的磁通Fu滯后90°。定子合成磁場(chǎng)的磁通(合成磁通) Fu是電樞繞組的總磁通值，包括主磁通F0、電樞反應磁通Fa和電樞漏磁通Fs。
由此看來(lái)，δ角就是主磁通F0和合成磁通Fu之間的夾角。前已述及，磁通既可作為時(shí)間相量，又可視為空間相量。
2、功角的空間含義
圖6中的空間相量和時(shí)間相量都以同步角速度旋轉，而且各相量的相對位置保持不變。δ既是主磁通F0和合成磁通Fu之間的相位差角、又是主極磁場(chǎng)軸線(xiàn)和定子合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)之間的空間位移電角。產(chǎn)生主磁通F0的轉子磁極時(shí)實(shí)際存在的，為了形象起見(jiàn)，可假定與Fu相應也有一個(gè)定子等效磁極，這兩個(gè)磁極以同步轉速旋轉，它們軸線(xiàn)間的夾角即為功角δ，這樣功角δ便有了空間意義。
|
圖5 凸極發(fā)電機的功角特性曲線(xiàn)圖 1 - 基本電磁功率曲線(xiàn)；2 - 附加電磁功率曲線(xiàn)；3 - 凸極機功角特性 |
圖6 發(fā)電機相量圖和等效電路圖 |
3、電樞反應
在講述電樞反應時(shí)已經(jīng)指出，電樞電流的直軸分量(無(wú)功性質(zhì))的電樞反應，不影響主磁場(chǎng)的分布；電樞電流的交軸分量(有功性質(zhì))的電樞反應，則使主磁場(chǎng)畸變，亦即定子合成磁場(chǎng)的軸線(xiàn)相對于主磁極磁場(chǎng)軸線(xiàn)偏移一個(gè)角度，這個(gè)角度就近似等于功角δ。電樞電流的交軸分量愈大，磁場(chǎng)畸變愈大，功角也就愈大。由此便可進(jìn)一步理解功角“功”字的意義。
|
圖7 發(fā)電機磁場(chǎng)示意圖. |
圖8 同步發(fā)電機的u形曲線(xiàn) |
三、功角測量方法
功角是表征同步發(fā)電機運行狀態(tài)和判別電力系統穩定性的重要參量，多年來(lái)，功角的測量得到了廣泛的重視和深入的研究。已有的測量方法從原理上主要有兩大類(lèi)：
1、純電氣測量方法
即采集同步發(fā)電機的輸出電壓、電流或/和其他電氣量，進(jìn)而通過(guò)理論分析和計算來(lái)獲得功角。該類(lèi)方法最簡(jiǎn)化的情況就是基于穩態(tài)公式或相量圖的解析計算法，它在系統穩態(tài)運行且發(fā)電機的參數比較精確時(shí)，能比較準確地計算出功角，而在系統暫態(tài)過(guò)程中，由于參數時(shí)變性、機組鐵心飽和等的影響，方法所依賴(lài)的解析公式不能成立，導致較大的計算誤差。
2、非電量傳感器（包含光電或磁電變換）測量法
常見(jiàn)的作法是，在轉子軸上設置機械測點(diǎn)或測速齒輪，在轉子周?chē)惭b光電、電刷或電磁裝置，后者接收由前者產(chǎn)生的脈沖信號或其它與轉子位置或速度相關(guān)的量，進(jìn)而通過(guò)一定的變換來(lái)實(shí)現功角的測量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)脈沖法）。
脈沖法往往需要對發(fā)電機本體進(jìn)行不同程度的改造，工藝復雜，而且由于采用非電量傳感器，需借助于比較復雜的信號處理和誤差補償技術(shù)，以去除諸如機械加工誤差、信號傳輸延時(shí)、軸體扭振等導致的結構性誤差；而且針對個(gè)案提出的方法很難適用于別的發(fā)電機，導致實(shí)現代價(jià)較大。
總結：
根據上述內容，當無(wú)功等于零時(shí)，相角肯定是0的，但功角可以在大于負90°小于正90°之間，小于零度時(shí)是調相運行狀態(tài)；而有功為零時(shí)，功角肯定是0°，而相角仍可以在負90°到正90°之間，大于零度時(shí)是遲相，小于零度時(shí)是進(jìn)相。道理上應該是這樣的。有功負荷帶得越高，柴油機出力越大，功角拉得越開(kāi)，越易失步，因為越過(guò)90°，就是滑極了。當然，勵磁電流小了，不足以維持轉子磁場(chǎng)，就是進(jìn)相。勵磁電流再小下去，使轉子與定子間的電磁拉力減小，功角必然拉大，一旦越過(guò)90°，就會(huì )失步。所以，“轉子磁場(chǎng)用于約束定子磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)就不足，出力越大就越容易失步”是對的。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://
