自动调节励磁系统的简化模型课件.ppt
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1、目录1 概述电力系统稳定性概念 电力系统稳定性问题就是当系统在某一正电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后,能否经过常运行状态下受到某种干扰后,能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果渡到一个新的稳态运行状态的问题。如果能,则认为系统在该正常运行状态下是稳能,则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。不能,则系统是不稳定的。定的。不能,则系统是不稳定的。电力系统稳定的破坏,将造成大量用户供电力系统稳定的破坏,将造成大量用户供电中断,甚至导致整个系统的瓦解,后果电中断,甚至导致整个系统的瓦解,后果极为
2、严重。极为严重。1 概述功角的含义 发电机发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。的相角差。电磁功率的大小与电磁功率的大小与密切相关,密切相关,故故称称为为“功角功角”或或“功率角功率角”。电磁功率与功角电磁功率与功角的关系式被的关系式被称为称为“功角特性功角特性”或或“功率特功率特性性”。功角功角还表明了各发电机转子之间的相对还表明了各发电机转子之间的相对空空间间位置。位置。1 概述 功角稳定的概念 电力系统稳态运行时,系统中所有同步发电机均电力系统稳态运行时,系统中所有同步发电机均同步运行,即功角同步运行,即功角 是稳定值。是稳定值。系统在受到干扰后,
3、如果发电机转子经过一段时系统在受到干扰后,如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行,即功角间的运动变化后仍能恢复同步运行,即功角 能能达到一个稳定值,则系统就是功角稳定的,否则达到一个稳定值,则系统就是功角稳定的,否则就是功角不稳定。就是功角不稳定。也可能出现系统中同步发电机是维持同步运行,也可能出现系统中同步发电机是维持同步运行,但系统频率或电压不可控制的持续下降。此时系但系统频率或电压不可控制的持续下降。此时系统从功角意义上仍然是稳定的,但系统已失去了统从功角意义上仍然是稳定的,但系统已失去了稳定稳定即出现了频率稳定或电压稳定问题。即出现了频率稳定或电压稳定问题。1 概述电力
4、系统稳定性分类 电力系统稳定性包括:功角稳定频率稳电力系统稳定性包括:功角稳定频率稳定电压稳定定电压稳定 电力系统暂态分析电力系统暂态分析 书中提到的电力系书中提到的电力系统稳定性就指的是系统的功角稳定性。统稳定性就指的是系统的功角稳定性。1 概述功角稳定的分类 根据功角失稳的原因和发展过程,功角稳定可分为如下三类:静态稳定(小干扰)暂态稳定(大干扰)动态稳定(长过程)1 概述 静态稳定 定义:指电力系统在某一正常运行状态下受到小定义:指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后,不发生自发振荡或非周期性失步,自动干扰后,不发生自发振荡或非周期性失步,自动恢复到原始运行状态的能力。如果能,则认为
5、系恢复到原始运行状态的能力。如果能,则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能,则统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能,则系统是静态失稳的。系统是静态失稳的。特点:静态稳定研究的是电力系统在某一运行状特点:静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关,而与小干扰的大小、类型和地点运行状态有关,而与小干扰的大小、类型和地点无关。无关。1 概述 暂态稳定 定义:指电力系统在某一正常运行状态下受到大定义:指电力系统在某一正常
6、运行状态下受到大干扰后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新干扰后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能,则认为系第一或第二振荡周期不失步。如果能,则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能,则系统是暂态失稳的。不能,则系统是暂态失稳的。特点:研究的是电力系统在某一运行状态下受到特点:研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有
7、关,而且与扰动仅与系统在扰动前的运行状态有关,而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。的类型、地点及持续时间均有关。定义:指电力系统在某一正常运行状态下受到小的或大的干扰后,在自动调节和控制装置的作用下,保持长过程运行稳定性的能力。如果能,则认为系统在该正常运行状态下是动态稳定的。不能,则系统是动态失稳的。特点:动态稳定的过程较长,参与动作的元件和控制系统更多、更复杂。(不讲)1 概述 动态稳定102 同步发电机组的机电特性 2.1 同步发电机组转子运动方程 2.2 发电机的电磁功率 2.3 电动势变化过程的方程式112.1 同步发电机组转子运动方程 2.1.1转子的机电运动方程推导 2.1.
8、2 惯性时间常数 2.1.3 同步发电机组转子运动方程的进一步认识122.1.1 转子机电运动方程的推导转子运动方程的二阶形式0ddt功角功角 是两转子之间的空间相对位置角是两转子之间的空间相对位置角qEUq轴轴0TP机械功率机械功率EP电磁功率电磁功率220JTET dPPPdt 22dddtdt两边求导132.1.1 转子机电运动方程的推导转子运动方程的状态方程形式00()TEJddtdPPdtT 0(1)1()TEJddtdPPdtT功率和电气角速度都是标幺值功率是标幺值,电气角速度是有名值注:习惯上标幺值不带(*)干扰后:稳态:1TEPPTEPP1功角 变化功角 不变142.1.2惯性
9、时间常数 发电机惯性时间常数的物理意义 发电机的惯性时间常数 系统的惯性时间常数152.1.2惯性时间常数发电机惯性时间常数的物理意义 表示在发电机转子上加额定转矩后,转子从停表示在发电机转子上加额定转矩后,转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。顿状态转到额定转速时所经过的时间。*111*000*101 JJJJJTdtdMMTtdTdTTM 令,并对上式从到进行积分,则*0JTdMdt*JdTMdt*0/162.1.2惯性时间常数发电机的惯性时间常数22222220022.74()44601000JGGNGNGNGNJGDGDnGDTnSSSS发电机铭牌参数有:飞轮转矩 (tm2)、发电
10、机额定容量 (KVA)、额定转速 (r/min )2GDGNSn定义24GDJ 0260n 以发电机的额定容量 为基准的惯性时间常数 (S)。GNSJGT172.1.2惯性时间常数 系统的惯性时间常数 2200GNGNJJGBGNBBJJSSTTSSSS注意:容量折算20JBJTS单台发电机:单台发电机:182.1.3 同步发电机组转子运动方程的进一步认识0(1)1()TEJddtdPPdtT调速器一般在发电机转速变化之后才能起调节作用,加上本身惯性较大,在一般短过程的机电暂态分析中,假定机械功率 不变。电磁功率 的描述和计算,就成了电力系统功角稳定分析中最为复杂和困难的任务。TPEP19PE
11、的计算的计算 功角稳定分析功角稳定分析求解状态方程求解状态方程PE2.2 发电机的电磁功率(t)201 1)略去发电机定子绕组电阻)略去发电机定子绕组电阻2 2)假设机械转矩和机械功率不变)假设机械转矩和机械功率不变3 3)不计发电机定子绕组及电网中的电磁暂态过程。只计及)不计发电机定子绕组及电网中的电磁暂态过程。只计及发电机定子电流中的正序基频交流分量产生的电磁功率。发电机定子电流中的正序基频交流分量产生的电磁功率。理由:理由:a a、定子及电网的电磁暂态过程很快,百分之几秒。、定子及电网的电磁暂态过程很快,百分之几秒。b b、非周期分量在转子上产生的功率平均值接近于零、非周期分量在转子上产
12、生的功率平均值接近于零又由于转子转动惯量大,因此对转子运动影响很小。又由于转子转动惯量大,因此对转子运动影响很小。c c、不计零序和负序电流的影响,只考虑正序分量。、不计零序和负序电流的影响,只考虑正序分量。零序电流所产生的磁场对转子运动没有影响。负序电流在零序电流所产生的磁场对转子运动没有影响。负序电流在转子上产生的功率平均值接近于零,因此对转子运动影响转子上产生的功率平均值接近于零,因此对转子运动影响很小。很小。d d、假设机组转速接近同步转速,只计及基频交流电、假设机组转速接近同步转速,只计及基频交流电流的影响。流的影响。2.2 发电机的电磁功率 假设条件一214 4)假定发电机的某个电
13、动势为恒定。)假定发电机的某个电动势为恒定。空载电动势恒定空载电动势恒定忽略自动调节励磁器的作用忽略自动调节励磁器的作用暂态电动势恒定暂态电动势恒定考虑自动调节励磁器的作用一般考虑自动调节励磁器的作用一般发电机端电压恒定发电机端电压恒定考虑自动调节励磁器的作用很强考虑自动调节励磁器的作用很强2.2 发电机的电磁功率 假设条件二GGEGAVRf转子回路或励转子回路或励磁回路磁回路定子回路定子回路自动调节自动调节励磁装置励磁装置GpfpEff ff22无限大系统同步发电机EIGxGUTxLUULx=常数G图6-1(a)系统图忽略了电阻,忽略了电阻,Re()EPU I同步发电机的电路方程同步发电机的
14、电路方程EPTL2.2 发电机的电磁功率 简单电力系统的电磁功率23dqqEGUqUqIdIdUddjI xIqqd ddq quEx iux iqqdddqqUEjx IUjx I 相量形式2.2 发电机的电磁功率 机端电压dq轴分量的相量方程dU是 的d轴和q轴分量和qUGU24qdqd ddqq quEx iux i 发电机机端电压的dq轴分量可表示为:qqdddqqUEjx IUjx I dqqEGUqUqIdIdUddjI xI相量形式dU是 的d轴和q轴分量和以暂态电势表示机端电压的dq轴分量qUGU25简单系统的主要电势方程qdqdqdqEUj I xUj I x 空载电势暂态电
15、势QqdEUj I xEUj I x虚拟电势用一个等值电路代表同步发电机:用一个等值电路代表同步发电机:(,)Gqdx x x(,)QE EE ITxLULxGUUqdqdqdqEUj I xUj I x 0qqdddqqEUI xUI x0qqdddqqEUI xUI x26隐极机的简单系统相量图dqqQEEEGUqEqUUqIdIdUdddqjIxjIxdxI jqxI jexI jGddxI jIqQEEdqdxxxdqdxxx功角特性27凸极机的简单系统相量图qQEEdqqEEGUQEqEqUUqIdIdUqdxI jddxI jdxI jqxI jexI jGddxI jIdqdxx
16、xdqdxxx28简单系统中发电机电磁功率的计算方法不考虑电阻,发电机与电网各节点的注入有功相等Re()Re()()EdqdqddqqPU IUjUIjIU IU I将电流分别用各电势代替,便可用不同电势表示出发电机电磁功率。29用空载电势表示隐极机的功角特性 0qqdddqdEUI xUI x sinqEddq qqqddqddqdqddPU IU IEUUUUxxE UE UxxcossinqdUUUUdqxx30用空载电势表示凸极机的功角特性 0qqdddqqEUI xUI x2 sin()sin22qEddq qqqddqdqqdqddqPU IU IEUUUUxxE UxxUxxxd
17、qxxcossinqdUUUU磁阻功率31用暂态电势表示隐极机的功角特性 0qqdddqdEUI xUI x2 sinsin22qEddq qqqddqddqdddddPU IU IEUUUUxxE UxxUxxx dqdxxxcossinqdUUUU磁阻功率32用暂态电势表示凸极机的功角特性 0qqdddqqEUI xUI x2sin()sin22qqqdEdqdE UxxUPxxxqdxx磁阻功率33用虚拟电势和机端电压表示同步发电机的功角特性 sin sin sinQGQEqEdGUGeE UPxEUPxU UPxEUxEUj I xcossinEEUPUIxcossinIxEEIjIx
18、UGeUUj I xdEUj I xQqEUj I xI简单系统中发电机功角特性分析 空载电势表示的隐极机sin dqExUEPq qEPdqmExUEPq mEqP090018000图6-4 为常数时隐极发电机的功角特性qE090E mqP简单系统中发电机的功角特性分析 空载电势表示的凸极机2sin2sin 2qdqddqExxxxUxUEPq qEPmEqP090018000090mqEP图6-7磁阻功率dqxxmEPEqmqEqPddP0 简单系统中发电机的功角特性 暂态电势表示的同步发电机2sin2sin 2qdqddqExxxxUxUEPq qEPmEqP090018000090 m
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