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        電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行時無功功率分配不平衡分析

        2019-10-09 11:44:25陳以通傅強(qiáng)
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年1期
        關(guān)鍵詞:飛輪電動機(jī)發(fā)電機(jī)

        陳以通 傅強(qiáng)

        摘 要:電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行時,由于電動機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的飛輪影響,導(dǎo)致系統(tǒng)的有功功率與無功功率在不斷波動,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的無功功率分配不平衡。

        關(guān)鍵詞:飛輪;電動機(jī):發(fā)電機(jī)

        中圖分類號:TM31? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        為了滿足下游負(fù)荷260 V交流電源的要求,某系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用電動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)為下游負(fù)荷供電,為了實(shí)現(xiàn)電源的冗余要求,使用2臺電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行,以防一列故障,繼續(xù)為下游負(fù)荷供電。同時為了滿足電動機(jī)上游電源短時失電1.2 s內(nèi),能繼續(xù)保持輸出電壓不低于234 V,頻率不低于44 Hz,所以在電動機(jī)與發(fā)電機(jī)之間增加一個飛輪,利用飛輪慣性實(shí)現(xiàn)上述1.2 s內(nèi)電壓與頻率的需求,這種并列運(yùn)行方式就導(dǎo)致系統(tǒng)帶載時出現(xiàn)無功功率分配不平衡的現(xiàn)象。該文通過對電動機(jī)、飛輪慣性、發(fā)電機(jī)勵磁等各個系統(tǒng)部件進(jìn)行分析,得出系統(tǒng)無功分配不平衡的原因。

        1 電動發(fā)電機(jī)組簡介

        電動發(fā)電機(jī)組主要由電動機(jī)、飛輪、發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和基座等部分組成,詳情如圖1所示。

        2 電動發(fā)電機(jī)組無功分配不平衡描述

        目前本電站共有4套RAM電動發(fā)電機(jī)組系統(tǒng),每套RAM電動發(fā)電機(jī)組中有2臺電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行,為下游負(fù)荷供電。系統(tǒng)帶載過程中會出現(xiàn)無功和有功率波動的現(xiàn)象,有時甚至?xí)霈F(xiàn)單臺電動發(fā)電機(jī)組無功為負(fù),發(fā)電機(jī)吸收無功的現(xiàn)象。以現(xiàn)場第一套與第二套電動發(fā)電機(jī)組為例,具體數(shù)據(jù)見表1。

        根據(jù)上述記錄數(shù)據(jù),第一套電動發(fā)電機(jī)組:電壓在259 V~260 V波動,有功功率在8 kW~13 kW波動,無功功率在7 kvar~17 kvar波動,視在功率在22 kVA~28 kVA波動;第二套電動發(fā)電機(jī)組:電壓在259 V~261 V波動,有功功率在9 kW~15 kW波動,無功功率在9 kvar~16 kvar波動,視在功率在25 kVA~26 kVA波動。

        3 電動發(fā)電機(jī)組無功分配不平衡原因分析

        3.1 發(fā)電機(jī)電壓波動分析

        由于電動發(fā)電機(jī)組在發(fā)電機(jī)與電動機(jī)之間增加了一個大飛輪,目的是為了滿足電動機(jī)上游電源失電1.2s內(nèi),電動機(jī)不脫網(wǎng),可以繼續(xù)運(yùn)行。

        飛輪產(chǎn)生的飛輪慣性會使電動的轉(zhuǎn)速在1 497 rpm~1 505 rpm波動,由于發(fā)電機(jī)的電壓,隨著轉(zhuǎn)速的變化,發(fā)電機(jī)頻率f也隨之變化,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出電壓在259 V~261 V波動。

        由于發(fā)電機(jī)的有功功率,詳情如圖2所示。

        當(dāng)發(fā)電機(jī)繞組電壓E在變化時,發(fā)電機(jī)的輸出有功功率就會不斷地變化,當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率增加時,有功功率增加,當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率降低時,有功功率降低。

        根據(jù)現(xiàn)場跟蹤數(shù)據(jù)可以看出,發(fā)電機(jī)的有功功率波動范圍在9 kW~15 kW。

        3.2 發(fā)電機(jī)無功功率波動分析

        3.2.1 無功功率產(chǎn)生原理

        在發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵磁電流時,如果不進(jìn)行調(diào)速操作,發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的有功功率保持恒定,這時增大勵磁電流,磁通Φ增加,由于,所以發(fā)電機(jī)繞組輸出電壓E將增大,而 E·sinδ必須為恒值,因?yàn)橛泄β什蛔?,如圖3所示,則向量E的尖端只能在一條與恒定有功功率對應(yīng)的直線上移動。

        由于勵磁電流Iex的增加,引起發(fā)電機(jī)電樞電壓E增加,引起E與UT之間的夾角δ(簡稱功角)減小,從而使E·sinδ保持不變,有功功率保持在恒定值。由于并網(wǎng)初期,發(fā)電機(jī)會從電網(wǎng)吸收一定的無功功率,(θ為UT與I的夾角),電流I超前系統(tǒng)電壓UT,所以無功功率為負(fù),隨著勵磁電流Iex的增加,發(fā)電機(jī)輸出電流先減小后增加,使系統(tǒng)電壓UT超前電流I運(yùn)行,發(fā)電機(jī)將從電網(wǎng)吸收無功功率的過程,向電網(wǎng)發(fā)出無功功率的過程轉(zhuǎn)變,同時發(fā)電機(jī)的輸出電流與無功功率也將繼續(xù)增加。因此增加發(fā)電機(jī)的勵磁電流,就會使柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率增加。

        3.2.2 帶飛輪的電動發(fā)電機(jī)組無功功率調(diào)節(jié)

        帶飛輪的電動發(fā)電機(jī)組的無功功率調(diào)節(jié)與系統(tǒng)的勵磁電流有關(guān),勵磁電流的變化取決于系統(tǒng)的無功需求以及系統(tǒng)電壓的變化。受飛輪慣性的影響,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時刻變化導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)輸出電壓E在時刻變化,同時輸出電壓E變化,就會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng),進(jìn)行發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)。

        3.3 并列運(yùn)行的電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行分析

        電動發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行的簡圖如圖4所示。

        由于電動發(fā)電機(jī)組沒有調(diào)速機(jī)構(gòu),啟動并列運(yùn)行以后,有功功率是無法調(diào)節(jié)的,由于飛輪的影響,轉(zhuǎn)速會有微小的變化,所以有功功率分配會在2臺發(fā)電機(jī)上產(chǎn)生變化,原因在于電動機(jī)的頻率特性曲線非常硬,接近于一條直線,當(dāng)轉(zhuǎn)速有微小的變化,都會引起有功的不確定變化,如圖5所示。

        由圖5可知,當(dāng)SET1由于上游電源的頻率波動(可能性較?。┗蛴捎赗AM電動機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的飛輪的影響導(dǎo)致的頻率者波動,會使下游負(fù)荷在2臺發(fā)電機(jī)中重新進(jìn)行分配,總的有功功率由P總=PG1+PG2變?yōu)镻總=PG1+PG2,現(xiàn)場觀察可以發(fā)現(xiàn),SET1與SET2電動發(fā)電機(jī)組頻率在不斷的變化,輸出電壓在波動,進(jìn)而導(dǎo)致有功功率分配不斷在變化。

        為了更清晰地了解發(fā)電機(jī)無功分配原理,如圖6所示。

        從圖6可知,如果SET1與SET2運(yùn)行在系統(tǒng)電壓為曲線1的特性時,2臺發(fā)電機(jī)組總共提供的無功為Q總=QG1+QG2,SET1發(fā)的無功較小,SET2發(fā)的無功較大,為了不改變系統(tǒng)運(yùn)行電壓,而改變系統(tǒng)的無功功率的分配,使SET1與SET2平分系統(tǒng)所需無功,需要將SET1的勵磁電流增大,使輸出電壓向上移動到曲線2的電壓,而降低SET2的勵磁電流,使輸出電壓下降至曲線2的電壓,即可實(shí)現(xiàn),不改變系統(tǒng)電壓而實(shí)現(xiàn)無功功率的平均分配。

        而現(xiàn)場運(yùn)行的實(shí)際工況與理想存在一定的差異,在RAM系統(tǒng)并列運(yùn)行時,由于系統(tǒng)的頻率在不斷變化,發(fā)電機(jī)組的輸出電壓在不斷地變化,致使2臺電動發(fā)電機(jī)組的勵磁系統(tǒng)不斷地進(jìn)行調(diào)節(jié),所以,系統(tǒng)的無功功率在不斷地變化,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的無功功率時而分配平衡,時而分配不平衡,有時單臺機(jī)組可能會吸收無功,而不是在發(fā)無功。

        4 結(jié)論

        綜上所述,RAM系統(tǒng)無功功率分配不平衡主要是由于系統(tǒng)的頻率受飛輪的影響不斷波動,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出電壓波動,勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)該波動現(xiàn)象,對發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),導(dǎo)致電動發(fā)電機(jī)組無功功率分配不平衡。

        參考文獻(xiàn)

        [1]顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)4版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

        [2]杜世俊,唐海源,張曉江.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

        [3]楊渝欽.控制電機(jī)2版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

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