電能質量技術監督活動會議紀要

2022-06-09 21:24:04 字數 3880 閱讀 1432

第二種方法利用發電機功角變化來進行分析,前提同樣是勵磁保持恆定,發電機能否送出無功以及送出無功的多少與電壓差δu有關,這個電壓差δu是指發電機的電動勢e0和端電壓un的同相部分的電壓差,注意是同相部分的電壓差,具體可參照《電機學》中的同步發電機遲相執行時的相量圖,相量圖是以發電機端電壓un為乙個參考相量,即nu為乙個垂直向上的箭頭,其保持固定不動。電動勢e0在un箭頭的逆時針側,且為乙個長度大於un的箭頭,兩者之間形成乙個夾角δ即發電機功角。所謂同相部分的電壓差,就是指把e0箭頭向參考量un或者說是垂直軸上的乙個投影,這個投影的長度比un箭頭要長,e0箭頭在垂直軸上的投影長度減去un箭頭的長度即為兩者同相部分的電壓差δu,只有這個電壓差才會產生無功電流,並且是電壓差δu越大,發電機輸出的無功功率就越大,如果電壓差δu變小,則發電機輸出的無功功率就減小。

又根據發電機功角特性可知,當發電機送出有功功率時,電動勢e0就與端電壓un錯開乙個δ角即發電機功角,當有功越大時,δ角越大,此時可以想象e0又往逆時針的方向轉了乙個更大的角度,那麼它在垂直軸上的投影高度就更短了,所以用它減去un所得到的無功電壓差δu就變小了,因而無功自動減小,當然電壓也就會適當降低。反之,當有功減小時,功角δ也隨之減小,無功會自動增加,電壓也會適當公升高。

總之,無論從純電機的任何乙個方面去推論,前提只要勵磁電流是恆定不變的,也就是忽略勵磁調節器的作用,有功增加時,發電機無功出力就會自動減小,在外界無功使用者不變的情況下,則會出現無功缺額,發電機電壓會出現下降現象,直到外界使用者在電壓下降時所耗無功自動減小重新與發電機無功出力達到平衡,電壓則會下降到乙個新的平衡點穩定執行。反之有功減少時,無功出力會自動增加,在外界無功使用者不變的情況下,則會出現無功過剩,發電機電壓會出現公升高現象,直到外界使用者在電壓公升高時所耗無功自動增加重新與發電機無功出力達到平衡,電壓則會公升高到乙個新的平衡點穩定執行。

(二)考慮勵磁調節器的影響:

1.從機組本身的因素分析調節器的影響:

從純電機的角度分析完,可以得出乙個結論,當發電機勵磁恆定時,增加發電機有功,則會使無功功率自動減少,最終發電機電壓會適當降低,或者從另外乙個新的角度來分析,當發電機有功增大時,發電機定子電流也增大,那麼發電機定子繞組的阻抗壓降就會增大,最終還是引起了發電機機端電壓降低。 自動勵磁調節器(在此只考慮調節器在自動通道恆電壓方式下)是以發電機端電壓作為被調量的,也就是說勵磁調節器的作用就是要維持機端電壓不變,所以由上面分析可知,在機組穩定執行,勵磁不變的時候,如果增加有功功率則會使發電機的端電壓適當降低,那麼此時考慮到勵磁調節器的存在,當發電機端電壓降低,則會使勵磁調節器自動增加勵磁來維持機端電壓。所以正是由於該調節作用,使得發電機在有功增加時,無功會基本維持不增不減。

當然由於純電機角度的分析因素的作用一般也會呈現略微減少的趨勢,但是有時也會略微公升高。總之調節器的特性引數不同及外部變工況,所以不是乙個固定的規律。但基本上是可以維持有功增加時無功不變的,至少不可能會出現純電機角度分析結論那種明顯規律的反向變化。

注,本段分析可參考啟停機過程中機組未帶廠用電情況下增減有功時無功變化趨勢圖。

由於發電機勵磁調節器的存在,當發電機有功增加時,無功不會出現純電機角度所分析的那樣明顯減少。當然勵磁調節器特性是不完全一樣的,但即使勵磁調節器調節作用不足以抵消增加有功所帶來的去磁作用,也絕對能夠抵消絕大部分去磁作用了,所以最多會有乙個輕微的無功減少趨勢。當然如果勵磁調節器調節作用大於增加有功所帶來的去磁作用,那麼不僅此時可以完全彌補有功增加所帶來的去磁影響,甚至無功還會有增加的趨勢。

可見,由於調節器本身特性的差異,可能會出現不同的結果。不過無論結果怎樣,從根本上講,由於調節器本身是用來維持機端電壓的,所以調節器在發電機增加有功時會自動增加勵磁,那還是因為發電機端電壓在受到有功增加的去磁影響後而降低了,這時調節器增加勵磁只是為了恢復正常的電壓,也就是說僅僅是為了彌補增加有功出現的勵磁缺額,所以發電機此時增加的勵磁基本上全部都用在了有功功率的增加上,最終使發電機在有功功率增加後也不出現欠磁,從而維持端電壓不變。

發電機在有功增加時會使端電壓降低,由於勵磁調節器會自動增磁維持發電機端電壓,正是因為此時調節器自動增磁,則不會出現有功增加,無功明顯減少的現象。當然,這時也會有乙個新的問題,就是眾所周知增加勵磁時發電機無功功率會自動增加,那麼在增加有功時,勵磁也是在自動並且大量增加的,那麼無功此時會大量增加嗎?這裡可以解釋一下,《電機學》的發電機無功功率調節章節中分析調節勵磁改變無功的前提是發電機輸出有功不變,也就是說增加勵磁無功增加的前提是發電機其它條件基本不變的,至少發電機有功是不變的,那麼增加的勵磁便全部用在了公升高電壓增大無功上,所以才會有了增加勵磁,無功增加的結論。

但是在增加有功的情況下大量增加勵磁,發電機仍然只是為了維持著機端電壓不降低,發電機的端電壓只要不變,則說明無功功率的供需是基本平衡的,那麼此時認為外界無功使用者是基本不變的,發電機此時的無功出力也不會有什麼大的變化。最終這種情況下增加的勵磁主要還是用在了增加的有功上,對無功影響不大,所以這裡在增加勵磁時,無功是不會明顯增加的。注,本段分析可參考有功不變時手動調勵磁的無功變化趨勢圖和有功增加勵磁自動增加時的無功變化趨勢圖。

總之,在忽略了調節器特性差別後,我們假設外界條件不變的情況下,可以得出的結論為,調節有功功率時,勵磁調節器只能夠基本維持無功不變。也不排除輕微增加或者輕微減少的情況,但可以肯定不會明顯增加或者明顯減少。當然實際情況中要考慮到大量外部因素,無功可能會因外界其它因素而明顯變化,下面便具體分析。

2.從機組以外的因素分析調節器的影響:

(1)外界系統執行方式的變化:比如投切線路的電容效應和投切電抗器等元件都會使整個系統的無功電源及無功使用者情況發生變化,最終機組無功功率也會發生不確定的變化。

(2)外界機組出力的變化:同一電網的其它機組加減出力的同時也會影響其無功出力,以及機組的啟停,均會導致電網無功的不平衡,系統電壓變動,最終也會使機組無功功率發生不確定的變化。

(3)考慮系統功率傳輸機理:傳輸有功功率需要無功功率的支撐,所以調節有功時,比如增大有功,此時要在恆定電壓下輸走更多的有功,那麼需要支撐的無功也就更多,如果無功支撐不足,則會引起電壓下降,最終也會導致勵磁調節器自動增加勵磁,具體我們可以對輸電系統中的兩大元件即輸電線路和變壓器進行展開分析。根據輸電線路自然功率的概念可知,輸電線路既因為其電容效應能夠發出無功,也因為其存在串聯阻抗在輸電過程中電流流過線路的串聯阻抗又要消耗無功,所以有功越大,線路的電流越大,消耗的無功就越大,特別是輸電功率高於自然功率時,線路自身的電容效應所產生的無功已不足以供線路自身所耗無功了,線路則要從系統吸收無功了。

根據變壓器自身無功損耗公式可知,變壓器傳輸有功的過程中,會消耗大量無功,傳輸的有功越大,消耗的無功就越大,當變壓器傳輸有功功率達到滿載時,其自身消耗的無功可達變壓器額定容量的10%~15%。由上述分析可見,當系統中無功出力與無功使用者平衡,電壓不變的時候,此時若機組增加有功,則會直接導致輸電系統傳輸的有功功率增大,電流增大,那麼系統自身在傳輸有功時消耗的無功也自然增大,所以無功出力與無功使用者不再平衡,無功出力已經不能滿足無功使用者的需要,也就是說出現了無功缺額從而引起電壓下降,最終勵磁調節器會自動增加勵磁來提高機組無功出力使其重新與無功使用者達到平衡,維持機端電壓。此外在電力系統分析中,考慮了系統靜態穩定性,也要在有功增加時適當提高無功,但這主要是從電網穩定方面分析的,對於機組本身,影響甚小,不展開分析。

總之,這個因素導致的無功變化基本是可以確定方向的,即機組無功功率基本隨著有功功率的增加而增加,反之同理。注,本段分析可參考有功增加時主變壓器輸出無功變化趨勢圖。

(4)廠用電負荷的變化:由於大多廠用負荷為感應電動機,自身所消耗的無功是很大的,所以當廠用電負荷變化時,所耗無功會發生很大變化。廠用負荷無功的變化幾乎不會影響到系統電壓,也就是說系統電壓是維持恆定的,由於主變阻抗的存在,發電機機端的電壓是會直接受到影響的,比如增加有功,廠用負荷就要增大,廠用電所耗無功功率增大,發電機機端電壓降低,最終仍是勵磁調節器自動增加勵磁以維持機端電壓,那麼機組無功出力就會增加,等於是廠用負荷無功的變化最終是直接體現到發電機無功出力上了。

這個因素導致的無功變化也基本是可以確定方向的,即機組無功功率基本隨著有功功率的增加而增加,反之同理。注,本段分析可參考啟停機過程中以及機組正常執行中帶廠用電情況下增減有功時無功變化趨勢圖。

(5)此外還有一些不可預知的原因引起的電壓變化,也均會使勵磁調節器自動調整勵磁最終改變無功出力。

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