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柴油发电机组并联运行的动态稳定性概念

Source:华全发电机信息网 Date:(2018-04-12)Category:发电机组资讯Size: Large Middle Small

华全技术最新研究成果,非同品牌发电机组也可并机。大大解决了客户在原有发电机组的基础上增加一台发电机组的条件。


静态稳定只是发电机并联运行的必要条件,还不能说明系统在遭受急剧扰动时保持同步运行的能力。以电网发生短路为例来说明这一问题。当电网发生短路的时候,各发电机的功角特性及其输出功率都会发生突然变化。比如在母线附近发生短路,母线电压接近于零,发电机间就完全失去联系和影响。由于柴油机调速器具有一定惯性,原动机功率并不会立即改变,各发电机转子在柴油机剩余功率的作用下被加速(也可能减速),每台机组的加速情况取决于该机组的机械惯性、电气特性、短路前的运行参数,以及短路阻抗和短路持续时间。因此,在短路被切除以后,不但各发电机转子的相对位置发生了变化,而且转速也不相一致,发电机转子能否经过一定的相对摆动恢复同步运行,就要看各机组所具有的动能以及柴油机剩余力矩的大小和方向了。为了定性地说明问题,只相对地看某一台发电机转子的摆动过程,而不考虑其他机组动态过程的影响。


假定在短路被切除以后,某台发电机具有图9.7所示的功角特性,且此时发电机的功角为θa,并假定此刻发电机转子和电网的电压矢量具有相同的转速,即相对速度v为零。则在柴油机剩余功率的作用下,发电机转子由θa被加速,θ角逐渐增大,在到达b点以前,柴油机转矩总是大于发电机转矩,加速过程一直要延续到b点为止。当θ=θb时,发电机输出功率和柴油机功率相平衡,剩余转矩为零,相对转速v不再增加而达最大值。由于此时发电机转子的转速大于电压矢量的转速,发电机转子将借助惯性越过b 点,继续增大θ角,但是剩余功率改变了符号,发电机转子开始减速,直到c点,发电机的相对速度v为零,θ角达最大值,在剩余转矩的作用下,转子开始了相反的运动过程。发电机在加速过程中所获得的动能可用加速面积a'ab表示,在减速过程中所消耗的动能可用减速面积bcc'表示,根据能量守恒原则,加速面积和减速面积应该相等。很显然,减速面积的最大值为bcb'b,如果加速面积小于这一最大值(图9.7中所示情况),则发电机转子在阻尼因素的作用下,经过若干摆动之后,便可稳定在6点,说明系统经过短路这一扰动后,具有功态稳定性;如果加速面积大于bcb'b,则发电机转子的运动将越过6'点,柴油机的剩余转矩再次改变符号,使发电机转子进一步加速,直至失去同步,因此系统不具备动态稳定性。


在系统经受其他较大扰动的时候,也会出现类似的情况和问题。例如,机组并车时如果投入的频差过高或投入误差角较大,发电机转子在柴油机剩余功率作用下,也将出现上述加速、减速的摇摆过程,在减速面积不能和加速面积相抵消的情况下,并联机组也会失去动态稳定性。当遇到大功率异步电动机启动、并联机组突然解列等情况,同样会产生并联柴油发电机组动态稳定性问题。


对于柴油机电站来说,由于电站的容量较小,且单台发电机功率和电站功率比较接近,在动态过程中,母线电压也是要剧烈变化的,因此,动态稳定性分析,通常要计算每台机组转子的运动情况以及各转子间的相对运动。此外,多数柴油机电站都具有可与电站容量相比拟的异步电动机负载,由于异步电动机的转矩与电压的平方成正比,当母线电压降低时,转矩急剧下降,异步电动机被迅速减速,甚至停转,这又大大增加了电动机从电网吸取的功率,从而反过来影响发电机的稳定性。因此,在分析发电机动态稳定性的时候,还必须同时考虑电动机(即负载)的稳定性。可见动态稳定性的计算是比较复杂的,只有那些对供电要求特别高的柴油机电站,才要求对动态稳定性做出评价。由于大电力系统关于动态稳定性的计算方法已有很多文献资料,其中很多计算方法甚至程序可以结合柴油机电站的特点加以引用,故本书除在概念上作些介绍外,不在计算方法上详细讨论。


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