發(fā)電機負載階躍波形分析

1、同步發(fā)電機負載階躍錄波圖分析周尚軍（武漢洪山電工科技有限公司，湖北武漢，430000）圖1、某發(fā)電機無PSS 滿載時2%階躍(A 通道)圖2、隱極同步發(fā)電機的電勢電壓相量圖和等效電路很顯然，根據(jù)電機學隱極同步電機的電勢電壓相量圖可知，忽略定子電阻Ra時，有【E=U+j*I*Xt】Esin=I*Xt*cosEcos=U+I*Xt*sin有功功率P=m*U*I*cos=m*E*U*sin/Xt無功功率Q=m*U*I*sin=m*U*(Ecos-U)/Xt視在功率S=從發(fā)電機負載階躍的電氣量錄波圖可以看出，上階躍時，勵磁電壓Uf、勵磁電流If、機端電壓U、無功功率Q上升（增加）在系統(tǒng)阻尼為正時，有功

2、功率P衰減震蕩、機端電流I衰減震蕩，勵磁電流If衰減震蕩。與階躍前的初始值相比，有功功率P穩(wěn)態(tài)值P與初始值相同，機端電流I穩(wěn)態(tài)值I小于初始值，勵磁電流If穩(wěn)態(tài)值If大于初始值。正階躍時，給定Uref突增，Uf突增，Ug增大，If增大，Q增大。由于原動機沒有調整，負載不變，所以Pe穩(wěn)態(tài)值與階躍前的初始值相同，P=Pm-P。式中P為各種有功損耗之和。由于AVR的恒機端電壓閉環(huán)PID調節(jié)，被控量U很快穩(wěn)定，因此Uf也很快穩(wěn)定。由于Uf=Kp*U，式中，Kp為放大倍數(shù)。負載階躍機端電壓階躍量U=1%4%（圖示為2%）。依據(jù)做PSS前負載階躍的高有功、低無功、功率因數(shù)近似為1的前提條件，勵磁電壓初始值U

3、f介于空載勵磁電壓Ufo與負載額定勵磁電壓Ufn之間，更接近空載勵磁電壓值Ufo?！綰f及If準確值取決于cos=0.951的負載V型曲線】Uf=Ufc-Uf/Uf2.5Ufn-Ufo/Ufo=7.5Ufo-Ufo/Ufo=6.5Kp=Uf/U=300+Q=(U*Ir)=U*Ir|Ir=const+U*Ir|U=constIr=const，所以Ir=0，所以Q=U*Ir。于是Q也很快到達新的穩(wěn)定值。在Uf、Ug、Q迅速達到穩(wěn)態(tài)值時，P、I及If仍然在衰減的阻尼震蕩。在Uf、Ug、Q三者先達到穩(wěn)態(tài)值而P、I、If仍在震蕩的這個過程中，有功電流Ia=Icos震蕩，E*sin震蕩；無功電流Ir=Is

4、in穩(wěn)定，E*cos穩(wěn)定。因此勵磁電勢E、定子電流I和功角、功率因數(shù)角都在震蕩。事實上，階躍響應中，真正發(fā)生階躍的是勵磁電壓，勵磁電流在電感性回路中，響應勵磁電壓的階躍變化，按照發(fā)電機負載勵磁繞組時間常數(shù)Tdz（介于Tdo與Td之間，遠小于Tdo）上升。由于勵磁電壓的回落趨穩(wěn)變化，造成勵磁電流的衰減震蕩。勵磁繞組回路任意時刻滿足Uf=If*Rf+L*dIf/dt（基本阻感回路電壓方程）忽略勵磁繞組的飽和，根據(jù)電機學知識，勵磁電勢E與勵磁電流If成正比。E=4.44*f*N*Kw【此處為磁通，正比于勵磁電流安匝】勵磁電流If的震蕩造成勵磁電勢E的震蕩。機端電壓U的趨穩(wěn)造成定子電流I及功角、功率因

5、數(shù)角的震蕩，以便維持機端電壓U、同步電抗壓降I*Xt及勵磁電勢E組成的電壓電勢三角形的穩(wěn)定性。整個P、I、If、E、及震蕩的過程中，無功電流Ir=Isin穩(wěn)定，E*cos穩(wěn)定。結論：依據(jù)負載階躍試驗的方法及階躍響應的定義，真正發(fā)生階躍變化的是勵磁電壓Uf，由于AVR的恒機端電壓閉環(huán)PID調節(jié)，Ug和Q很快趨穩(wěn)，Uf階躍之后迅速回落趨穩(wěn)，If震蕩趨穩(wěn)，進而造成勵磁電勢E震蕩，為了維持電勢電壓三角形的實時穩(wěn)定性，定子電流Ig及功角、功率因數(shù)角震蕩。因此有功震蕩，無功上升后穩(wěn)定。由于原動機機械功率不變，負載電功率不變，所以Pe的穩(wěn)態(tài)值等于初始值。由于無功電流Ir不變，P穩(wěn)態(tài)值與初始值相比不變，機端電壓U增加，則有功電流Ia穩(wěn)態(tài)值減小，因此定子電流I=穩(wěn)態(tài)值減小。參考文獻：1、許實章：電機學，【M】，華中工學院出版社，19852、竺士章：發(fā)電機勵磁系統(tǒng)試驗，【M】中國電力出