现以并联运行的两台机组间的负荷分配为例，如图7-7所示，说明等微增率准则的基本概念。设图7-8中线段OO′的长度等于负荷功率PLD。耗量曲线在某点的斜率即是该点的耗量微增率。由此可得出结论：负荷在两台机组间分配时，如它们的燃料消耗微增率相等，即图7-7两台机组并联运行则总的燃料消耗量将是最小的。这就是等微增率准则。......
2023-06-15
无功功率分配方法：并列运行机组间的分配策略
【摘要】：如图9-11所示，两台正调差特性发电机并列运行，如这时母线电压为UG1，则两机无功功率分别为Q1、Q2，Q1和Q2具有确定的分配关系。这说明，两台正调差特性发电机并列运行可维持无功功率的稳定分配，能稳定运行，并能保持并列点母线电压在给定值水平。并列运行机组间无功功率的理想分配，应当与机组的容量成正比。由式有从式可以看出，要使机组间无功功率按机组容量分配，各机组的调差系数要相等，且各机组的空载电压UG0相同。
并列运行机组指的是在同一母线上并列运行的发电机或发电机变压器组。当改变机组的励磁电流时，该机组的无功功率输出会发生改变，同时会改变并列运行机组间的无功功率的分配。这些变化与机组的外特性有关，对外特性有一定的要求。
1.有AER 装置同步发电机的外特性
发电机的调节特性是指发电机励磁电流IE与无功负荷IG.Q之间的关系，由于励磁回路励磁绕组会饱和，画出发电机的调节特性如图9-8 (a)所示。发电机的无功外特性是指发电机无功负荷IG.Q与机端电压UG之间的关系。在没有AER 时，发电机的无功负荷增大时，发电机的电压会下降，即外特性下倾，如图9-8 (b)所示。由于AER 的作用，发电机外特性下倾的角度可以改变，并且外特性可以上下平移。
图9-8 发电机无功调节特性的形成图
(a)发电机的调节特性；(b)发电机无功外特性
如图9-8 (b)所示，发电机的外特性稍微下倾，下倾的程度用调差系数Kadj来表示。调差系数定义为
式中 UG0、UG0*——发电机空载电压(无功电流为0)及其标么值；
UG2、UG2*——发电机额定无功负载时的机端电压及其标么值。
调差系数Kadj也可以用百分数来表示，即
由此可见，调差系数Kadj表示无功电流由零增加到额定值时，发电机机端电压的相对变化。当调差系数越小，无功电流变化时发电机机端电压变化就越小，故调差系数表征了AER 维持发电机机端电压的能力。当Kadj＞0时，称为正调差；当Kadj＜0时，称为负调差；当Kadj=0时，称为无差调节。
为了改变发电机的调差特性，在AER 中一般设置调差单元，机端电压UG通过调差单元后变为U′G。为了获得正调差特性，U′G=K(UG+mQ)，即发电机无功功率增加时，AER 感受到的机端电压上升，发出减小励磁电流的命令；为了获得负调差特性，U′G=K(UG-mQ)，即发电机无功功率增加时，AER 感受到的机端电压下降，发出增大励磁电流的命令。
发电机外特性的调整，一是改变并列运行发电机的调差系数Kadj，这样可以改变发电机输出的无功；二是在发电机投入或退出运行时，通过外特性的上下平移，使得此时发电机的无功电流为零，减小对发电机与系统之间的冲击。
2.并列运行机组间无功功率的分配
并列运行机组间无功功率的分配与各机组的外特性有关，下面分别讨论。
(1)一台无差特性和一台正调差特性发电机的并列运行。两台发电机并列运行，其中1号发电机为无差特性 (如图9-9所示中曲线1)，2号发电机为正调差特性(如图9-9所示中曲线2)。这时母线电压为无差调节发电机的机端电压UG1，并保持不变。正常运行时，2号发电机输出的无功功率为Q2，1号发电机输出的无功功率取决于用户所需要的无功功率。当无功负荷变化时，由于母线电压UG1不变，2号发电机输出的无功功率Q2不变，则变化的无功功率完全由1号发电机所承担。
要改变两台发电机间的无功功率分配，需要将2 号发电机外特性上下平移；或者将1号发电机外特性上下平移，这样母线运行电压也发生了改变。
由上分析可见，一台无差特性发电机可以和一台或多台正调差特性发电机在同一母线上并列运行，但机组间的无功功率分配是不合理的，所以现场实际很少采用。
两台无差特性发电机，即使机端电压完全相同，也不能在同一母线上并列运行，因为两机组间的无功功率分配是任意的，所以两机组间会发生无功功率的摆动，不能稳定运行。
(2)负调差特性发电机和正调差特性发电机的并列运行。两台发电机并列运行，其中1号发电机为负调差特性(如图9-10所示中曲线1)，2号发电机为正调差特性(如图9-10所示中曲线2)。这时母线电压为UG1，正常运行时，1号发电机输出的无功功率为Q1，2号发电机输出的无功功率为Q2，但并不能稳定运行。当Q1由于某种原因变化时，如Q1增大，则有如下的正反馈过程：
图9-9 一台无差特性和一台正调差特性发电机的并列运行图
从上述过程可见，这样会导致AER 输出与励磁电流IE处于励磁工作上限；同样，如Q1减小，就导致AER 输出与励磁电流IE处于励磁工作下限。因此，无功功率无法在两机组间合理分配，故不允许负调差特性发电机参与正调差特性发电机直接并列运行。
图9-10 一台负调差特性和一台正调差特性发电机的并列运行图
图9-11 两台正调差特性发电机的并列运行图
(3)两台正调差特性发电机的并列运行。如图9-11所示，两台正调差特性发电机并列运行，如这时母线电压为UG1，则两机无功功率分别为Q1、Q2，Q1和Q2具有确定的分配关系。如果系统无功功率发生了变化，如无功功率增加，则有如下的负反馈过程：
同样，系统无功功率减小时，也有上述类似的负反馈过程。这说明，两台正调差特性发电机并列运行可维持无功功率的稳定分配，能稳定运行，并能保持并列点母线电压在给定值水平。
并列运行机组间无功功率的理想分配，应当与机组的容量成正比。对任意一台发电机，在如图9-8 (b)所示中，当机端电压为UG、无功功率为Q 时，利用相似三角形的关系，有
同样，当机端电压为U′G、无功功率为Q′时，有
两式相减，有
即
式中 ΔQ*——无功功率变化量标么值，ΔQ*=ΔQ/QN= (Q′-Q)/QN；
ΔQG*——电压变化量标么值，ΔUG*=ΔUG/UN= (U′G-UG)/UN。
由式(9-8a)有
从式(9-10)可以看出，要使机组间无功功率按机组容量分配，各机组的调差系数要相等，且各机组的空载电压UG0相同。即要使机组间无功功率按机组容量分配，各机组外特性要相同。
式中 Kadj∑——并列母线上等值发电机的调差系数。
假如各发电机的无功功率增量分别为ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn，有
联立式(9-11)与式(9-12)，有
从式(9-13)可以看出，如果各发电机的调差系数相同，则无功功率的分配按照容量分配。
另外，需要指出的是，负调差系数发电机通过升压变后，调差系数可以变为正的调差系数，这时通过升压变的高压母线可以和其他的正调差特性发电机并列运行。
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