新聞主題	并列發(fā)電機(jī)組之間的無功功率分配

 

并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組指的是在同一母線上并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，或在同一高壓母線上并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)一變壓器組。當(dāng)改變并列運(yùn)行中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，該機(jī)的無功功率就會(huì)變化，同時(shí)還會(huì)影響并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配，甚至還會(huì)引起并列運(yùn)行的母線電壓改變。這些變化與同步發(fā)電機(jī)的外特性密切相關(guān)，對(duì)外特性有一定要求。

 

柴油發(fā)電機(jī)組并車線路示意圖

 

 

1．無差特性的發(fā)電機(jī)與正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行

 

如圖1所示，1號(hào)機(jī)為無差特性1，2號(hào)機(jī)為正調(diào)差特性2。當(dāng)兩機(jī)在同一母線并列運(yùn)行時(shí)，母線電壓等于1號(hào)機(jī)端電壓并保持不變。2號(hào)機(jī)無功功率為Q₂；1號(hào)機(jī)的無功功率取決于用戶所需的無功功率。當(dāng)無功負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，2號(hào)機(jī)的無功功率保持不變，仍為Q₂，1號(hào)無差機(jī)將承擔(dān)全部無功負(fù)荷的變動(dòng)。

移動(dòng)2號(hào)機(jī)特性曲線2，可改變兩機(jī)間無功功率的分配。移動(dòng)1號(hào)機(jī)特性曲線1，不僅母線電壓要發(fā)生變化，而且2號(hào)機(jī)的無功功率也要發(fā)生變化。

由以上分析可見，一臺(tái)無差特性發(fā)電機(jī)可以與一臺(tái)或多臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)在同一母線上并列運(yùn)行，但發(fā)電機(jī)組間的無功功率分配是不合理的，所以實(shí)際上很少采用。

兩臺(tái)無差特性的發(fā)電機(jī)，即使端電壓調(diào)得完全相同，也不能在同一母線上并列運(yùn)行，因?yàn)閮蓹C(jī)間無功功率分配是任意的，所以兩機(jī)間會(huì)發(fā)生無功功率的擺動(dòng)，不能穩(wěn)定運(yùn)行。

 

圖1 無差特性與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)組并聯(lián)圖

 

2．負(fù)調(diào)差特性發(fā)電機(jī)與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行

 

如圖2所示，1號(hào)機(jī)為負(fù)調(diào)差特性1，2號(hào)機(jī)為正調(diào)差特性2。當(dāng)兩機(jī)在同一母線上并列運(yùn)行時(shí)，若并列點(diǎn)母線電壓為U_G1，則1號(hào)機(jī)無功功率為Q₁；2號(hào)機(jī)無功功率為Q₂，但這是不能穩(wěn)定運(yùn)行的。因?yàn)楫?dāng)無功需求增加時(shí)，1號(hào)負(fù)有差機(jī)將升高電壓，2號(hào)正有差機(jī)將降低電壓，導(dǎo)致AER處上限工作；同樣，當(dāng)無功需求減小時(shí)，導(dǎo)致AER處下限工作；或者在兩發(fā)電機(jī)組間無功功率發(fā)生擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)組無法穩(wěn)定運(yùn)行。因此，不允許負(fù)調(diào)差特性發(fā)電機(jī)參與直接并列運(yùn)行。

 

圖2 負(fù)調(diào)差特性與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)組并列圖

 

3．兩臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行

 

兩臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，各臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功功率由各自的調(diào)差系數(shù)δ確定，同時(shí)各臺(tái)發(fā)電機(jī)組無功功率之和等于總無功功率，由此也確定了電壓。

如圖3所示，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)均具有正調(diào)差系數(shù)。若并列點(diǎn)母線電壓為U_G1，則兩機(jī)無功功率分別為Q₁、Q₂，Q₁與Q₂具有確定的關(guān)系。如果由于某種原因無功功率發(fā)生了變化，如無功功率增加，電壓下降為U_G1，兩機(jī)無功功率分別為Q₁、Q₂。

 

圖3 兩臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行圖

 

無功功率減小時(shí)，也有類似過程。這說明，兩臺(tái)或兩臺(tái)以上均具有正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行可維持無功功率的穩(wěn)定分配，能穩(wěn)定運(yùn)行，保持并列點(diǎn)母線電壓在給定值水平。

理想的情況是，發(fā)電機(jī)組間無功功率的分配與發(fā)電機(jī)組容量成正比，無功功率增量也應(yīng)與發(fā)電機(jī)組容量成正比。對(duì)其中的任一機(jī)，當(dāng)機(jī)端電壓為U_G、無功功率為Q時(shí)，在圖3中根據(jù)相似三角形原理可寫出關(guān)系式

 

當(dāng)機(jī)端電壓為U′_G、無功功率為Q′時(shí)，同樣可得

 

 

式（6-12）減式（6-13），可得

 

 

用標(biāo)幺值表示為

 

 

式中 ΔQ_* ——以額定無功功率為基準(zhǔn)的無功變化量標(biāo)幺值，ΔQ_* ＝（Q′－Q）／Q_N；

ΔU_G* ——機(jī)端電壓變化量標(biāo)幺值，ΔU_G* ＝（U′_G－U_G）／U_GN＝ΔU_G／U_GN。

或?qū)懗?/span>

ΔU_G*  = －δΔQ_* ......................................  (6-16)

當(dāng)母線電壓波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)無功功率（電流）的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比，而與電壓整定值無關(guān)。式中“－”號(hào)表示無功功率增加時(shí)端電壓降低，無功功率減小時(shí)端電壓升高（δ＞0）。

將式（6-12）改寫為

 

 

由式（6-17）可以看出，要使發(fā)電機(jī)組間無功功率按發(fā)電機(jī)組容量分配（即兩機(jī)的Q值相等），其條件是：兩機(jī)（或多機(jī)）的調(diào)差系數(shù)δ相等，同時(shí)兩機(jī)（或多機(jī)）的U_G0相等（因發(fā)電機(jī)組并聯(lián)，U_G0一定相等）。調(diào)差系數(shù)₈不相等時(shí)，調(diào)差系數(shù)愈小，發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功功率比例愈大。

 

4．并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功功率分配計(jì)算

 

下面分析多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)總無功功率增量ΔQ_∑時(shí)，母線電壓下降，各調(diào)節(jié)器動(dòng)作增加勵(lì)磁電流，相應(yīng)輸出無功功率的增加是各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的無功功率增量與各發(fā)電機(jī)組無功調(diào)差系數(shù)δ_i的關(guān)系。

總無功功率增量標(biāo)幺值為ΔQ_∑

 

 

與單臺(tái)發(fā)電機(jī)組無功功率增量標(biāo)幺值與電壓增量標(biāo)幺值關(guān)系對(duì)比，可得多臺(tái)發(fā)電機(jī)組無功功率總增量標(biāo)幺值與電壓增量標(biāo)幺值關(guān)系，即多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，可等值為一臺(tái)發(fā)電機(jī)組，其等值發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)為

 

 

總無功增量率為

 

 

總無功負(fù)荷變化時(shí)引起的母線電壓變化為

ΔU_G* =－δ_∑ΔQ_∑* ......................................  (6-21)

各發(fā)電機(jī)組無功功率的變化量為

ΔQ_i =ΔQ_i*Q_Ni =－(ΔU_G*/δ_i)QN_i......................................  (6-22)

【例6-1】 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，1號(hào)機(jī)額定功率600MW，調(diào)差系數(shù)為0.04。2號(hào)機(jī)額定功率300MW，調(diào)差系數(shù)為0.05。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組功率因數(shù)均為0.85。若發(fā)生無功負(fù)荷增量為總無功容量的20％時(shí)，問各發(fā)電機(jī)組承擔(dān)的無功負(fù)荷增量是多少？母線電壓波動(dòng)是多少？

解 1號(hào)機(jī)額定無功功率

Q_GN1 = P_GN1tgφ₁ = 371.76(Mvar)

2號(hào)機(jī)額定無功功率

Q_GN2 = P_GN2tgφ₂ = 185.88(Mvar)

由式（6-19）得等值調(diào)差系數(shù)為

 

 

由式（6-21）得母線電壓波動(dòng)為

ΔU_* =－δ_∑ΔQ_∑* =－0.042 9×0.2=0.0085 8

由式（6-22）得各發(fā)電機(jī)組承擔(dān)的無功負(fù)荷增量（相對(duì)各發(fā)電機(jī)組額定容量）為

 

 

可見，調(diào)差系數(shù)小的發(fā)電機(jī)組承擔(dān)的無功負(fù)荷增量標(biāo)幺值較大。

 

5．發(fā)電機(jī)一變壓器組并列運(yùn)行

 

當(dāng)采用發(fā)電機(jī)一變壓器組并列運(yùn)行時(shí)，若發(fā)電機(jī)采用正差特性，母線將隨無功增加而變得很低。發(fā)電機(jī)采用負(fù)差調(diào)節(jié)特性，電壓隨無功增加而上升，而變壓器上由無功產(chǎn)生的壓降也增加，因此發(fā)電機(jī)一變壓器組在高壓側(cè)母線上為正有差特性，有利于維持電壓。

如圖4所示，若將變壓器T1、T2的阻抗合并到發(fā)電機(jī)G1、G2的阻抗中，則對(duì)并列點(diǎn)高壓母線來說，仍可看作兩發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，故發(fā)電機(jī)的外特性曲線必須是下傾的，如圖5中實(shí)線1和實(shí)線2，這樣才能穩(wěn)定兩機(jī)無功功率的分配。

 

圖4 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行接線圖

圖5 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行外特性曲線圖

 

注意到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入電壓為機(jī)端電壓U_G1、U_G2，考慮到變壓器壓降jI′_GQ1X_T1、jI′_GQ2X_T2，高壓側(cè)并列母線的電壓為

U=U′_G1－I′_GQ1X_T1 ...................................... (6-23)

U=U′_G2－I′_GQ2X_T2...................................... (6-24)

式中 U——高壓側(cè)并列母線電壓值；

U′_G1、U′_G2 ——折算到高壓側(cè)的機(jī)端電壓值；

I′_GQ1、I′_GQ2——折算到高壓側(cè)的發(fā)電機(jī)G1、G2的無功電流；

X_T1、X_T2——折算到高壓側(cè)的變壓器T1、T2的電抗值。

根據(jù)式（6-23）、式（6-24）可分別作出以U′_G1、U′_G2為縱坐標(biāo)的發(fā)電機(jī)外特性曲線，如圖5中虛線1′、2′所示，具有負(fù)調(diào)差系數(shù)。容易看出，若外特性1′、2′具有正調(diào)差特性，相對(duì)并列點(diǎn)電壓的發(fā)電機(jī)外特性曲線1、2傾斜角會(huì)更大，于是無功功率的變化引起高壓母線有較大的波動(dòng)。一般情況下，并列點(diǎn)電壓外特性的調(diào)差系數(shù)在5％左右，所以圖5中特性曲線1′、2′為負(fù)調(diào)差系數(shù)，這樣可維持并列點(diǎn)高壓母線的電壓水平，對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是很有益的。

總之，對(duì)于機(jī)端直接并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，無差特性的發(fā)電機(jī)不得多于一臺(tái)，負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)不允許參與并列運(yùn)行；為使無功功率按發(fā)電機(jī)組容量分配，并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)的外特性曲線U_G＝f（Q_*）應(yīng)重合，并具有正調(diào)差系數(shù)；發(fā)電機(jī)一變壓器組在高壓母線上并列運(yùn)行，對(duì)并列點(diǎn)電壓來說仍應(yīng)有正調(diào)差系數(shù)。為維持高壓母線的電壓水平，對(duì)機(jī)端電壓來說可以是負(fù)調(diào)差特性，仍能穩(wěn)定無功功率的分配。

 

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