同步发电机的并联运行

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1、会计学1同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行3.3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决定于原动机的转向，一般是固定的）定于原动机的转向，一般是固定的）第二节第二节第二节第二节 并联合闸的条件和方法并联合闸的条件和方法并联合闸的条件和方法并联合闸的条件和方法 4.4.在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样一、条件：一、条件：并联投入时，避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的并联投入时，避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭矩。并联合闸必须满足四个条件：扭矩。并联合闸必须满足四

2、个条件：1.1.发电机频率等于电网的频率（各国电网频率大致有两种：发电机频率等于电网的频率（各国电网频率大致有两种：50Hz50Hz或或60Hz60Hz，我国为，我国为50Hz50Hz）2.2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值，且波形一致发电机的电压幅值等于电网电压的幅值，且波形一致第1页/共29页二、方法：二、方法：二、方法：二、方法：1.准确同步法：将同步发电机调整到符合并联条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法两种。(1)暗灯法：电网与同步发电机之间的三相并联开关两侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电压差 ，即可并网合闸。第2页/共29页

3、暗灯法接线和向量图 第3页/共29页当不满足并网条件时，暗灯法所见的现象当不满足并网条件时，暗灯法所见的现象a.a.频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象，频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象，说明发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而改说明发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而改变发电机频率。变发电机频率。b.电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发电机的端和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发电机的端电压。电压。c.相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发

4、电相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发电机与电网的相序不同机与电网的相序不同,需对调发电机或电网的任意两根接需对调发电机或电网的任意两根接线。线。d.相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸并网，需相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸并网，需微调节转速。微调节转速。第4页/共29页(2)(2)(2)(2)灯光旋转法：灯光旋转法：灯光旋转法：灯光旋转法：此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯熄灭

5、时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯光旋转方向判断频率大小。灯光旋转方向判断频率大小。灯光旋转方向判断频率大小。灯光旋转方向判断频率大小。旋转灯光法接线图旋转灯光法接线图第5页/共29页条件不满足时对电机的影响条件不满足时对电机的影响1 1、电机和电网之间有环流，定子绕组端部受、电机和电网之间有环流，定子绕组端部受 力变形。力变形。2 2、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振 荡。荡。3 3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损 耗，温度升高，效率降低。耗，温度升高，效率降低。4

6、 4、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生 无法消除的环流，危害电机安全运行。无法消除的环流，危害电机安全运行。第6页/共29页 电电网网的的容容量量相相对对于于并并联联的的同同步步发发电电机机容容量量来来说说要要大大得得多多，如如果果对对并并联联在在电电网网上上的的同同步步发发电电机机进进行行有有功功功功率率和和无无功功功功率率调调节节时时，对对电电网网的的电电压压和和频频率率不不会会有有什什么么影影响响。无限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。无限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。第三节第三节第三节第三节 同步电机并网运行的理论基础同

7、步电机并网运行的理论基础同步电机并网运行的理论基础同步电机并网运行的理论基础无限大电网：同步发电机的理想条件:并并联联运运行行通通常常是是指指同同步步发发电电机机与与无无限限大大电电网网并并联联运运行行。就是发电机的端电压和频率与电网完全相等，同步发电机就是发电机的端电压和频率与电网完全相等，同步发电机第7页/共29页 由于由于 与与 同相位，虽然有电枢电流同相位，虽然有电枢电流 的存在，但由的存在，但由于没有有功功率输出，仍认为是空载。同步发电机在理想条于没有有功功率输出，仍认为是空载。同步发电机在理想条件下并联到电网，原动机只能供给同步发电机转动时所需的件下并联到电网，原动机只能供给同步发

8、电机转动时所需的损耗功率，即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。损耗功率，即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。一、空载运行：一、空载运行：一、空载运行：一、空载运行：（不是指（不是指 =0=0，而是指有，而是指有功功率或有功电流为零）功功率或有功电流为零）也就是，原动机的拖动转矩也就是，原动机的拖动转矩 等于空载矩等于空载矩 ，发电机不向，发电机不向电网输出功率。电网输出功率。第8页/共29页空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流 ：1增大励磁，则增大励磁，则 ，电流落后电压，电流落后电压 电角电角 度（向电网输送感性无功，相当于吸收容性

9、无功），度（向电网输送感性无功，相当于吸收容性无功），发电机对电网起电容器作用。发电机对电网起电容器作用。2减小励磁，则减小励磁，则 ，电流领先电压，电流领先电压 电角度，电角度，发电机从电网吸收感性无功功率，此时发电机对电发电机从电网吸收感性无功功率，此时发电机对电 网相当于电感负载。网相当于电感负载。3 改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或 领先的纯无功电流，没有能使发电机输出有功功率。领先的纯无功电流，没有能使发电机输出有功功率。第9页/共29页 并联到电网上的发电机，能够调节的物理量并联到电网上的发电机，能够调节的物理量有两个：一个是

10、励磁电流，另一个是原动机输出有两个：一个是励磁电流，另一个是原动机输出转矩。调节原动机的输出转矩使之增加，转矩。调节原动机的输出转矩使之增加，引起转子加速，首先出现的是转子位置（以引起转子加速，首先出现的是转子位置（以 为标志）领先气隙旋转磁密为标志）领先气隙旋转磁密 ，由于电网频率，由于电网频率不会改变，不会改变，的频率也不会变，所以气隙磁密的频率也不会变，所以气隙磁密 的旋转速度也不能变，维持恒定的同步速度。代的旋转速度也不能变，维持恒定的同步速度。代表转子位置的空间向量表转子位置的空间向量 在空载时与在空载时与 同相同相位，当位，当 增大瞬间，转子加速使得增大瞬间，转子加速使得 领先领先

11、 一个角度一个角度 。二、负载运行：二、负载运行：二、负载运行：二、负载运行：第10页/共29页第11页/共29页用一个等值集中的励磁电流用一个等值集中的励磁电流 (每对极只有一匝每对极只有一匝)去代替实际去代替实际的励磁电流。由于基波励磁磁动势领先于气隙磁密一个的励磁电流。由于基波励磁磁动势领先于气隙磁密一个 电电角度，使励磁电流角度，使励磁电流 所在处的气隙磁密不为零所在处的气隙磁密不为零，有磁场有电，有磁场有电流就必然产生电磁力，转子受力为：流就必然产生电磁力，转子受力为：若转子极对数为若转子极对数为 ，则整个转子上有个，则整个转子上有个 等值励磁电流，作等值励磁电流，作用在转子的总电磁

12、转矩为用在转子的总电磁转矩为 ：1 1同步发电机的电磁转矩同步发电机的电磁转矩同步发电机的电磁转矩同步发电机的电磁转矩 :第12页/共29页 转矩平衡等式的每项都乘以机械角速度，就转矩平衡等式的每项都乘以机械角速度，就变成功率平衡式。变成功率平衡式。2.2.2.2.转矩平衡和功率平衡：转矩平衡和功率平衡：转矩平衡和功率平衡：转矩平衡和功率平衡：电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为：电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为：第13页/共29页同同 步步 发发 电电 机机 有有 功功 功功 率率 的的 流流 程程 图图第14页/共29页自同步法的投入步骤为：自同步法的投入步骤为：（1 1）校验

13、发电机相序把发电机拖动到接近同步）校验发电机相序把发电机拖动到接近同步 速，励磁绕组经限流电阻短路。速，励磁绕组经限流电阻短路。2.自同步法：自同步法：（2 2）发电机投放电网，立即加直流励磁电流，此）发电机投放电网，立即加直流励磁电流，此 时靠定、转子磁场间所形成的引力就可把转时靠定、转子磁场间所形成的引力就可把转 子自动牵入同步。子自动牵入同步。第15页/共29页1.隐极发电机：若忽略电阻隐极发电机：若忽略电阻 ，则则 第四节第四节 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定 电网并联运行的同步发电机，当增加原动机的电网并联运行的同步发电机，当增加原动机的拖动转矩时，电机的电磁制动转

14、矩随之增大，电机拖动转矩时，电机的电磁制动转矩随之增大，电机的电磁功率和输出有功功率增大。的电磁功率和输出有功功率增大。第16页/共29页同步发电机的功角特性：（1）保持励磁电流）保持励磁电流 不变时，不变时，值与值与 角按正弦曲线角按正弦曲线 变化，正半波代表发变化，正半波代表发 电机工况。电机工况。（2）一定时，改变励磁一定时，改变励磁 电流电流 ，若，若 ，则则12 12请比较请比较 和和 的大小的大小第17页/共29页第第一一项项是是励励磁磁电电流流在在气气隙隙磁磁场场中中产产生生电电磁磁力力所所引引起的，与励磁电势起的，与励磁电势 成正比，称为励磁电磁功率成正比，称为励磁电磁功率。第

15、二项在隐极机中不存在，与第二项在隐极机中不存在，与 无关，与端电压无关，与端电压 即即合成等效磁极及纵横轴磁阻的差异有关即合成等效磁极及纵横轴磁阻的差异有关即 ，称作凸极电磁功率称作凸极电磁功率 2.2.凸极式发电机：凸极式发电机：凸极式发电机：凸极式发电机：当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输 出功率。出功率。出功率。出功率。第18页/共29页凸凸 极极 机机 的的 功功 角角 特特 性性 曲曲 线线第19页/共29页结论结论1 1：当励磁电流：当励磁电流 为常数时，调

16、节发电为常数时，调节发电 机输出的有功功率，发电机的无功功机输出的有功功率，发电机的无功功 率也会改变，输出有功功率减少时，率也会改变，输出有功功率减少时，输出落后性无功功率会增大。输出落后性无功功率会增大。结论结论2：并联在电网上的同步发电机，保持：并联在电网上的同步发电机，保持 励磁电流励磁电流 为常数，调节发电机输为常数，调节发电机输 出的有功功率，电动势向量出的有功功率，电动势向量 的轨的轨 迹是一个圆，电枢电流迹是一个圆，电枢电流 向量的轨向量的轨 迹迹也也是是一一个个圆圆(圆圆心心不不是是0)，把把它它们们 称为同步电机的圆图。称为同步电机的圆图。第20页/共29页三、三、同步发电

17、机与电网同步发电机与电网并联运行并联运行 时的静态稳定时的静态稳定 同同步步发发电电机机输输出出容容量量的的大大小小，不不仅仅受受到到发发热热的的限限制制，而且受到运行稳定性的限制。，而且受到运行稳定性的限制。稳稳定定问问题题包包括括由由若若干干个个发发电电厂厂或或发发电电机机的的电电力力系系统统，在在正正常常负负载载调调配配和和不不正正常常事事故故中中，这这些些电电机机或或电电厂厂是是否还能保持同步运行的问题。否还能保持同步运行的问题。稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。第21页/共29页（1 1）静静态态稳稳定定问问题题：发发电电机机在在某某一一稳稳

18、定定运运行行状状态态，（即即发发电电机机和和电电网网并并联联运运行行时时，电电压压U U和和频频率率f f都都为为恒恒定定值值，励励磁磁电电流流I If f不不变变，其其输输入入功功率率和和输输出出功功率率都都不不变变的的运运行行状状态态），如如果果在在电电网网或或原原动动机机方方面面，突突然然发发生生一一些些微微小小干干扰扰，在在此此小小干干扰扰去去掉掉后后，发发电电机机如如能能恢恢复复到到原原来来的的稳稳定定运运行行状状态态，即即认认为为该该发发电电机的运行是稳定的。机的运行是稳定的。（2 2）动动态态稳稳定定问问题题：发发电电机机突突然然加加负负载载、切切除除负负载载等等正正常常操操作作

19、运运行行时时，或或者者在在发发生生突突然然短短路路、电电压压突突变变、发发电电机机失失去去励励磁磁电电流流等等非非正正常常运运行行，以以及及遭遭受受到到大大的的或或是是一一定定数数值值参参数数变变化化或或负负载载变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。第22页/共29页2 静态稳定分析静态稳定分析：(1)(1)隐极机隐极机隐极机隐极机 若原动机拖动转矩若原动机拖动转矩 不变，当不变，当 增大一个增大一个 时，电磁转矩时，电磁转矩 也增加一个也增加一个 ，去掉干扰后，去掉干扰后，因因 +，使电机自动回到原工作点（，使电机自动回到原工作点（），稳定。），稳定

20、。第23页/共29页（2 2）凸极机：）凸极机：）凸极机：）凸极机：凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在 电角度范围。电角度范围。电角度范围。电角度范围。（3 3）最最最最大大大大转转转转矩矩矩矩 （或或或或最最最最大大大大电电电电磁磁磁磁功功功功率率率率 ）与与与与额额额额定定定定电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩 （或或或或额额额额定定定定电电电电磁磁磁磁功功功功率率率率 ）之之之之比比比比称称称称为为为为过过过过载载载载能力，用能力，用能力，用能力，用 表示：表示：表示：表示：隐极机

21、隐极机隐极机隐极机 一般为一般为一般为一般为1.51.52 2左右。左右。左右。左右。第24页/共29页结论：对于隐极同步发电机结论：对于隐极同步发电机 发电机是静态稳定的，发电机是静态稳定的，或，或，静态稳定。静态稳定。发电机是静态不稳定的发电机是静态不稳定的 ，或，或，静态不稳定。静态不稳定。时为静态稳定极限时为静态稳定极限 ，稳定极限。稳定极限。第25页/共29页第五节第五节 无功功率的调节和无功功率的调节和V形曲线形曲线 电力系统，除了要供给负载有功功率以外，电力系统，除了要供给负载有功功率以外，还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功功率由电网中全部发电机共同负担。发电机在功率由电网中全部发电机共同负担。发电机在理想条件下（发电机与电网电压、频率、初相理想条件下（发电机与电网电压、频率、初相角都相等），并联合闸到电网上去。角都相等），并联合闸到电网上去。第26页/共29页 当发电机输出一定的有功功率并当发电机输出一定的有功功率并保持不变保持不变=常数均为不变量常数常数第27页/共29页正正常常励励磁磁超前超前欠励欠励滞后滞后过励过励不稳定区不稳定区发发 电电 机机 的的 V 形形 曲曲 线线第28页/共29页