电力系统的电磁功率特性PPT课件

1、第1页/共39页 简单电力系统qdXX该系统的等值电路如图。 13.1简单电力系统的功角特性1.隐极同步发电机的功角特性第2页/共39页系统的总电抗为 LTdTLTddXXXXXXX2121(13.1) 定子绕组电压方程式为： IjXUEdq(13.3) 以电压 为参考相量，作出相量图。U 图13.1 简单电力系统 第3页/共39页代入上式中得隐极发电机的功角特性方程sincosqdEIXsindqEqXUEP(13.4) P =P=UIcos Eq 当忽略系统中各元件的电阻和电导时，发电机的输出功率 P 与输送到无限大容量系统的功率P相等，Eq由相量图可得第4页/共39页 E 和U为定值时，

2、得到隐极发电机的功角特性曲线。对应的功率最大值称作功率极限， 即qdqMXUEP(13.5) 图13.2 隐极发电机的功角特性 第5页/共39页qdXX由相量图 qqIX=Usin qddEIXUcos 第6页/共39页则有：qqXUIsin(13.6) dqdXUEIcos(13.7) 当忽略各元件电阻时P =P=UIcos =UIcos(-) =UIcoscos+UIsinsin =UIq cos+UId sin (13.8)将(13.6)、(13.7)式代入式(13.8)中得凸极同步发电机的功角特性为 sin + sin2=EqdqEqXUEP)11(22dqXXUEqEqPP (13.

3、9)第7页/共39页其中 称作基本电磁功率， 称作附加电磁功率，又称作磁阻功率。凸极发电机功角特性曲线如图。EqPEqP 第8页/共39页13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响第9页/共39页1无自动励磁调节器时发电机端电压的变化 图13.4无励磁调节器的隐极机端电压相量图 对于无自动励磁调节器的发电机，当负荷增大，即功角增加时，发电机端电压 会降低；反之，当负荷减小时，发电机端电压会升高，使发电机端电压在运行时不断的波动，对系统和用户都会产生不利的影响。所以，发电机必须装设自动励磁调节器。GU第10页/共39页2.自动励磁调节器对功角特性的影响 功率P和功角增大、 UG下降时，自动调节励磁

4、系统将自动增大发电机的励磁电流，使发电机空载电势Eq 增大，直到发电机端电压恢复到原来的数值UG(0)或接近于UG(0)为止。当功率连续变化时，便得到一条保持UG(0) 常数的功角特性曲线。图13.5 自动调节励磁系统对功角特性的影响第11页/共39页 实际运行中，自动励磁系统并不能完全保持发电机端电压U 不变，而是U 将随功率P及功角的增大有所下降。介于保持E与U 之间的某一电势为常数，例如发电机暂态电势 为常数。如图13.5中所示。由于 ， ，所以，维持 常数的自动励磁调节器的性能不如维持 常数的调节器。qEGGqGUGmEqmPPUGmqmEqEGU第12页/共39页13.3（a）（13

5、.7）（13.10）将式（13.10）和（13.6）代入式（13.8）中整理后得:dqdXUEIcos(13.10) )1 (cosqdqdqqXXUXXEE(13.11) 2sin)11(2sin2dqdqqEXXUXUEP(13.12) 3.用 、 和 表示的功角特性（凸极发电机）qEEGU(1)用 表示的功角特性 qE第13页/共39页(2) 用 、 表示的功角特性EGU由图13.3（a）的相量图得sincosEIXdLTGLTUIXsincos故有 LTLTGdXUXEIsinsincos(13.13 ) cosUIPPPUGE(13.14) sindEXUEP(13.15) LTLT

6、GUGXUUPsin(13.16) 将式（13.13）代入式（13.14）得：第14页/共39页经推导得：22)()(UXPUXQUEdd (13.17)sin) 1(sin1qdXXEU(13.18)22)()(UPXUQXUULTLTG(13.19)sin) 1(sin1qLTGLTXXUU (13.20) 与 、 与 是正弦函数关系，而 和 与 是较复杂的非正弦关系。EPUGPEPUGPLT第15页/共39页例题13.1 如图13.1所示的简单电力系统，各元件的参数如下：发电机G：MWPN300KVUN5 .1085. 0cosN95. 0Xd56. 0Xq0.22dX 变压器T1: ,

7、10.5/242KV , 变压器T2: ,220/121KV , 输电线L: , L=200Km , /Km360NSMVA14% SU360NSMVA14% SUKVUN2204 . 0LX 运行情况：无限大系统母线吸收的功率为 , U=115KV 。 试计算当发电机保持 、 和 为常数时，发电机的功角特性方程。MWP2500,98. 0cos0qEqEGU 第16页/共39页解：1）求各元件参数取基准值 MVASB250KVUB115)110(KVUB209121/220115)220(选择线路侧为基本级，求各元件参数的标么值为发电机 MVAPSNNN94.35285. 0300cos90

8、2. 094.352250)2095 .10()5 .10242(95. 022dX531. 094.352250)2095 .10()5 .10242(56. 022qX209. 05 .352250)2095 .10()5 .10242(22. 022dX变压器： 13. 0360250)209242(14. 021TX108. 0360250)209220(14. 022TX第17页/共39页线路229. 0)2092502004 . 0(212LX系统的综合电抗为：676. 0467. 0209. 0998. 0467. 0531. 0369. 1467. 0902. 0467. 01

9、08. 0229. 013. 021LTddLTqqLTddTLTLTXXXXXXXXXXXXX第18页/共39页2）计算正常运行时的 、 和 qEqEGU运行参数的标么值为12502500P01048.1198. 0cos203. 0000tgPQ1115/115U由 得00IUS000048.1102. 1203. 01jjQPSI根据13.3图所示的相量图计算得01 .2319. 1467. 009. 1467. 0)203. 01 (1jjXI jUUULTGGG2418. 198. 0102. 1998. 0199. 01cossinUIXUtgq016.51068.39794. 0

10、16.51sin02. 1sin0IIdddqIXUEcos =1cos39.68+1.3690.794=1.857第19页/共39页3）功角特性方程qE为常数时 2sin2sin2qdqddqEqXXXXUXUEP2sin998. 0369. 1998. 0369. 121sin369. 11857. 12sin136. 0sin356. 12sin2sin2dqdqdqqEXXXXUXUEP2sin676. 0998. 0676. 0998. 021sin676. 01306. 12sin239. 0sin932. 1sin)1 (sin1qLTGGXXUUsin)998. 0467. 0

11、1 (19. 11sin1)sin447. 0(sin1)sin447. 0(sinsin467. 0119. 1sin1GLTGUGXUUP)sin447. 0(sinsin548. 21为常数时 qE为常数时 GU第20页/共39页13.3 复杂电力系统的功角特性两台无励磁调节器的隐极发电机简化后的等值电路第21页/共39页根据迭加原理，将它分为两个等值电路：12222III (13.22)据图13.6（c）及13.6（d）有：11132321111ZEZZZZZEI (13.23)22231312222ZEZZZZZEI(13.24)12112ZEI21221ZEI (13.25)211

12、11III(13.21)第22页/共39页将式（13.2）（13.2）分别代入式（13.2）和（13.2）中得：2121111ZEZEI (13.26)1212222ZEZEI (13.27)电源 、 输出的视在功率为：1E2E)(212111111111ZEZEEIEjQPS(13.28) )(121222222222ZEZEEIEjQPS(13.29) 第23页/共39页根据等式两边的实部和虚部相等)sin(sin)cos(cos121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEP(13.30) 同理，可得 )sin(sin)cos(cos122122122

13、2222212212212222222ZEEZEQZEEZEP(13.31) 第24页/共39页当把角用90代替时，上式可表示为)cos(cos)sin(sin)cos(cos)sin(sin212112212222222212112212222222121212211111211121212211111211ZEEZEQZEEZEPZEEZEQZEEZEP(13.32) 第25页/共39页 推广到由n台发电机组成的复杂电力系统中。假定n台发电机的电势分别为 , , ，则复杂电力系统中第i台发电机功角特性方程为1E2EnEnijjijijijjiiiiiiinijjijijijjiiiiiii

14、ZEEZEQZEEZEP1212)cos(cos)sin(sin(13.33) 式中 电势 和 之间的功角； 电源i对应的阻抗； 电源i和j之间的转移阻抗； 阻抗Zii 对应的阻抗角； 阻抗Zij 对应的阻抗角。 ijiEjEijZiiijiiZ第26页/共39页复杂电力系统中发电机的功角特性方程式有以下特点： 系统内任一台发电机运行情况的变化（如电势E和功角），都会影响系统其他发电机的运行状态。所以说电力系统内所有发电机之间都有着紧密的联系，是一个不可分割的整体。 第i台发电机的功角特性与（n1）个发电机转子间的相对功角有关，发电机功角特性不再是二维平面中的概念，它是在多维空间中，因此也不能

15、在P-坐标上直观地绘出发电机的功角特性，所以就不能由功角特性来确定其功率极限。 由于系统中节点电压的相位对电源输出的无功功率Q影响大，所以我们重点研究的是发电机输出的有功功率性 ，它是电力系统稳定计算中一个重要公式。)(ijifP第27页/共39页13.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响1串联电阻对功角特性的影响简单电力系统及等值电路如图 输送到无限大容量系统中的功角 特性为)sin(sin2ZUEZEPqqEq(13.34) )sin(sin2ZUEZUPqU(13.35) 隐极发电机的功角特性 第28页/共39页 将式（13.33）、（13.34）表示的功角特性曲线绘在同一坐标上，如图

16、.图13.8串联电阻时的功角特性曲线第29页/共39页结论： 曲线向上移动 sin距离，向右移动了角；而 曲线则向下移动了 sin距离，并向左移动了角 (13.36) 当功角在0180范围内，随着功角的增大，cos将减少，使串联电阻所消耗的有功损耗P增大。 发电机的功率极限值 增大了 sin值，功率极限角 也增加了角，使系统的静态稳定略有提高。ZEq2)(fPEq)(fPUZU2ZUEUEPPPqqUEqsin)cos2(22ZEq2MP第30页/共39页2并联电阻对功角特性的影响在变压器T 1的高压侧接上一个并联电阻：)sin(sin)sin(sin212122222121211112ZUE

17、ZUPZUEZEPqUqqEq(13.38) 第31页/共39页11011111111112211190ZZjXRRjXRjXjXZkk22022222222221122290ZZjXRRjXRjXjXZkk01111111XRtg02222122XRtg120121212121290ZZjXR0)(2112112dkXRXXtgdkkjXRXXRjXjXjXjXZZ2121212112第32页/共39页把PEq 和PU 功角特性曲线画在同一坐标中，如图13.9（c）图13.9并联电阻时的功角特性曲线第33页/共39页 发电机功角特性曲线向上移动了 ，并向左移动了12 角；而 曲线则向下移动了 ，并向右移动了|12 |角。 与 之差为并联电阻上消耗的有功功率，即 (13.39) 发电机的功率极限增大，功率极限角减小。11112sinZEqUP22222sinZUEqPUPcossin2sinsin12122211211112ZUEZUZEPPPqqUEq第34页/共39页3并联电抗对功角特性的影响系统中并联接入电抗:,1112111jXjXjXjXjXjXZkk0110,2211222jXjXjXjXjXjXZkk0220122121212112jXXXXjjXjXjXjXjXjXZZkdk021120则：sin12XUEPPqUEq(13.41) 第35页/共