新聞主題	并列發(fā)電機組之間的無功功率分配

 

并列運行發(fā)電機組指的是在同一母線上并列運行的發(fā)電機，或在同一高壓母線上并列運行的發(fā)電機一變壓器組。當改變并列運行中一臺發(fā)電機的勵磁電流時，該機的無功功率就會變化，同時還會影響并列運行發(fā)電機組間無功功率的分配，甚至還會引起并列運行的母線電壓改變。這些變化與同步發(fā)電機的外特性密切相關，對外特性有一定要求。

 

柴油發(fā)電機組并車線路示意圖

 

 

1．無差特性的發(fā)電機與正調差特性的發(fā)電機并列運行

 

如圖1所示，1號機為無差特性1，2號機為正調差特性2。當兩機在同一母線并列運行時，母線電壓等于1號機端電壓并保持不變。2號機無功功率為Q₂；1號機的無功功率取決于用戶所需的無功功率。當無功負荷變動時，2號機的無功功率保持不變，仍為Q₂，1號無差機將承擔全部無功負荷的變動。

移動2號機特性曲線2，可改變兩機間無功功率的分配。移動1號機特性曲線1，不僅母線電壓要發(fā)生變化，而且2號機的無功功率也要發(fā)生變化。

由以上分析可見，一臺無差特性發(fā)電機可以與一臺或多臺正調差特性發(fā)電機在同一母線上并列運行，但發(fā)電機組間的無功功率分配是不合理的，所以實際上很少采用。

兩臺無差特性的發(fā)電機，即使端電壓調得完全相同，也不能在同一母線上并列運行，因為兩機間無功功率分配是任意的，所以兩機間會發(fā)生無功功率的擺動，不能穩(wěn)定運行。

 

圖1 無差特性與正調差特性發(fā)電機組并聯(lián)圖

 

2．負調差特性發(fā)電機與正調差特性發(fā)電機并列運行

 

如圖2所示，1號機為負調差特性1，2號機為正調差特性2。當兩機在同一母線上并列運行時，若并列點母線電壓為U_G1，則1號機無功功率為Q₁；2號機無功功率為Q₂，但這是不能穩(wěn)定運行的。因為當無功需求增加時，1號負有差機將升高電壓，2號正有差機將降低電壓，導致AER處上限工作；同樣，當無功需求減小時，導致AER處下限工作；或者在兩發(fā)電機組間無功功率發(fā)生擺動，發(fā)電機組無法穩(wěn)定運行。因此，不允許負調差特性發(fā)電機參與直接并列運行。

 

圖2 負調差特性與正調差特性發(fā)電機組并列圖

 

3．兩臺正調差特性發(fā)電機并列運行

 

兩臺正調差特性發(fā)電機并列運行時，各臺發(fā)電機承擔的無功功率由各自的調差系數(shù)δ確定，同時各臺發(fā)電機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，兩臺發(fā)電機均具有正調差系數(shù)。若并列點母線電壓為U_G1，則兩機無功功率分別為Q₁、Q₂，Q₁與Q₂具有確定的關系。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_G1，兩機無功功率分別為Q₁、Q₂。

 

圖3 兩臺正調差特性發(fā)電機組并列運行圖

 

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

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

 

當機端電壓為U′_G、無功功率為Q′時，同樣可得

 

 

式（6-12）減式（6-13），可得

 

 

用標幺值表示為

 

 

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

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

或寫成

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

當母線電壓波動時，發(fā)電機無功功率（電流）的增量與電壓偏差成正比，與調差系數(shù)成反比，而與電壓整定值無關。式中“－”號表示無功功率增加時端電壓降低，無功功率減小時端電壓升高（δ＞0）。

將式（6-12）改寫為

 

 

由式（6-17）可以看出，要使發(fā)電機組間無功功率按發(fā)電機組容量分配（即兩機的Q值相等），其條件是：兩機（或多機）的調差系數(shù)δ相等，同時兩機（或多機）的U_G0相等（因發(fā)電機組并聯(lián)，U_G0一定相等）。調差系數(shù)₈不相等時，調差系數(shù)愈小，發(fā)電機承擔的無功功率比例愈大。

 

4．并列運行發(fā)電機組間無功功率分配計算

 

下面分析多臺發(fā)電機并列運行時，當總無功功率增量ΔQ_∑時，母線電壓下降，各調節(jié)器動作增加勵磁電流，相應輸出無功功率的增加是各臺發(fā)電機組的無功功率增量與各發(fā)電機組無功調差系數(shù)δ_i的關系。

總無功功率增量標幺值為ΔQ_∑

 

 

與單臺發(fā)電機組無功功率增量標幺值與電壓增量標幺值關系對比，可得多臺發(fā)電機組無功功率總增量標幺值與電壓增量標幺值關系，即多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行，可等值為一臺發(fā)電機組，其等值發(fā)電機調差系數(shù)為

 

 

總無功增量率為

 

 

總無功負荷變化時引起的母線電壓變化為

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

各發(fā)電機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】 兩臺發(fā)電機發(fā)電機組并聯(lián)運行，1號機額定功率600MW，調差系數(shù)為0.04。2號機額定功率300MW，調差系數(shù)為0.05。兩臺發(fā)電機組功率因數(shù)均為0.85。若發(fā)生無功負荷增量為總無功容量的20％時，問各發(fā)電機組承擔的無功負荷增量是多少？母線電壓波動是多少？

解 1號機額定無功功率

Q_GN1 = P_GN1tgφ₁ = 371.76(Mvar)

2號機額定無功功率

Q_GN2 = P_GN2tgφ₂ = 185.88(Mvar)

由式（6-19）得等值調差系數(shù)為

 

 

由式（6-21）得母線電壓波動為

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

由式（6-22）得各發(fā)電機組承擔的無功負荷增量（相對各發(fā)電機組額定容量）為

 

 

可見，調差系數(shù)小的發(fā)電機組承擔的無功負荷增量標幺值較大。

 

5．發(fā)電機一變壓器組并列運行

 

當采用發(fā)電機一變壓器組并列運行時，若發(fā)電機采用正差特性，母線將隨無功增加而變得很低。發(fā)電機采用負差調節(jié)特性，電壓隨無功增加而上升，而變壓器上由無功產生的壓降也增加，因此發(fā)電機一變壓器組在高壓側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G1、G2的阻抗中，則對并列點高壓母線來說，仍可看作兩發(fā)電機并列運行，故發(fā)電機的外特性曲線必須是下傾的，如圖5中實線1和實線2，這樣才能穩(wěn)定兩機無功功率的分配。

 

圖4 兩臺發(fā)電機并列運行接線圖

圖5 兩臺發(fā)電機并列運行外特性曲線圖

 

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

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

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

式中 U——高壓側并列母線電壓值；

U′_G1、U′_G2 ——折算到高壓側的機端電壓值；

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

X_T1、X_T2——折算到高壓側的變壓器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為縱坐標的發(fā)電機外特性曲線，如圖5中虛線1′、2′所示，具有負調差系數(shù)。容易看出，若外特性1′、2′具有正調差特性，相對并列點電壓的發(fā)電機外特性曲線1、2傾斜角會更大，于是無功功率的變化引起高壓母線有較大的波動。一般情況下，并列點電壓外特性的調差系數(shù)在5％左右，所以圖5中特性曲線1′、2′為負調差系數(shù)，這樣可維持并列點高壓母線的電壓水平，對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是很有益的。

總之，對于機端直接并列運行的發(fā)電機，無差特性的發(fā)電機不得多于一臺，負調差特性的發(fā)電機不允許參與并列運行；為使無功功率按發(fā)電機組容量分配，并列運行發(fā)電機的外特性曲線U_G＝f（Q_*）應重合，并具有正調差系數(shù)；發(fā)電機一變壓器組在高壓母線上并列運行，對并列點電壓來說仍應有正調差系數(shù)。為維持高壓母線的電壓水平，對機端電壓來說可以是負調差特性，仍能穩(wěn)定無功功率的分配。

 

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