1、第13章 電力系統(tǒng)的電磁功率特性,本章提示 13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性 13.2自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響 13.3復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性 13.4網(wǎng)絡(luò)接線及參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響 小結(jié),本章提示 簡單電力系統(tǒng)中隱極及凸極發(fā)電機的功角特性方程； 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響； 復(fù)雜電力系統(tǒng)中發(fā)電機功角特性； 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和接線對發(fā)電機功角特性的影響。,簡單電力系統(tǒng),該系統(tǒng)的等值電路如圖。,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,1.隱極同步發(fā)電機的功角特性,系統(tǒng)的總電抗為,(13.1),定子繞組電壓方程式為：,(13.3),以電壓 為參考相量，作出相量圖。,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,圖

2、13.1 簡單電力系統(tǒng),代入上式中得隱極發(fā)電機的功角特性方程,(13.4),P =P=UIcos,當(dāng)忽略系統(tǒng)中各元件的電阻和電導(dǎo)時，發(fā)電機的輸出功率 P 與輸送到無限大容量系統(tǒng)的功率P相等，,由相量圖可得,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,E 和U為定值時，得到隱極發(fā)電機的功角特性曲線。對應(yīng)的功率最大值稱作功率極限， 即,(13.5),圖13.2 隱極發(fā)電機的功角特性,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,2.凸極同步發(fā)電機的功角特性,由相量圖,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,則有：,(13.6),(13.7),其中 稱作基本電磁功率， 稱作附加電磁功率，又稱作磁 阻功率。凸極發(fā)電機功角特性曲線如圖。

3、,13.1簡單電力系統(tǒng)的功角特性,圖13.3凸極發(fā)電機的功角特性,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,電力系統(tǒng)中的發(fā)電機都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)器，其主要作用是當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷變化時，自動地調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓為某一特定值，防止電壓隨負(fù)荷的變化而波動。,1無自動勵磁調(diào)節(jié)器時發(fā)電機端電壓的變化,圖13.4無勵磁調(diào)節(jié)器的隱極機端電壓相量圖,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,對于無自動勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機，當(dāng)負(fù)荷增大，即功角增加時，發(fā)電機端電壓 會降低；反之，當(dāng)負(fù)荷減小時，發(fā)電機端電壓會升高，使發(fā)電機端電壓在運行時不斷的波動，對系統(tǒng)和用戶都會產(chǎn)生不利的影響。所以，發(fā)電機必

4、須裝設(shè)自動勵磁調(diào)節(jié)器。,2.自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,功率P和功角增大、 UG下降時，自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)將自動增大發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機空載電勢Eq 增大，直到發(fā)電機端電壓恢復(fù)到原來的數(shù)值UG(0)或接近于UG(0)為止。當(dāng)功率連續(xù)變化時，便得到一條保持UG(0) 常數(shù)的功角特性曲線。,圖13.5 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)對功角特性的影響,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,實際運行中，自動勵磁系統(tǒng)并不能完全保持發(fā)電機端電壓U 不變，而是U 將隨功率P及功角的增大有所下降。介于保持E與U 之間的某一電勢為常數(shù)，例如發(fā)電機暫態(tài)電勢 為常數(shù)。如圖13.5中所示。由于 ， ，所以，維持 常數(shù)的

5、自動勵磁調(diào)節(jié)器的性能不如維持 常數(shù)的調(diào)節(jié)器。,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,由圖13.3（a）所示的相量圖得,根據(jù)公式（13.7）和（13.10）可得:,將式（13.10）和（13.6）代入式（13.8）中整理后得:,(13.10),(13.11),(13.12),3.用 、 和 表示的功角特性（凸極發(fā)電機）,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,(1)用 表示的功角特性,(2) 用 、 表示的功角特性,由圖13.3（a）的相量圖得,故有,(13.13 ),(13.14),(13.15),(13.16),將式（13.13）代入式（13.14）得：,經(jīng)推導(dǎo)得：,(13.17),(

6、13.18),(13.19),(13.20),與 、 與 是正弦函數(shù)關(guān)系，而 和 與 是較復(fù)雜的 非正弦關(guān)系。,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,例題13.1 如圖13.1所示的簡單電力系統(tǒng)，各元件的參數(shù)如下：,發(fā)電機G：,變壓器T1: ,10.5/242KV , 變壓器T2: ,220/121KV , 輸電線L: , L=200Km , /Km,運行情況：無限大系統(tǒng)母線吸收的功率為 , U=115KV 。 試計算當(dāng)發(fā)電機保持 、 和 為常數(shù)時，發(fā)電機的功角特性方程。,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,解：1）求各元件參數(shù),發(fā)電機,變壓器：,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的

7、影響,線路,系統(tǒng)的綜合電抗為：,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,2）計算正常運行時的 、 和,運行參數(shù)的標(biāo)么值為,由 得,根據(jù)13.3圖所示的相量圖計算得,=1cos39.68+1.3690.794=1.857,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,3）功角特性方程,為常數(shù)時,為常數(shù)時,為常數(shù)時,13.2 自動勵磁調(diào)節(jié)器對功角特性的影響,13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,兩臺無勵磁調(diào)節(jié)器的隱極發(fā)電機,簡化后的等值電路,根據(jù)迭加原理，將它分為兩個等值電路：,(13.22),據(jù)圖13.6（c）及13.6（d）有：,(13.23),(13.24),(13.25),(13.21),13.

8、3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,將式（13.2）（13.2）分別代入式（13.2）和 （13.2）中得：,(13.26),(13.27),電源 、 輸出的視在功率為：,(13.28),(13.29),13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,根據(jù)等式兩邊的實部和虛部相等,(13.30),同理，可得,(13.31),13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,當(dāng)把角用90代替時，上式可表示為,(13.32),13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,推廣到由n臺發(fā)電機組成的復(fù)雜電力系統(tǒng)中。假定n臺發(fā)電機的電勢分別為 , , ，則復(fù)雜電力系統(tǒng)中第i臺發(fā)電機功角特性方程為,(13.33),式中 電勢 和 之間的功角； 電源i對應(yīng)

9、的阻抗； 電源i和j之間的轉(zhuǎn)移阻抗； 阻抗Zii 對應(yīng)的阻抗角； 阻抗Zij 對應(yīng)的阻抗角。,13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,復(fù)雜電力系統(tǒng)中發(fā)電機的功角特性方程式有以下特點：,系統(tǒng)內(nèi)任一臺發(fā)電機運行情況的變化（如電勢E和功角），都會影響系統(tǒng)其他發(fā)電機的運行狀態(tài)。所以說電力系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機之間都有著緊密的聯(lián)系，是一個不可分割的整體。 第i臺發(fā)電機的功角特性與（n1）個發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對功角有關(guān)，發(fā)電機功角特性不再是二維平面中的概念，它是在多維空間中，因此也不能在P-坐標(biāo)上直觀地繪出發(fā)電機的功角特性，所以就不能由功角特性來確定其功率極限。 由于系統(tǒng)中節(jié)點電壓的相位對電源輸出的無功功率Q影響大，所

10、以我們重點研究的是發(fā)電機輸出的有功功率性 ，它是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中一個重要公式。,13.3 復(fù)雜電力系統(tǒng)的功角特性,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,1串聯(lián)電阻對功角特性的影響 簡單電力系統(tǒng)及等值電路如圖,輸送到無限大容量系統(tǒng)中的功角 特性為,(13.34),(13.35),隱極發(fā)電機的功角特性,將式（13.33）、（13.34）表示的功角特性曲線繪在同一坐標(biāo)上，如圖.,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,圖13.8串聯(lián)電阻時的功角特性曲線,結(jié)論：,曲線向上移動 sin距離，向右移動了角；而 曲線則向下移動了 sin距離，并向左移動了角 (13.36) 當(dāng)功角在0180范

11、圍內(nèi)，隨著功角的增大，cos將減少，使串聯(lián)電阻所消耗的有功損耗P增大。 發(fā)電機的功率極限值 增大了 sin值，功率極限角 也增加了角，使系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定略有提高。,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,2并聯(lián)電阻對功角特性的影響,在變壓器T 1的高壓側(cè)接上一個并聯(lián)電阻：,(13.38),13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,式中： 輸入阻抗,轉(zhuǎn)移阻抗,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,把PEq 和PU 功角特性曲線畫在同一坐標(biāo)中，如圖13.9（c）,圖13.9并聯(lián)電阻時的功角特性曲線,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,結(jié)論：,發(fā)電機功角特性曲線向上移動了 ，并向左移動了12 角；而 曲線則向下移動了 ，并向右移動了|12 |角。 與 之差為并聯(lián)電阻上消耗的有功功率，即 (13.39) 發(fā)電機的功率極限增大，功率極限角減小。,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,3并聯(lián)電抗對功角特性的影響,系統(tǒng)中并聯(lián)接入電抗:,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,并聯(lián)電抗后的功角特性,13.4網(wǎng)絡(luò)接線和參數(shù)對發(fā)電機功角特性的影響,小 結(jié),簡單電力系統(tǒng)中隱極同步發(fā)電機的功角特性為,當(dāng)90時，最大電磁功率為,簡單電力系統(tǒng)中凸極同步發(fā)電機的功角特性為,復(fù)雜電力系統(tǒng)中n臺發(fā)電機中第