同步发电机与励磁系统.ppt

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2014.10.122014.10.12励磁励磁系统系统&同步发电机同步发电机目录目录1、同步发电机特性；2、同步发电机运行3、励磁系统网源协调；4、发电机调差率、调压精度；5、直流励磁机；6、交流励磁机；7、高起始励磁系统；8、励磁系统分类；9、励磁系统并联校正；10、励磁系统频域和时域分析。

电和磁的关系复杂：

电和磁的关系复杂：

1、通电的导通会产生磁场，磁场会有磁力线；“右手定则右手定则”2、导体在磁力线运动会感生电动势；3、感应电势在闭合的导通中会产生感应电流；“左手定则左手定则”4、感应电流又会产生新的磁场。

励磁的作用巨大：

励磁的作用巨大：

11、发电机旋转的转子上有励磁绕组导体，由励磁装置提供直流、发电机旋转的转子上有励磁绕组导体，由励磁装置提供直流电源后产生旋转的磁场。

电源后产生旋转的磁场。

22、发电机静止的定子上有电枢绕组导体，在转子的旋转磁场下、发电机静止的定子上有电枢绕组导体，在转子的旋转磁场下产生交流感应电势，经负载产生交流电流送给千家万户。

产生交流感应电势，经负载产生交流电流送给千家万户。

1.1、励磁与同步发电机e=Blv1、发电机分为直流发电机和交流发电机；2、交流发电机分为异步发电机和同步发电机；3、所谓异步或同步，是指发电机的转速是否与电网频率同步，也就是发电机的转速n是否等于60f/p。

1.2、同步发电机与励磁n=60f/p对于接入电网频率是50Hz的同步发电机来说，一对磁极的同步转速是3000r/min；2极同步转速是1500r/min，对于溪洛渡水轮发电机来说，p=24，故同步转速n=125转/分钟。

具备了同步转速的发电机就能并网发电吗？

No具备了同步转速的发电机，必须给转子励磁，才能并网发电。

励磁的最大作用就是同步！

励磁的最大作用就是同步！

只有励磁的电机才是同步电机，包括发电机和电动机！

只有励磁的电机才是同步电机，包括发电机和电动机！

发电机功角的空间概念发电机功角的空间概念保持发电机同步运行，将机械功率功率送入电网保持发电机同步运行，将机械功率功率送入电网定子电流建立电枢反应磁场定子电流建立电枢反应磁场转子电流建立主磁场转子电流建立主磁场1.3、并网后的同步作用2个磁场合成个磁场合成气隙磁场，气隙磁场，形成像弹簧形成像弹簧一样的磁力一样的磁力线，倾斜方线，倾斜方向和程度表向和程度表示同步发电示同步发电机定转子的机定转子的作用和反作作用和反作用力量大小。

用力量大小。

E0=4.44fN011、具备同步转速的发电机，空载加励磁发电机升压，短路加励磁发电机、具备同步转速的发电机，空载加励磁发电机升压，短路加励磁发电机升流；转子电流建立升流；转子电流建立0，定子感应交流正弦波有效值E0，空载电势；22、发电机空载特性和短路特性，是发电机最重要的特性；、发电机空载特性和短路特性，是发电机最重要的特性；1.4、并网前的升压升流曲线空载特性空载特性UUGG=f=f（IfIf）；短路特性）；短路特性IIGCGC=f=f（IfIf）11、纵轴电抗、纵轴电抗XdXd=Ifc/If0=1964/2351=0.8354;=Ifc/If0=1964/2351=0.8354;短路比短路比KcKc=If0/Ifc=1.197=If0/Ifc=1.197；22、If1.0p.u.If1.0p.u.=气隙线电流气隙线电流Ifa=2092AIfa=2092A，励磁电流标幺值；，励磁电流标幺值；33、Uf1.0p.u.Uf1.0p.u.=Ifa=Ifa*7575转子电阻（假设转子电阻（假设0.10.1）=209V=209V，励磁电压标幺值；，励磁电压标幺值；44、发电机负载特曲线、发电机负载特曲线coscos=0.9=0.9曲线：

当发电机定子电流保持额定不变和曲线：

当发电机定子电流保持额定不变和coscos保持保持0.90.9不变的情况下，不变的情况下，UUGG=f=f（IfIf）曲线）曲线。

额定定子电压对应的励磁电额定定子电压对应的励磁电流就是流就是额定励磁电流额定励磁电流；55、发电机负载特曲线、发电机负载特曲线coscos=0=0曲线：

当发电机定子电流保持额定不变和曲线：

当发电机定子电流保持额定不变和coscos保持保持00不变的情况下，不变的情况下，UUGG=f=f（IfIf）曲线）曲线。

额定定子电压对应的励磁电流就是额定定子电压对应的励磁电流就是最大励磁电流最大励磁电流。

1.5、并网前的升压升流参数1.6、同步发电机功角特性同步发电机功角特性同步发电机功角特性Pe=fPe=f（）发电机功角的电气概念发电机功角的电气概念UU和和EE的角度的角度发电机功角的空间概念发电机功角的空间概念气隙合成磁场的等效磁极轴线气隙合成磁场的等效磁极轴线与转子磁极轴线的角度与转子磁极轴线的角度1、发电机的功角是发电机电压和内电势之间的角度，电抗是Xd和Xq；2、如果电压取母线电压，则电抗增加主变电抗，如果取远方母线电压，则再增加线路电抗；3、静稳极限Pem、稳定裕度Pem-P运行功角运行功率P11、同步发电机按照磁极形状分为隐极（汽、同步发电机按照磁极形状分为隐极（汽轮机）和凸极（水轮机）两种；轮机）和凸极（水轮机）两种；22、凸极机磁极凸起，轴短而直径大，造成、凸极机磁极凸起，轴短而直径大，造成dd轴和轴和qq轴的气隙不均匀；轴的气隙不均匀；33、隐极机的磁极隐于轴内，轴长而直径小，、隐极机的磁极隐于轴内，轴长而直径小，dd轴和轴和qq轴的气隙基本均匀。

轴的气隙基本均匀。

1.7、同步发电机结构分类ddqqdq11、励磁电流、励磁电流IfIf产生励磁主产生励磁主磁通磁通00，00感应出生空载电感应出生空载电势势EE00；并网后定子电流产生；并网后定子电流产生电枢反应磁通电枢反应磁通aa，aa产生产生EaEa；00和和aa产生气隙磁通产生气隙磁通，产生气隙电势产生气隙电势EE；22、为了利用等效电路反应、为了利用等效电路反应电势、电压、电流的欧姆关电势、电压、电流的欧姆关系，引入电枢电抗系，引入电枢电抗Xa=Xad=XaqXa=Xad=Xaq（气隙均衡）和（气隙均衡）和漏电抗漏电抗XsXs，最后用隐极发电，最后用隐极发电机同步电抗机同步电抗Xd=Xa+XsXd=Xa+Xs代替，代替，建立建立0=+j+jİXdXd公式，反映公式，反映三相对称定子电流建立的电三相对称定子电流建立的电枢磁场对定子相电势的综合枢磁场对定子相电势的综合影响。

影响。

1.8、隐极发电机电势向量图=0-j-jİXdXd33、转子磁场轴线位于、转子磁场轴线位于dd轴，则电势轴，则电势EE00纵位于纵位于qq轴，并网后则用轴，并网后则用q代替0并且有并且有q=+j+jİXdXdq=+j+jİXdXdd轴q轴qq轴1.9、凸极发电机电势向量图=0-jj（İdXd-Xd-jjİqXqXq）；）；İ=İd+İq；İd和Xd纵轴同步电抗和电流；İq和Xq横轴同步电抗和电流。

q=+j+j（İdXd+Xd+İqXqXq）d轴q轴qq轴İdİq1.10、凸极发电机Eq和EQ区别11、已知发电机电压、已知发电机电压、电流电流İ和功率因数角和功率因数角以及发电机以及发电机XdXd和和XqXq，如何画出同，如何画出同步发电机的电势简化向量图？

步发电机的电势简化向量图？

22、根据隐极机、根据隐极机q=+j+jİXdXd公式，可以方便画出；公式，可以方便画出；İqq轴d轴33、但是根据凸极机、但是根据凸极机q=+j+j（İdXd+Xd+İqXqXq），却，却画不出了，因为不知道画不出了，因为不知道İd和İq位置，其实质是不知道功角；İ44、为此虚拟一个、为此虚拟一个Q=Q=+j+jİXqXq，先确定先确定qq轴，得出功角轴，得出功角，画画İd和İq，再根据q=+j+j（İdXd+Xd+İqXqXq），完成凸，完成凸极机电势简化向量图。

极机电势简化向量图。

55、q和和q对学习励磁很重要。

对学习励磁很重要。

İdQq轴d轴İqjjİqXqXq，qjjİdXdXd1、转子角速度=2f，这里的f是发电机转子速度。

在稳态的时候，可以用发电机电压频率替代，但是在电力系统摇摆的过程中，2f（电压频率）；2、由于测量计算困难，一般用Q的频率替代，并且这种替代在任何时候都是成立的，因为Q就在q轴上，总是能反映转子的摆动，即；3、由于发电机电压总是随着功率因数或功角的摆动在变化，故PSS不能用电压的频率替代。

大型电厂加速功率型PSS输入信号分别取发电机转速、机端电压频率、EQ频率对发电机及电网运行的影响：

（1）华中孤网运行时，机组采用机端电压频率为输入信号时，系统阻尼稍有恶化。

（2）华北华中联网运行，都采用机端电压频率为输入信号时，在某些运行方式下电网与机组的功率振荡不能平息。

（3）三台PSS采用机端电压频率为输入信号，对阻尼影响不大。

（4）EQ频率等同于转速，加速功率型PSS采用EQ频率作为输入信号与采用转速为输入信号时特性几乎完全相同1.11、f与的关系1.12、同步发电机V形曲线11、同步发电机、同步发电机VV形曲线：

形曲线：

IG=fIG=f（IfIf）；）；22、滞相：

、滞相：

IgIg滞后于滞后于UgUg，发有功和无功；，发有功和无功；33、进相：

、进相：

IgIg超前于超前于UgUg，发有功和吸收无功；，发有功和吸收无功；44、调相：

、调相：

P=0P=0，调整无功，滞相或进相运行；，调整无功，滞相或进相运行；55、逆功率：

、逆功率：

P0P0，无功滞相或进相。

，无功滞相或进相。

VV形曲线重点：

形曲线重点：

滞相区域，减小滞相区域，减小IfIf，IgIg同步减小；同步减小；进相区域：

减少进相区域：

减少IfIf，IgIg反而增大。

反而增大。

故励磁调节器定子电流限制分区域故励磁调节器定子电流限制分区域限制，作用完全相反。

限制，作用完全相反。

1.13、同步发电机暂态特性1111、暂态电抗、暂态电抗、暂态电抗、暂态电抗XdXdXdXd当同步发电机出现扰动（突然短路、突然增减负荷）瞬间，纵轴电枢反应磁通突变，但气隙磁通不能突变，励磁绕组突变的部分磁通只能通过漏磁构成回路，由此对应的Xd突然变小，由原来的Xd=Xad+Xs，变为Xd=Xs；2222、暂态电势、暂态电势、暂态电势、暂态电势EqEqEqEq电势Eq（f*Xad/Xf）代表于励磁绕组磁链fd（IfXf-IdXd）成比例的一个虚拟量。

当同步发电机出现扰动（突然短路、突然增减负荷）瞬间，转子磁链fd是不变的，这样Eq亦将不变。

其后随着转子自由分类电流的衰减，励磁绕组的磁链亦随之衰减，与之对应的暂态电势Eq衰减规律相同于fd。

1.14、同步发电机PQ区域GFrequency（f）ActivePower（P）ReactivePower（Q）TerminalVoltage（Ug）Governor调速调速Excitation励磁励磁AVR：

AutoVoltrgeRegulatorAVR+PSS2.1、同步发电机的调节框图PSS：

PowersystemstabilizerG2.2、有功和无功调节的影响调节无功的方法：

1、增减本机的励磁、改变E0/Eq；2、改变他机的励磁，影响系统电压，在E0/Eq不变的情况下，流向系统的无功电流增加，即发出的无功增加。

1、调节有功的方法；2、调有功对无功的影响：

有功变化，定子电流变化，去磁反应变化，机端电压也要变化，但是经AVR调节，E0/Eq变化，发电机电压又恢复到原来位置，无功也不变。

（ECR模式除外）调无功对有功的影响：

调节无功，改变了E0/Eq，功角会摆动，有功也会摆动，但这是瞬时p，由于输入的机械功率不变，这样输出的平均P也不变。

比喻：

河流必须有一定的水位才能行船，电网必须有充裕的无功功率来保证电压稳定，才能平稳安全的输送有功功率。

电压不稳，增减无功使之保持稳定不变；有功稳定传输，需要无功充裕，电压稳定。

发电机有功、电压、无功三者关系：

船、水位、水发电机有功、电压、无功