電力工程4-第4章-同步發(fā)電機(jī)課件

1、第1篇 電力設(shè)備Part I Electric Apparatus輸電設(shè)備電力負(fù)荷 同步發(fā)電機(jī)組 開關(guān)類設(shè)備高壓絕緣與保護(hù)控制第 4 章 同步發(fā)電機(jī)Synchronous Machines 同步發(fā)電機(jī)的基本方程 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)一、abc坐標(biāo)系下的方程 4-1 同步發(fā)電機(jī)的基本方程二、派克-戈列夫變換三、派克-戈列夫方程1、基本假定理想電機(jī) 轉(zhuǎn)子、定子繞組對稱 磁勢、磁通正弦分布 不計(jì)飽和 6繞組，等效D、Q 一、abc坐標(biāo)系下的方程 轉(zhuǎn)子運(yùn)動變化慢，機(jī)械暫態(tài)與電氣暫態(tài)解耦2、正方向的選取+ abc與iabc相反 q軸不同書上相反StatorRotorWinding3

2、、同步電機(jī)回路圖 uabc與iabc相反 Eabc與uabc相同4、電壓方程 (Voltage Equation)5、磁鏈方程(Flux Linkages Equation) 定子 定子 變？ 變？ 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子 變？ 6、電感 (Inductance)？隱極機(jī)l2？ 定子繞組自感+定子繞組間互感+轉(zhuǎn)子繞組的自感 轉(zhuǎn)子繞組間互感 恒定 恒定 垂直時？ 轉(zhuǎn)子繞組自感及互感 定子與轉(zhuǎn)子繞組間互感+ 電感總結(jié)： 恒定 一定變 可變可不變 變的原因： 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 主因 動為機(jī)，靜為器 轉(zhuǎn)子凸極 輔因1.變換概述 2.空間綜合相量 3.派克變換的導(dǎo)出 二、派克-戈列夫變換Parks Transformati

3、ondqo Transformation 可理解為數(shù)學(xué)變換： 但應(yīng)了解物理本質(zhì)。坐標(biāo)變換，使易分析、易處理 1.變換概述 時變系數(shù) ，方程難分析、難計(jì)算 abc坐標(biāo)系方程 華人學(xué)者作出貢獻(xiàn)： 顧毓秀、高景德。2.空間綜合相量 旋轉(zhuǎn)磁場原理 單相繞組通以正弦電流時，產(chǎn)生空間正弦分布的脈動磁勢，可分解為兩個旋轉(zhuǎn)的磁勢分量之合成，每個旋轉(zhuǎn)磁勢振幅為脈沖磁勢振幅的一半。方向：超前電流相 滯后相，即 轉(zhuǎn)速：幅值：每相脈動振幅的三相對稱繞組中通以對稱電流時，其合成磁勢為一正向旋轉(zhuǎn)的磁勢。 雙反應(yīng)原理： 三相定子繞組合成的旋轉(zhuǎn)磁勢 可以用直軸分量 和交軸分量 代替。 3.派克變換的導(dǎo)出 電氣角空間角不對稱：

4、 但可令： 使： 所以： 綜合得Park變換： 逆變換為注：（1）可理解為線性數(shù)學(xué)變換 （2）可用于其他各量，如 等；（3）可用于其他函數(shù)，如不對稱、 直流等。設(shè)例4-1求 按Park變換得： ？ 恒定的條件是什么？ 恒定的條件是： 對稱 電速度 機(jī)速度求習(xí)題 1. 磁鏈方程三、dq0坐標(biāo)系下的方程The equations in dqo components2電壓方程3. 物理解釋4. 標(biāo)幺值方程5. 方程求解 磁鏈方程？fDQ 變量是否要變換？ 經(jīng)計(jì)算整理得： ? 觀察變化 此處，l, m 均為各電感系數(shù)中常數(shù)。式中：（1）電感變成常數(shù) （2） 之間無互感（3）0分量獨(dú)立 （4） 軸之間無

5、互感（5）定轉(zhuǎn)子不可逆 思考題：分析原因變化：對定子電壓方程變換，對轉(zhuǎn)子電壓方程無需變換2.電壓方程因?yàn)椋旱仁絻蛇叾汲怂裕河忠驗(yàn)椋?所以： 觀察變化？ 速度電勢S為新增項(xiàng)，且 中為 ， 中為（變壓器電勢）（發(fā)電機(jī)電勢） 電壓三項(xiàng)=電阻壓降 + 脈變電勢 + 速度電勢 變化 思考題：為什么？（1） 適當(dāng)?shù)倪x取定、轉(zhuǎn)子側(cè)的基值，使: 互感系數(shù)對稱可逆，無3/2問題； d軸互感 相等； 電感與電抗標(biāo)幺值相等； 以下為簡便，標(biāo)幺值下標(biāo) * 略去。3.標(biāo)幺值方程（2）磁鏈方程（3） 電壓方程 （1） 共16個變量，僅有12個方程； + 已知 + 3個外部條件（如三相短路）4.方程求解（2） 若忽略阻尼

6、繞組，則去掉有關(guān)變量及方程（3） 解法有： 近似法本章 拉氏法研究生 數(shù)值法第八章 （1）Park 變換：數(shù)學(xué)上：狀態(tài)量的轉(zhuǎn)變物理上：觀察點(diǎn)的轉(zhuǎn)移 靜止的 以速度 旋轉(zhuǎn)的 abc坐標(biāo)系 dq0坐標(biāo)系 課堂討論 Park變換與方程（2）電感為常數(shù) ？為什么（3）d、q 軸之間無互感 ？是否就無聯(lián)系（4）0分量獨(dú)立 ？0分量與0序分量是否相同（5） 電感 為繞組的自感，大小關(guān)系： 數(shù)學(xué)上： 若 恒定，則無 項(xiàng)；但 時變（6）原先 與 不可逆，標(biāo)幺化后可逆（7）速度電勢 直流發(fā)電機(jī)模型 等效繞組，其組成變化一、條件 二、穩(wěn)態(tài)方程 三、空載電勢 4-2 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程 Steady-state

7、equations 四、相量方程 五、相量圖 六、等值電路 一、條件 轉(zhuǎn)速恒定 設(shè)恒定對稱 分量均為常數(shù)，同理 ，？是否為0二、穩(wěn)態(tài)方程 三、空載電勢 定義： 因?yàn)榭蛰d時：四、相量方程 令（相量）（ 分量） （ 分量） 即 軸為實(shí)軸， 軸為虛軸 ，則五、相量圖已知： 、 、 ，求出： 、 軸及 、 各分量 設(shè) 由 得 及 、 軸 將 、 投到 、 軸 1、隱極機(jī)由 知： 它是空載電勢、也即 軸與端電壓之間的 夾角。 關(guān)于功角功角 是電力系統(tǒng)中的重要角度2、凸極機(jī)， 、 未定 相量圖畫不出 ？ 能否構(gòu)造一個既位于 軸，又隱極化的電勢？ 、 、 、 、 各分量、位于 軸，與 同向，相差 則或可求得

8、 由 得 軸及 軸方向，則可得 及 或 六、等值電路 隱極機(jī) 凸極機(jī) 一、次暫態(tài)參數(shù)與方程 二、暫態(tài)參數(shù)與方程4-3 同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù) 三、幾種電抗和電勢之間的關(guān)系 穩(wěn)態(tài)方程只適用于穩(wěn)態(tài)，暫態(tài)時不連續(xù)找一組變量能連續(xù)、不突變 穩(wěn)態(tài)時算出 暫態(tài)時采用 一、次暫態(tài)參數(shù)與方程 1次暫態(tài)電勢與次暫態(tài)電抗（Sub-transient Voltage & Sub-tr. Reactance）2電壓方程1直軸 具有電壓性質(zhì), 也具有電壓性質(zhì) 求從 端 看進(jìn)去的戴維南等值電路為直軸次暫態(tài)電抗為直軸次暫態(tài)電勢 直軸次暫態(tài)電抗 即 、 短接時沿 看進(jìn)去的電抗。 直軸(d軸）次暫態(tài)電勢 、 ，不突變 2交軸因電

9、壓方程中 求從 端 看進(jìn)去的戴維南等值電路 交軸次暫態(tài)電抗 即 短接時沿 看進(jìn)去的電抗。 交軸次暫態(tài)電勢 不突變 3電壓方程 令Park電壓方程中：則：預(yù)習(xí)：含義？寫成相量形式，令則：近似地隱極化，令 ， 次暫態(tài)參數(shù)定義時無條件， 次暫態(tài)電壓方程有條件。 或則： 次暫態(tài)電勢，Voltage behind sub-tr. reactance二、暫態(tài)參數(shù)與方程 暫態(tài)電勢與暫態(tài)電抗 （Transient Voltage & Transient Reactance） 暫態(tài)電抗后電勢 電壓方程令預(yù)習(xí)：含義是什么？1直軸將原圖中 繞組開路 不突變 2交軸無 軸暫態(tài)電勢和電抗 或令 ，3電壓方程令 令 相量

10、 分量 分量 無法隱極化 類似于穩(wěn)態(tài)時，先求 則 位于 軸 求解先求 得 軸、 、投影得 、 、 、 求 4暫態(tài)電抗后電勢Voltage behind tr. reactance？ 是否位于 軸 令 由電壓方程得： 不位于 軸，其在 軸上投影為 ； 與 的夾角為 ，與 有一定差異，其差異的大小與 成正比， 時 ； 在早期經(jīng)典模型中，常用 模型，以簡化計(jì)算。即 ， 。但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)算中已很少使用。 可由電壓方程（在穩(wěn)態(tài)時）直接計(jì)算； 注意：例 ， ， ， ， 。(1) 對于凸極機(jī)，先求 試求穩(wěn)態(tài)時各電勢，忽略電阻。已知發(fā)電機(jī)有如下參數(shù)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件為： ， ， 。由解：得 例 (2)計(jì)算電壓，電流分量：(3) 計(jì)算(4) 計(jì)算 和 例(5) 求 ， ， 例例若按 得： 有一定誤差 將例題中功率因素改取為0.8，重新求各電勢。習(xí)題 課堂討論： 幾種電抗和電勢之間的關(guān)系 1. 電勢與電抗是成對使用的關(guān)系 2. 電路圖從次暫態(tài) 暫態(tài) 穩(wěn)態(tài)，具有退化關(guān)系 暫態(tài)穩(wěn)態(tài)次暫態(tài)3.電抗的大小關(guān)系 4.對單機(jī)無窮大系統(tǒng)，線路等外部電抗 應(yīng)加到 中,也就是加到各電抗中。電壓方程中的電壓為無窮大母線的電壓。 發(fā)電機(jī)線路無窮大母線5. 電勢的大小關(guān)系穩(wěn)態(tài)時 正常時6. 電勢定義無條件 各電勢不管有無阻尼繞組，不管穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)均存在，但不一定