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1、第十五章 同步发电机的并联运行,教学要求：,1熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法,2掌握同步发电机并联运行的基本电磁关系、 功率及转矩平衡方程式,3掌握有功功率和无功功率的调节,4理解V形曲线的物理意义,第一节 概述,同步发电机并联运行的优点：,1.电能的供应可以互相调剂，合理使用。,2.增加供电的可靠性。,3.提高供电质量，电网的电压和频率能保持在要求的 恒定范围内。,4.系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，互 相起补偿作用。,5.联成大电力系统，有可能使发电厂的布局更加合理,3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决定于原动机的转向，一般是固定的）,第二节 并联合闸的条件
2、和方法,4.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： 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：,1.发电机频率等于电网的频率（各国电网频率大致有两种：50Hz或60Hz，我国为50Hz）,2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值，且波形一致,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。,暗灯法接线和向量图,当不满足并网条件时，
3、暗灯法所见的现象,a.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。,c.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,需对调发电机或电网的任意两根接线。,d. 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。,(2) 灯光旋转法： 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；另外可根据灯光旋转方向判断频率大小。,旋转灯光法接线图,条件不满足时对电机的影响,1、电机和
4、电网之间有环流，定子绕组端部受 力变形。 2、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振 荡。 3、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。 4、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。,电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得多，如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无功功率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。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 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:,并联运行通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。就是发电机的端电压和频率与电网完全相等，同步发电
5、机,由于 与 同相位，虽然有电枢电流 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损耗功率，即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。,一、空载运行：（不是指 =0，而是指有功功率或有功电流为零）,也就是，原动机的拖动转矩 等于空载矩 ，发电机不向电网输出功率。,空载时改变发电机的励磁电流 ：,1增大励磁，则 ，电流落后电压 电角 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。 2减小励磁，则 ，电流领先电压 电角度， 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。 3 改变发电机的励磁
6、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。,并联到电网上的发电机，能够调节的物理量有两个：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， 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 ，由于电网频率不会改变， 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。代表转子位置的空间向量 在空载时与 同相位，当 增大瞬间，转子加速使得 领先 一个角度 。,二、负载运行：,用一个等值集中的励磁电流 (每对极只有一匝)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 电角度，使励磁电流 所在处的气
7、隙磁密不为零 ，有磁场有电流就必然产生电磁力，转子受力为：,若转子极对数为 ，则整个转子上有个 等值励磁电流，作用在转子的总电磁转矩为 ：,1同步发电机的电磁转矩 :,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。,2. 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：,同 步 发 电 机 有 功 功 率 的 流 程 图,自同步法的投入步骤为： （1）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。,2. 自同步法：,（2）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 子自动牵入同步。,1.隐极发电机：若忽略电阻 ，
8、则,第四节 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。,同步发电机的功角特性：,（1）保持励磁电流 不变时， 值与 角按正弦曲线 变化，正半波代表发 电机工况。,（2） 一定时，改变励磁 电流 ，若 ， 则12,请比较 和 的大小,第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，与励磁电势 成正比，称为励磁电磁功率。,第二项在隐极机中不存在，与 无关，与端电压 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,2. 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 出功率。,凸
9、极 机 的 功 角 特 性 曲 线,结论1：当励磁电流 为常数时，调节发电 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， 输出落后性无功功率会增大。,结论2：并联在电网上的同步发电机，保持 励磁电流 为常数，调节发电机输 出的有功功率，电动势向量 的轨 迹是一个圆，电枢电流 向量的轨 迹也是一个圆(圆心不是0)，把它们 称为同步电机的圆图。,三、 同步发电机与电网并联运行 时的静态稳定,同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限制，而且受到运行稳定性的限制。,稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机或电厂是否还能保持同步运行的问
10、题。,稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。,（1）静态稳定问题：发电机在某一稳定运行状态，（即发电机和电网并联运行时，电压U和频率f都为恒定值，励磁电流If不变，其输入功率和输出功率都不变的运行状态），如果在电网或原动机方面，突然发生一些微小干扰，在此小干扰去掉后，发电机如能恢复到原来的稳定运行状态，即认为该发电机的运行是稳定的。,（2）动态稳定问题：发电机突然加负载、切除负载等正常操作运行时，或者在发生突然短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。,2 静态稳定分析：,(1) 隐极机,若原动机拖动转矩 不
11、变，当 增大一个 时，电磁转矩 也增加一个 ，去掉干扰后，因 + ，使电机自动回到原工作点（ ），稳定。,（2）凸极机： 凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在 电角度范围。 （3）最大转矩 （或最大电磁功率 ）与额定电磁转矩 （或额定电磁功率 ）之比称为过载能力，用 表示： 隐极机 一般为1.52左右。,结论：对于隐极同步发电机,发电机是静态稳定的， 或， 静态稳定。,发电机是静态不稳定的 ， 或， 静态不稳定。,时为静态稳定极限 ， 稳定极限。,第五节 无功功率的调节和V形曲线,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、初相角都相等），并联合闸到电网上去。,当发电机输出一定的有功功率并保持不变,=常数,均为不变量,正常励磁,不稳定区,发 电 机 的 V 形 曲 线,