发电机功角的实时计算方法
一种同步发电机进相运行时功角的计算方法

{U {i
q
= - ( X d -X e ) i d +X ad i f
( 12 )
i d = Isin ( δ +φ) = Icos ( δ +φ) E 'q -U q E 'q -U G cosδ = Xd Xd
{
id =
U d U G sinδ iq = = Xq Xq
'
( 13 )
此外,K D 为阻尼系数, H 为惯性常数, T dc 为 直轴暂态开路时间常数, T d 为直轴暂态短路时间 常数,X ad 为直轴感应电抗, X aq 为交轴感应电抗, w0 为额定同步转速, T m 为输入的机械转矩, i f 为 励磁电流,φ f 为漏磁通, φ 为功率因数角, E FD 为 稳态时电枢的内电压,E q 为暂态时电枢的内电压。 ( 2 ) 外部电抗的估算 结合上面的式 ( 11 ) ~ ( 13 ) 可以推出: P = ( Usinδ -X e i q ) i d + ( Ucosδ +X e i d ) i q = U ( i d sinδ +i q cosδ) Q = ( Ucosδ +X e i d ) i d - ( Usinδ -X e i q ) i q 上式可变形为 Q -X e I2 = U ( i d cosδ -i q sinδ) 端电压:
上接第11结论实际试验过程中通过给励磁电压一个很小的扰动得到2组稳态下的电气量值近似的认为小扰动前后保持不变在此前提下通过发电机相量图计算出饱和情况下的同步电抗并考虑机组外部电抗主要是变压器阻抗及线路阻抗对功角的影响可对进相运行的实际功角进行估算
第 31 卷第 5 期
doi: 10. 3969 / j. issn. 1008-0198. 2011. 05. 003
基于GPS时钟信号的发电机功角实时测量方法

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运行过程中的任意时刻启动, 在对系统进行调校的 过程中不会对正常的生产带来任何影响。
2 抗干扰措施
∫
t0
t
Ξr ( t) d t + Η 0 = Ξ ( t) d t + ∫
t0 t
Ξ ( t) d t + ∫
t0
t
r
Η 1
( 7)
任意时刻发电机功角为: ∆( t) =
r
Η Υ( t) 1 -
( 8)
( 3) ( 4)
+ I qX q ( 凸极机)
在计算出 E 0 后, 进一步可得 E 0 与 U 的相位差, 即发电机的实时功角 ∆: Re E0 Re U ( 5) ∆ = a rcco t - a rcco t I m E0 I m U 为便于计算, 不妨选择发电机出口端 A 相电压 过零的时刻 T 0 为测量点, 此时 A 相电压相位角为 Π 2, 如空载电势 E 0 的相位角为 Η 1 , 则功角 ∆ 为: Π ( 6) ∆= Η 1 2 在 T 0 时刻, 空载电势 E 0 和电压 U 的相位关系 如图 1 所示。
・研制与开发・ 严登俊等 基于 GPS 时钟信号的发电机功角实时测量方法
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Η 0 以及任意时刻的速度 Ξr ( t ) , 就可以准确地确定转 子在任意时刻的位置 Η( t) 。 Ξr ( t) 由转速表负责测 量, 其测量精度与电力系统的稳定状态无关, 所以在 正确确定 Η 0 后, 式 ( 2 ) 能通用于电力系统的任意状 态, 并且也通用于汽轮发电机组和水轮发电机组。 文献 [ 6 ] 中的装置由固定在支架上的传感器和 固定在转轴上的转盘 2 部分组成, 转盘上开有与发 电机极对数相同的齿。 在水轮发电机组中, 由于极对 数一般为偶数, 所以转盘中的齿呈均匀分布, 旋转时 离心力为 0; 在汽轮发电机组中, 由于极对数一般为 1, 转盘的质量分布不再均匀, 在高速旋转时离心力 非常大, 引起的径向震动也非常明显。 本文发电机转 轴上安装 60 个齿的齿轮, 齿轮的分布是对称和均匀 的, 无论转速快慢, 离心力永远为 0, 所以本文的方 法在汽轮发电机组中也不会引起径向震动。 112 初始时刻转子位置的确定 虽然文献 [ 5 ] 中间接测量功角的方法不能适用 于暂态情况, 但在稳态情况下, 其测量误差小于 1° , 与现有的功角测量方法同处于一个数量级。 下面将 利用这一特点, 确定在初始时刻 T 0 时的转子位置。 在稳态情况下, 利用发电机出口端的电压相量、 电流相量以及发电机有关参数计算发电机的空载电 势 E 0:
功角特性的计算公式

发电机功角的实时计算方法1、发电机的功角根据电机学原理,在忽略电机电枢电阻情况下,隐极发电机的有功功率和无功功率可分别表示为:(1)P=E q Ux d sinδ (2)Q=E q Ux dcosδ+U2x dP x d=E q U sinδQ x d= E q U cosδ+U2Q x d−U2=E q U cosδSo tanδ= P x d/( Q x d−U2)其中,U为发电机的端电压,E q为发电机的感应电势,x d为发电机的同步电抗,δ为感应电势与端电压间的相位夹角(称为发电机的功率角或功角),P为有功功率,Q为无功功率。
当感应电势和电压恒定时,传输的有功功率是功角δ的正弦函数。
功角δ在电力系统稳定中占据十分重要的地位,为保证发电机的静态稳定性,应使功率增量ΔP和角度增量Δδ的比值为正,即静态稳定性的判据为ΔP/Δδ>0。
当电力系统受扰动,发电机定子磁场与转子发生相对运动,发电机的功角δ发生变化,若功角经过振荡后能稳定在某一个数值,则表明发电机重新恢复了同步运行,系统具有瞬时稳定性;若电力系统受大扰动,发电机功角不断增大,发电机不再保持同步,则系统失去瞬时稳定。
因此,可用电力系统受大扰动后功角随时间变化的特性δ=f(t)作为瞬时稳定的判据,记录实时功角信息,显示功角的变化,对功角摆动超过设定界限进行报警,以便于及时处理可能发生的不稳定情况。
发电机的功角δ反映发电机转子的相对运动,是判断发电机是否同步运行的依据。
要确定发电机功角δ,有两种方法1、直接测量法(1-5);2、计算法(6-9)。
1.1直接测量法,直接测量法是指根据功角δ所表征的物理意义,直接测量发电机转子的位置信号,进而得到功角δ值。
如图1所示,功角δ具有双重物理意义:发电机的感应电势E0和端电压U之间的时间相角;主极磁场F f和气隙合成磁场Fδ之间的空间夹角。
在转子轴上确定一个固定的机械位置,如d(与d轴的相角为β),则d可间接代表E0的方向,E0与d间相角差为δ0=90°+β(δ为定相位角差)。
发电机的功率如何计算无功有功是什么意思如何调节计算

发电机的功率如何计算无功有功是什么意思如何调节计
算
1. 有功功率是指发电机输出的实际有效功率,用于驱动负载工作。
有功功率的计算公式为:有功功率 = 电流× 电压× 功率因数× cosθ。
其中,电流和电压是指电源线路的电流和电压值,功率因数是指实际功率与视在功率之比,cosθ是指功率因数的余弦值。
2. 无功功率是指发电机输出的非实际有效功率,是通过电容器或电感器件在电路中存储和释放能量所产生的功率。
无功功率的计算公式为:无功功率 = 电流× 电压× 功率因数× sinθ。
因此,总功率(视在功率)等于实际功率(有功功率)与无功功率的平方和的开根号。
总功率的计算公式为:总功率=√(有功功率^2+无功功率^2)。
为了调节发电机的功率,可以采取以下几种方法:
1.调整负载电流和电压:通过调整负载的电流和电压,可以控制发电机输出的有功功率。
2.调整功率因数:通过增加或减小电感器或电容器来调整发电机输出的无功功率,从而改变功率因数。
3.调整发电机的励磁电流:通过调节励磁电流的大小,可以改变发电机的输出功率。
发电机功率的调节和计算需要根据具体的电路参数和负载要求进行,因此在实际应用中需根据具体情况来选择合适的方法进行调节和计算。
同步发电机的功角 -回复

同步发电机的功角-回复同步发电机的功角是指在稳定运行时,发电机电势的磁动势与对应的电流之间的相位差。
它是确保发电机与电力系统中其他元件同步运行的重要参数之一,对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
本文将从功角的概念、形成原理、影响因素以及调整方法等方面进行详细阐述,以期给读者一个全面而深入的了解。
一、功角的概念功角是指在发电机稳态运行时,发电机电势与对应的电流之间的相位差。
在各种电力设备中,发电机作为电力系统的主要供电源,其发电功角对于电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。
二、功角的形成原理1. 线圈电流与磁势之间的相位差作为一台交流发电机,发电机中的线圈通电后会形成电流,而由于线圈中存在着磁导系数,因此线圈中的电流会引起一定的磁势。
而由于电力系统中的电荷不仅涉及电流而且涉及电荷。
为了使电网和发电机运行,必须使电力系统中的所有电力设备的电流达到稳定运行的状态。
这里面的流程是基于,电源电感发电机的磁势相对而言是稳定的,因此只需要调整电源电解部分的电准电流的相位改变就可以。
2. 稳定功率运行原则功率平衡是电力系统稳定运行的基本原则之一,同步发电机通过调节功角来保持与电力系统中其他设备的同步。
根据电力系统运行的要求,发电机的功角需要与负荷功角相匹配,以确保稳定的功率传输。
三、功角的影响因素1. 功率系统电压的控制功角的大小直接受到电力系统电压的控制。
当电力系统电压变大时,发电机的功角也会增大;反之,电力系统电压变小,发电机的功角也会减小。
2. 机械特性发电机的机械特性也会对功角产生影响。
特别是在过载或故障情况下,发电机的机械特性可能会发生明显的变化,进而影响到功角的大小。
3. 频率变化频率的变化也会对功角产生影响。
一般来说,当电力系统频率增大时,发电机的功角也会增大;反之,频率减小时,功角也会相应减小。
四、功角的调整方法1. 发电机励磁系统的调整通过调整发电机的励磁系统可以改变其磁动势,从而改变发电机的功角。
发电机功角的计算及应用

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发电机功角的计算方法

发电机功角的实时计算方法作者:admin 文章来源:北极星电点击数更新时间:2005-7-16 文章录入:ele 责任编辑:ele发电机功角的实时计算方法梁振光(山东大学电气工程学院,山东省济南市 250061)摘要:简述了发电机功角的重要性,介绍了确定发电机功角的测量法和计算法,提出一种基于同步相量测量的发电机功角计算模型,该方法利用机端电压、电流采样数据,简单、易于实现,有良好的模型适应性,可用于实时功角计算。
通过仿真计算结果表明,该方法具有较好的精度,可满足工程要求。
用于全网相量测量系统中,可准确监测功角动态变化,为系统的安全稳定监测提供一定的基础。
关键词:发电机;功角;算法;实时Real-time Calculation Method of Generator Power AngleLiang Zhenguang(Shandong University, Jinan 250061, China)Abstract: The importance of generator power angle is described in general. Measurement method and calculation method to determine generator power angle are introduced. A generator power angle calculation model based on synchronous phasor measurement is presented. It makes use of generator's sample data of voltages and currents. The method is simple, easy to realize and has good model adaptability. It can be used in real-time power angle calculation. Simulation results reveal that the method has good accuracy and can meet engineering needs. When the method is used in whole net phasor measurement systems, dynamic variations of power angle can be monitored accurately. This provides a foundation for system safety and stability monitoring.Key words: generator; power angle; algorithm; real-time0 引言随着电力工业的迅猛发展,系统的容量不断增加,其安全稳定运行越来越重要。
发电机功角公式

发电机功角公式在咱们探索发电机功角公式这个奇妙的世界之前,我先跟您讲讲我之前的一个小经历。
有一次,我去参观一个小型的发电厂,那里面各种设备轰隆隆地运转着,巨大的发电机让人不禁感叹科技的力量。
我站在一旁,看着技术人员认真地监测着各种数据,心中充满了好奇。
就在这时,一位老师傅注意到了我好奇的目光,走过来跟我聊起了天。
他指着那台正在稳定运行的发电机,笑着说:“这玩意儿可藏着不少学问呢!”咱先来说说发电机功角。
简单来讲,它就是发电机内电势和端电压之间的夹角。
那这个功角有啥用呢?它可是关系到发电机的稳定性、传输功率等重要指标的关键因素。
发电机功角公式,一般表示为:P = E * U * sinδ / X 。
这里的 P 代表发电机输出的有功功率,E 是发电机的内电势,U 是端电压,δ就是咱们说的功角,X 则是同步电抗。
这个公式看起来可能有点复杂,但咱们一点点来拆解。
就拿同步电抗 X 来说,它反映了发电机内部的电磁特性,就像是发电机的“个性标签”。
而内电势 E 和端电压 U 呢,它们的大小和相对位置决定了功角δ 的大小,进而影响着输出的有功功率 P 。
比如说,当功角δ 增大时,sinδ 的值也会增大,从而使输出的有功功率 P 增加。
但可别以为功角能无限增大,要是超过了一定限度,发电机就可能会失去稳定,出现各种问题。
在实际应用中,理解和运用这个公式可不简单。
就像在那个发电厂里,技术人员得时刻根据各种运行参数,结合这个公式来判断发电机的工作状态,及时调整和优化,以确保电力的稳定供应。
想象一下,如果不能准确掌握发电机功角公式,那电力系统可能就会像没头的苍蝇一样,乱了套。
家里的电灯可能会忽明忽暗,工厂的机器可能会突然停工,那可就麻烦大了!所以说,这个小小的公式,虽然看起来不起眼,但在电力世界里,它可是起着至关重要的作用。
咱们得好好琢磨,才能让发电机乖乖地为我们服务,源源不断地提供稳定可靠的电力。
总之,发电机功角公式虽然有点复杂,但只要咱们耐心去理解,就能发现它背后隐藏的神奇规律,为我们的生活带来更多的光明和便利。
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发电机功角的实时计算方法北极星电力网技术频道作者:梁振光 2004-7-8摘要:简述了发电机功角的重要性,介绍了确定发电机功角的测量法和计算法,提出一种基于同步相量测量的发电机功角计算模型,该方法利用机端电压、电流采样数据,简单、易于实现,有良好的模型适应性,可用于实时功角计算。
通过仿真计算结果表明,该方法具有较好的精度,可满足工程要求。
用于全网相量测量系统中,可准确监测功角动态变化,为系统的安全稳定监测提供一定的基础。
关键词:发电机;功角;算法;实时Real-time Calculation Method of Generator Power AngleLiang Zhenguang(Shandong University, Jinan 250061, China)Abstract: The importance of generator power angle is described in general. Measurement method and calculation method to determine generator power angle are introduced. A generator power angle calculation model based on synchronous phasor measurement is presented. It makes use of generator's sample data of voltages and currents. The method is simple, easy to realize and has good model adaptability. It can be used in real-time power angle calculation. Simulation results reveal that the method has good accuracy and can meet engineering needs. When the method is used in whole net phasor measurement systems, dynamic variations of power angle can be monitored accurately. This provides a foundation for system safety and stability monitoring.Key words: generator; power angle; algorithm; real-time0 引言随着电力工业的迅猛发展,系统的容量不断增加,其安全稳定运行越来越重要。
经验表明,系统运行的安全与否与其运行状态密切相关,因此,实时、全面地掌握电力系统各部分的运行状态对保证系统的安全、稳定、紧急运行具有重要的意义。
发电机作为电力系统中的重要设备,其稳定运行则成为重中之重。
发电机的功角不仅是反映发电机内部能量转换的一个重要参数,也是发电机稳定的一个重要标志量。
功角的改变与有功功率、无功功率的变化相关联,通过监视功角的变化,为发电机在异常、故障及其失稳情况下的分析,提供了非常重要的参考依据。
因此,发电机的功角是电力系统中的一个十分重要的监测量。
目前,电力系统中基于GPS的电网运行实时监测系统的研究已十分活跃,本文对其中发电机功角的测量、计算[1-9]进行了研究,并提出了一种基于同步相量测量的发电机功角实时计算方法。
1 发电机的功角根据电机学原理,在忽略电机电枢绕组电阻情况下,隐极发电机的有功功率和无功功率可分别表示为其中,U为发电机的端电压,E q为发电机的感应电势,x d为发电机的同步电抗,δ为感应电势与端电压间的相位夹角(称为发电机的功率角或功角),P为有功功率,Q为无功功率。
当感应电势和电压恒定时,传输的有功功率是功角δ的正弦函数。
功角δ在电力系统稳定中占据十分重要的地位,为保证发电机的静态稳定性,应使功率增量ΔP和角度增量Δδ的比值为正,即静态稳定性的判据为ΔP/Δδ>0。
当电力系统受扰动,发电机定子磁场与转子发生相对运动,发电机的功角δ发生变化,若功角经过振荡后能稳定在某一个数值,则表明发电机重新恢复了同步运行,系统具有瞬时稳定性;若电力系统受大扰动,发电机功角不断增大,发电机不再保持同步,则系统失去瞬时稳定。
因此,可用电力系统受大扰动后功角随时间变化的特性δ=f(t)作为瞬时稳定的判据,记录实时功角信息,显示功角的变化,对功角摆动超过设定界限进行报警,以便于及时处理可能发生的不稳定情况。
发电机的功角δ反映发电机转子的相对运动,是判断发电机是否同步运行的依据。
要确定发电机功角δ,有两种方法:①直接测量法[1-5];②计算法[6-9]。
1.1 直接测量法直接测量法是指根据功角δ所表征的物理意义,直接测量发电机转子的位置信号,进而得到功角δ值。
如图1所示,功角δ具有双重物理意义:发电机的感应电势E0和端电压U之间的时间相角;主极磁场F f和气隙合成磁场Fδ之间的空间夹角。
在转子轴上确定一个固定的机械位置,如d′(与d轴的相角为β),则d′可间接代表了E0的方向,E0与d′间相角差为δ0=90°+β(δ0为定位相角差)。
将转子上的固定位置d′转化为电信号,测得d′轴位置与发电机端电压U的相角差δ∑=δ0+δ,根据已经确定的δ0,就可求出发电机的功角δ。
转子位置信号的获得,可采取:①设置转子位置传感装置[1-4],利用光电转换或磁电变换方法,得到转子位置信号;②借助于汽轮机的转速信号[5],将其脉冲信号整形,进行60分频(转子每转一周,测速信号产生60个脉冲),输出转子位置信号。
定位相角差δ0的确定,可采取:①以发电机电流I=0时(此时功角δ=0),测量的d′轴与端电压U的相角差δ∑=δ0确定[1-4];②在稳态情况下,由功角的计算值确定其定位角[5]。
直接测量法可以测量得到功角δ,但需要装设转子位置传感装置,并在机组投运时校正功角的初相角,实现起来比较复杂。
且传感器存在机械加工偏差、安装偏差,电磁干扰、机械振动等也会引起误差。
1.2 计算法发电机稳态运行时,其电压方程为其中,E q为发电机的q轴感应电势,U为发电机的端电压,I d、I q为发电机定子电流的d、q轴分量,x d、x q为发电机d、q轴同步电抗。
忽略定子电阻的影响,由发电机的相量关系,可得功角δ的计算公式为对于确定的系统,x q为常数,因此,根据实时测量得到的发电机的端电压U、电枢电流I及其夹角φ,便可由式(4)计算出其功角δ。
计算法是指根据发电机的数学模型和内部参数,并利用测量得到的发电机的电压相量和电流相量,计算发电机的感应电势E和功角δ。
计算法确定功角δ,不需要装设位置传感装置,以及初始功角校正,具有简单、易于实现、经济实用的优点。
但目前的功角计算方法[6-9]都是基于发电机的稳态模型,在稳态时具有良好的测量精度,而在暂态过程中,误差则难以控制。
为保证暂态过程的计算精度,需要建立发电机的暂态模型,计算其功角。
2 基于同步相量测量的功角实时计算方法为计算发电机在暂态过程中的功角,本文建立了发电机功角的暂态模型,并根据同步相量测量结果,进行计算。
设同步发电机有三个定子绕组(a,b,c)、一个励磁绕组(f)和两个阻尼绕组(D,Q),根据同步电机理论,列出描述电磁瞬态过程的派克(Park)方程。
假设定子三相绕组对称,气隙中磁通按正弦规律分布,忽略饱和的影响,将三相绕组的同步电机转化为d、q两轴绕组的等值电机,如图2所示。
其中q轴方向有定子绕组(q绕组)和阻尼绕组(Q绕组),d轴方向有定子绕组(d绕组),励磁绕组(f绕组)和阻尼绕组(D绕组)。
按照图2中规定的坐标系统和各物理量正方向,可写出标么值系统下的派克方程为其中,Ψd,Ψq,ΨD,ΨQ,Ψf分别为定子d、q轴绕组、转子D、Q阻尼绕组和励磁绕组磁链,x d,x q,x D,x Q,x f分别为定子d、q轴绕组,转子D、Q阻尼绕组和励磁绕组自感抗(x d,x q也称d、q轴同步电抗),x ad为d轴上三个绕组(d,f,D)之间的互感抗,又称d轴电枢反应同步电抗,x aq为q轴上两个绕组(q,D)之间的互感抗,又称q轴电枢反应同步电抗,r,r f ,r D ,r Q分别为定子绕组、励磁绕组、D轴阻尼绕组和Q轴阻尼绕组的电阻。
p—d/dt为微分操作符,t为标么时间。
在系统受到扰动,研究其暂态稳定时,做如下假定:(1) 忽略突然发生故障后网络中的非周期分量电流。
因为一方面非周期分量衰减很快;另一方面,此非周期分量电流产生的磁场在空间不动,它和转子绕组电流产生的磁场相互作用将产生以同步频率交变、平均值接近于零的制动转矩,对发电机的机电暂态过程影响不大。
(2) 只计及正序分量,忽略负序、零序分量的影响当故障为不对称故障时,发电机定子回路中将流过负序电流。
负序电流产生的磁场和转子绕组电流的磁场形成的转矩,是两倍频率交变、平均值接近于零的制动转矩,对发电机的机电暂态过程没有明显影响,可以忽略不计。
如果发电机中流过零序电流,由于它在转子空间的合成磁场为零,它不产生转矩,也完全可以忽略。
发电机的功角δ是E、U之间的夹角,与电压的直轴、交轴分量相关,要计算发电机的功角,只要能确定电压的这两个分量即可,而不必非求出E的大小。
基于GPS的同步相量测量,可提供准确的电压、电流相量信息,据此信息结合发电机的功角模型可准确计算发电机的功角。
为此,根据(5)的第一、二、五式,(6)的第二、五式,功角与角频率的关系可得将式(7)、(8)和(9)联立,即可构成基于定子电压、电流相量信息的发电机功角计算模型。
U,I,φ为三个已知量,方程组中有六个未知量(Ψd,Ψq,ΨQ,i Q,δ,ω)、四个微分方程和两个代数方程,可以求出未知量的解,即求出发电机的功角。
此模型完全根据电机的电压、电流测量值及电机参数,不必考虑发电机的励磁变化和转子机械方程,也不受电网络参数的影响,因而具有很好的模型适应性。
计算结果的准确性主要受测量电压、电流相量值和电机参数值精度的影响。
在小干扰情况下,转速摆动不大,ω≈1(标么值),由式(7)、(8)即可确定功角。
3 模型的仿真计算为验证上述功角计算模型,以MATLAB对单机无穷大电网系统的暂态过程进行仿真。
仿真模型中发电机通过一台变压器接入电网,发电机的参数为刻故障切除。
以仿真结果中的电压、电流数据,根据功角的稳态模型和上述模型分别进行计算,结果如图3和图4所示。
由图可知,在暂态过程中,功角的暂态模型计算结果与仿真结果基本一致,可以满足工程要求;而功角的稳态模型计算结果与仿真结果相比有较大误差。