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柴油发电机组并联运行的功率振荡解析

楼主#
更多 发布于:2018-04-12 08:18
         所谓柴油发电机组并联运行又称并机,硬件非硬性要求同品牌,同功率,同频率等相同发电机组会有更好的并联效果。
   所谓功率振荡,就是一定数量的功率或电流在并联发电机组之间不衰减地频繁转移,事实上是其静态稳定性的一个特例。从负载分配角度看,每台发电机组都相对其某一平均功率,时而处于重载,时而处于轻载。这种功率振荡的频率都比较低。从零点几赫到几赫之间,但其振幅却有可能很高,有时会达到发电机额定功率的50%~60%,甚至接近发电机的额定功率。
    功率振荡的危害是非常明显的,静态功率分配不均的_二切害处在这里都依然存在。除此之外,在功率振荡时,柴油机同时发生转矩振荡,柴油机各零件和机座经受着激烈的振动,柴油机的调速系统都工作在大幅度的振荡状态,其寿命和可靠性显然会受到影响。与此同时,功率振荡往往伴随着频率和电压的脉动,因而直接影响供电质量。可见发电机组并联运行时的功率振荡是不允许的。


   影响功率振荡的因素是多方面的,为了对以后深入讨论这一问题做准备,在此简要地描一下柴油机功率振荡的物理过程还是很有必要的。
     仍从发电机的功角特性人手,根据式(9-1),三相同步发电机的电磁功率为


 前面对这一关系式的讨论都是针对稳定状态而言的,即每台柴油机的机械功率PM,发电机电势E和电压U以及负载功率PL都是不变的,或者是变化非常缓慢的数值,因此柴油机机械功率PM和发电机电磁功率PE相平衡,功角θ和转速也保持不变,至于功角θ如何由一个稳定值变化到另一个稳定值,这个过程这里并没有讨论。事实上,上述参数中的任何一个发生了突然变化,功率的平衡就遭到了破坏,要取得新的平衡,只能靠改变柴油机的机械功率PM,即改变柴油机的供油。燃油供给不是直接靠PM和PE间的差别来调节的,而是靠转速偏差进行调节。由于发电机转子的巨大机械惯性,θ角和柴油机转速都不可能突然改变,而要经过一定时间过程,也就是说,PM和PE间新的平衡关系必须经过转速变化和调速器调节燃油供给这一曲折间过程。现在看一下柴油机机械功率出现突然变化△PM=PM- PE>0时的情况。为了突出说明主要问题,暂不考虑调压器参与调节的影响,假设电压和电势的大小是不变的,同时还假定负载的总功率PL是不变的。
沙发#
发布于:2018-04-12 08:19
    当某台柴油机的功率突然增大△PM的时候,发电机转子就被加速,在的范围内,转子加速的趋势总是力图使θ变化到PE=PM的位置,在本例中为逐步增大θ角。由于总的负载功率是不变的,在第一台发电机的电磁功率增加的同时,第二台发电机的电磁功率便相应减小,转子也被加速,实际上是两台发电机转子同时被加速的过程。当转子的速度变化到一定程度的时候,两台柴油机的调速器开始动作,以减少它们的燃油供给,从而减小了每台柴油机的功率PM和转速偏差,直到和发电机功率取得新的平衡为止,由此可以看出调速器通过改变供油量具有抑制转速偏差的作用。


   粗略地讲,柴油机供油量的变化和转速偏差的大小成正比,其符号和转速偏差的符号相反,即转速偏高时供油量要减少,转速偏低时供油量要增大。供油量变化和转速变化的比例称为调差度,在一般条件下,转速偏低5%左右,调速器就可以把柴油机供油量由空载功率增加到额定功率。可见,单纯从静态角度分析,柴油机功率或负载功率的变化,对发电机的转速和功率波动并不会有很大影响。调速器和柴油机的燃烧系统都有一定的惯性,因此,柴油机转矩的变化总比转速的变化滞后一定时间,这在干扰力矩△PM为固定值的时候(如果调速器本身是稳定的)显然也不会带来什么严重后果。
板凳#
发布于:2018-04-12 08:19
 如果△PM是周期性干扰的话.当然,速度偏差、调速器的动作以及燃油供给也同样基于周期性的规律,只是由于惯性的影响,柴油机供油和转矩的变化在时间上(或相位上)要滞后于转速的变化,这就意味着在每一个周期内,有一段时间供油及转矩的变化与速度偏差的要求是相一致,即调速器起到了抑制速度偏差的作用;而在另一段时间内,柴油机转矩的变化和转速偏差的要求不相符合,也即当柴油机转速偏高的时候,燃油供给和柴油机转矩反而增加,而当转速偏低的时候,燃油供给反而减低。


 在这段时间里,不但没有起到抑制转速偏差的作用,反而成为加剧干扰力矩的激振因素?因而使发电机转子周期性地加速和减速,产生振动。振动的幅度首先取决于这两段时间在整个振动周期中所占的比例,也即取决于转矩滞后相位的大小,而滞后相位不但与振动频率有关,还取决于柴油机和调速器本身的性能特点以及运行状况。尽管在功率振荡过程中柴油机的转速变化很有限,一般不超过5%,前面说过,燃油量的变化取决于调速器的调差度,因此,振荡幅度还取决于调速器在振荡过程中的调差度,一般来说,振荡过程中供油量的变化是相当可观的,柴油发电机组的功率波动也是很巨大的。特别是当两台机组及调速器的特性差别较大时,这种功率波动现象会更严重、更容易发生。


 从发电机的角度来看,这种功率振荡就是并联机组间的功角差(功率差)的符号和大小周期性地发生变化,因此说明振荡还和发电机的功角特性及其工作点有关系。当然,在调速器和发电机的各种阻尼因素作用下(这些因素将在以后详加分析),这种振荡会稳定在某个数值上。这里需要建立的概念是,所谓功率振荡就是在某种周期性干扰的作用下,柴油发电机组进行反复功率调节的动态过程。影响振荡的因素,除了调速系统的各种特性(如柴油机和调速器的惯性、调差度等)外,还有干扰功率的频率和幅度以及柴油发电机组各种阻尼环节的作用。其中很多因素的影响在单机组运行时是不会显露的,而只对并联运行产生影响,比如,单机运行时调速精度很高的调速器,往往在并联时会产生功率振荡;阻尼绕组的特性在单机运行是无关紧要的,但对功率振荡却有很强的阻尼抑制作用。
地板#
发布于:2018-04-12 08:20
并联运行机组的有功功率和无功负载的分配
   柴油发电机组并联运行时,往往会出现功率分配不均衡的现象,较大的功率不均衡,在电网负载接近发电机总容量时,会引起其中一台发电机组过载,而在电网处于轻载时又会在并联运行的发电机之间产生环流,甚至会引起逆功率跳闸。功率分配的严重不均衡还会导致各机组励磁电流的不均衡,这样的状况长期运行下去会对发电机的励磁系统带来一定的危害。如果功率较大,功率因数较低,这种现象尤应注意。所以功率分配不均衡,不但对均匀利用各机组的容量及提高电站运行的经济性不利,而且更重要的是直接影响到整个用电系统的安全。
 因此,国家有关的规范标准,都对并联运行的柴油发电机组作了规定。如GB 799-74船用柴油机调速系统性能一般技术条件中就规定了并联运行的柴油发电机组的负载分配差度Θ。在电网总负载在20%~100%的范围内变化的情况下,机组所承担负载的变化范围,当发电机的功率相同时,其负载分配差度Θ应小于或者等于10%。


 式中 Par——在某一工况下,第r台机组在并联运行中实际承担的有功负载;
 Phar——在某一工况下,第r台机组在并联运行中按比例分配时,应该承担的有功负载;


 PHr——第r台柴油机发电机的标定功率。


    并联运行的柴油发电机组的有功功率分配取决于各机组的柴油机调速特性(图9.8)。




 任意一台机组的调速特性为Pi=fi(n),式中i=1,2,3,...,m;P是柴油机发电机组的功率;n是转速。整个电 网的调速特性为∑Pi=f1(n)+f2(n)+…,式中∑Pi为整个电网的总负载功率(图9.8)。当电网负载∑Pi为一定时,整个电网的频率和每台发电机组的功率也就确定了。其功率分配是不均匀度δ大的那台柴油发电机所承担的负载大,不均匀度δ小的那台柴油发电机所承担的负载小。
 图9.8中,1代表第一台柴油发电机组的调速特性;2代表第二台柴油发电机的调速特性;纵坐标为功率P;Pe为标定功率;ne为机组的标定转速;n为实际的机组运行转速。图中,1、2两台机组并联运行在n1的转速下(即相应的f1电频下),第一台机组的调速率δ1大于第二台的调速率δ2,显然,第一台机组所承担的负载功率比第二台机组所承担的功率要大,即P1 >P2。总的电网功率为PΣ=P1+P2。因此,这里得出重要结论:为了使并联运行的柴油发电机组的有功功率分配均匀,各台机组的调速特性的变化应当大体一致。
游客

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