发电机怎么进行功率调节.docx

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发电机怎么进行功率调节

发电机怎么进行功率调节

内容摘要：

本文从同步发电机与无穷大电网并联运行，发电机与相近容量电网并联运行及两台同参数发电机组并联运行的三种情况下，如何调节有功功率及无功功率。

关键词：

同步发电机、电网、有功功率、无功功率

前言

一、与无穷大电网并联时同步发电机的功率调节

1、有功功率的调节

2、无功功率的调节

二、同步发电机与相近容量电网并联的功率调节

1、有功功率的调节

2、无功功率的调节

3、两台相同参数的发电机之间的功率调节

三、实例的判断与处理

四、结语

前言

发电机的功率调节，是发电厂中经常发生的重要操作之一，为此，必须给予应有的重视。

在现代的发电厂里，通常装着许多台发电机组，这些发电机都是并联运行的。

在大型的电力系统中，又把许多发电厂并联起来，这样便可以根据不同的用电负荷调整发电厂内并联机组的台数，合理安排机组维修。

或者根据不同的季节如在枯水期多安排火力发电厂运行，在丰水期水力发电厂多发电，充分利用自然资源，大力降低发电成本。

由于许多发电厂并联运行，电网容量大，提高了供电的可靠性，减少了电压和频率的扰动，提高了电能的质量，为此，并联运行意义重大。

由于上述理由，加之目前独立运行的发电机组不多，所以本文将重点讨论发电机组与无穷大电网并联时有功功率与无功功率的调节问题。

由于目前我国风电事业发展迅速，边远地区的小水电资源亦相当的丰富，在远离大型电力网的情况下，认真探讨发电机与相近容量电网并联的功率调节十分必要。

独立运行发电机组的调节比较简单，只需注意保持发电机组的频率及发电机端电压即可完成其有功功率和无功功率的调节过程。

为此，不再涉及。

根据本人多年来发电运行的实践，就电网对并联运行发电机性能的影响，发电机并联运行静态稳定问题，有功功率和无功功率的调节方法，注意事项及运用调节理论分析判断发电机运行中的异常情况，及时处理方法等。

谈谈个人肤浅看法和体会，请有关专家和同行们批评指正。

张广学

一、与无穷大电网并联时同步发电机的功率调节

“无穷大电网”是指电网的容量极大，即电网的频率和电压不受负荷变化或其他扰动的影响，而保持为常值。

事实上电网的容量不可能达到无穷大。

但是当电网容量比发电机大十倍以上时，对发电机而言，就视电网容量为无穷大。

1、有功功率的调节

有功功率的调节即原动机输入功率的调节。

同步发电机与无穷大电网并联，当发电机刚投入电网还没有向电网送出有功负荷时，如忽略发电机空载损失，则此时发电机处于“空接”在电网上的状态。

【见图1-（a）】

如果要向电网发出有功功率，就必须增加发电机的输入功率，即加大火力发电厂中汽轮机汽门的开度，或水力发电厂中水轮机水门的开度等，增大原动机的出力，增加原动机的力矩。

由于作用在发电机转轴上力矩的增大，就使转子加速，于是发电机主磁极的位置将逐步超前，随些主极的超前，发电机激磁电势（Ė0）将超前于端电压（电网电压Ù），相应的，功率角（δ）及电磁功率（Pm）将逐步增大，这样输入功率和输出功率之间将逐步恢复平衡，保持在新的工作点同步运行。

【见图1-（b）、1-（c）】

有功功率调节应重视的几个问题：

（1）增加有功功率的速度应遵照有关规程的规定，或制造厂家的要求。

有功功率增加的速度不宜太快，否则将对发电机的结构产生不利的影响。

当然也不应无根据的限制有功功率增长的速度，这将延误供电时间，特别是在事故情况下，尤为重要。

（2）有功功率的调节还要特别注意原动机输入功率的配合问题，特别是火力发电厂或热电站等，要充分注意锅炉的供汽能力和热负荷的调整，使其协调。

本人曾经历过因发电机有功功率增长过快，锅炉供汽能力一时跟不上，压力急速下降，造成被迫停机事故。

（3）静态稳定问题

同步发电机的静态稳定：

即是指在电网或发电机组原动机方面，运行参数发生一些微小的扰动，在扰动消除后，发电机又能恢复到原先的状态继续同步运行的能力，称为静态稳定。

见图2

图1与无穷大电网并联时同步发电机有功功率的调节

Ė0：

发电机激磁电势

Ù：

端电压

Pm：

电磁功率Pm=m

sinδ

Pmmax:

功率极限

δ：

功率角

XS：

同步电抗

图2与无穷大电网并联时同步发电机的静态稳定

假设发电机原先在A点工作，功率角为δ，电磁功率为Pm，后来，输入功率增加了△P1。

则在扰动发生的瞬间，由于输入功率加大，功率角将从δ增加到δ+△δ，相应的，电磁功率亦将从Pm变成Pm＋△Pm，即A’点。

但是，一旦扰动消失，（△P1=0）发电机发出的电磁功率将大于输入功率，因此。

转子减速，使功率角回复到原先的数值，又在A点稳定运行。

若发电机原先在B点运行，则当输入功率增加△P1时，功率角亦要增大。

但是此时B点是在δ=90°～180°的范围内，功率角增大反使电磁功率变小，因此，即使是扰动的消失，发电机的输入功率仍将大于发出的电磁功率，而使δ角迅速加大。

随着δ角的增大，输入功率的差额将变得更大，这个过程继续发展下去，转子就会失去同步，所以B点是不稳定的。

当δ=90°时，

=m

cosδ=0（整步功率系数），此时是稳定与不稳定的转折点——静态稳定极限。

当0＜δ＜90°时，

＞0发电机是稳定的。

当90°＜δ＜180°时

＜0发电机不稳定。

综上所述，提高发电机运行稳定度的途径：

从运行操作方面增加发电机的励磁，提高激磁电势E0或从电机制造上考虑，减小同步电抗（提高短路比），均可达到提高同步发电机功率极限和静态稳定度的目的。

2、无功功率的调节

无功功率的调节即是发电机励磁的调节。

为了讨论上的方便暂假设：

有功功率恒定不变（原动机输入功率不变）。

即：

电磁功率：

Pm=m

sinδ=常值

即E0•sinδ=常值

输出功率：

P2=mUIcosφ=常值

即I•cosφ=常值

见图3

图3与无穷大电网并联时无功功率的调节

（1）正常励磁

正常励磁：

即发电机的全部输出功率均为有功功率。

即cosφ=1，此时发电机的激磁电势为E。

（2）过励：

增加发电机的励磁，使其超过“正常励磁”称为过励。

此时，激磁电势Ė0变为Ė0’并Ė0’＞Ė0，又∵E0sinδ为常值，∴Ė0的端点只能在水平线AB上移动。

相应的电枢电流将从İ变为İ’。

∵Icosφ=常值，∴I的端点只能在铅垂线CD上滑动。

此时，电枢电流I’将滞后于电网电压Ù，这时发电机除发出有功功率外，还向电网送出一定的滞后（电感性）无功功率。

（3）欠励:

减少发电机的励磁，使其小于“正常励磁”称为欠励。

此时激磁电势将从Ė0变为Ė0"，并Ė0"＜Ė0相应的电枢电流将从İ变为İ’。

此时，电枢电流I"将超前于电网电压，这时发电机除发出有功功率外，将向电网送出一定的超前（电容性）无功功率。

无功功率调节应注意的几个问题：

（1）由于发电机与无穷大电网并联运行，电网电压视为恒定值，调整励磁不会引起电压的变化。

（2）调节励磁可以调节无功功率，但只能调节无功功率，而不能改变有功功率。

（3）调节励磁时应注意，不要使其超过励磁电源或发电机励磁绕组的允许值，以免出现励磁机与发电机励磁绕组过热现象。

（4）注意发电机电枢电流，保持不超过发电机视在功率，以防引起发电机电枢绕组过电流。

二、同步发电机与相近容量电网并联的功率调节

这个问题在独立运行的小型风电网或小型的水电群电网可能遇到。

发生在并联运行的发电机组之间。

在现代，由于发电机组的单机容量越来越大，一台发电机的容量达到了几十万到几百万kW。

因此，发电机与相近容量电网并联的问题就不容忽视了。

因为此时的电网不是无穷大。

所以调节并联发电机组的有功功率或无功功率时，将引起电网电压和频率的变化。

此时，该如何调节。

注意那些问题？

1、有功功率的调节

有限容量电网的总功率是由用电负荷来约束的，是由接在该电网的用电户决定的如果我们增加并联上去发电机组的有功功率。

这时发电机组的总功率将多于负载的有功功率，用电户用不了，此时如果其他发电机组仍不减少有功功率，则多余的有功功率将使整个电网内的发电机转子加速，提高了电网的频率和电压。

这时输出也将加大。

使总的输入和输出在一个新的频率和电压下平衡，反之亦然。

2、无功功率的调节

改变一台发电机的无功功率的输出，将引起电网总的无功功率的变化。

总无功功率将在一个新的电网频率和电压下平衡。

如果要保持电网总的负荷不变，当增加并联上去的发电机的有功功率或无功功率的同时必须相应的减少其他发电机组的输出。

3、两台相同参数的发电机之间的功率调节

为了进一步说明上述问题，现以两台相同参数的并联运行的发电机组的功率调节过程进行分析。

见图4

（1）正常情况下，两台发电机组的有功功率和无功功率平均分配。

此时向量图见图4-（a）.

（2）增加＃1机的励磁电流，减少＃2机的励磁电流，即使E①增加为E①’，E②减小为E②’，则此时＃1机电流由I①变为I①’，＃2机机电流由I②变为I②’，这时有功功率不变各自负担1/2，无功功率全部由＃1机负担。

调节励磁可以改变两台机组无功功率的分配，但增加一台机组励磁的同时必须减少另一台机组的励磁，才能保证电网电压和频率不变。

见图4-（b）。

（3）如果打算把全部的有功功率及无功功率全部由＃1机负担，则应增加＃1机原动机的出力和励磁，同时减少＃2机的原动机的出力和励磁，才能保持在负荷转移过程中电网频率及电压不变。

见图4-（c）

以上是电感性无功功率的调节，对于电容性无功功率与上述相反。

根据以上分析应注意：

在进行有功功率调节的同时，要相应的进行无功功率的调节。

这样才能保持机组之间有功功率和无功功率的合理分配，以机组间功率因数相近为依据。

三、实例的判断与处理

某企业余热电站发电机并联后跳闸故障的处理。

故障现象：

发电机并联于电网上，稍增加有功功率即跳闸解列。

连续并联，连续跳闸。

表计指示：

定子（电枢）电流表：

超过额定值，达到针档；

定子电压表：

正常；

励磁电流、励磁电压表：

低于正常值；

功率因数表：

指示滞相，随励磁电流的增加而增高。

故障原因的判断：

1、根据定子过电流及励磁电流过低，初步判断为欠励，也是增加有功负荷即跳闸的直接原因。

（∵容性无功电流过大）；

2、根据功率因数表的指示与调节理论不相符，初步判断表计接线有误。

∵欠励时应指示进相而指滞相，增加励磁cosφ应滞相下降，但指示上升。

∴判断接线有误。

处理：

经检查核对，功率因数表设计图纸与实际表针不符，接线确实有误，经纠正功率因数表指示恢复正常。

发电机并联后增加励磁，达到正常励磁状态，并保持额定功率因数，定子电流正常，故障消除，并联成功。

（a）İ①=İ②=1/2İHg（Pm①=Pm②Qm①=Qm②）

（b）cosφ②=1（Pm①=Pm②Qm②=0）（c）İ”②=0İ”①=İHg（Pm②=0Qm②=0）

图4两台相同参数发电机并联运行的功率调节

注：

①#1机组

②#2机组

四、结语

当今世界电力事业的发展趋向高参数、大电网、大机组、大容量的方向发展，电网自动化的水平越来越高，为了实现智能电网的目标，实现电网运作的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，需要进行艰苦的努力和多方面的合作。

本文通过对发电机有功功率与无功功率调节的理论分析过程，提供了发电机自动控制与参数调节的依据，为实现数据采集、调控、反馈及稳定运行提供理论支持。

我国“十二五”规划中，对我国的能源结构予以了充分的注意，特别对环境保护提出了更高的要求，“节能减排”任重而道远。

我国大力开发风力发电资源，特别是在边远的山区，我国具有丰富的小型水力资源，这些风电群与小水电群，有可能远离大型电力网，有可能形成孤立的小型电网，独立运作，为此，本文中的发电机与相近容量电网并联运作的功率调节具有一定的指导意义。