同步发电机并网运行

1、教学要求：教学要求：1熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法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、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掌握有功功率和无功功率的调节4理解理解V形曲线的物理意义形曲线的物理意义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3.3.发电机的电压相序与电

2、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）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50Hz50H

3、z）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 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。0ABCUUU (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。 132VASAGCGBSCSBGGS 3电网GSSAUSBUSCUGBUGAUGCU1U2U3U暗灯法接线和向量图 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

4、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电和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发电机的端电压。压。c.相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发电相序不等：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。

5、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。 (2) (2) 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，一个相灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯灯熄灭时，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。光旋转方向判断频率大小。132VASAGCGBSCSBGGS 3电 网旋转灯光法接线图旋转灯光法接线图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

6、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 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。 电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得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

7、和频率不会有什么影响。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。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：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。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 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

8、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。I0EUI0T1T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。 10TT260n 10mFePppP 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，

9、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。0EU0900EU090 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

10、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 一个角度一个角度 。 10TT1fFBBBE1T1fF1fF fffb l iB Sinl i2 2fTf rp

11、B Sinl irpC Sin fi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：2ppT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转矩为用在转子的总电磁转矩为 ：T 转矩平衡等式的每项都乘以机械角速

12、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。 10TTT 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：1010MTTTPPp 输入输入功率功率P1输入输入功率功率P1机械损机械损耗耗pmec附加损附加损耗耗pad机械损机械损耗耗pmec附加损附加损耗耗pad铁损铁损pFe铁损铁损pFe电磁功电磁功率率Pem电磁功电磁功率率Pem定子铜损定子铜损pcu1定子铜损定子铜损pcu1输出功输出功率率P2输出功输出功率率P2同同 步步 发发 电电 机机 有有 功功 功功 率率 的的 流流 程程 图图自同步法的投入步骤为：自同步法的投

13、入步骤为：（1 1）校验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。r1.隐极发电机：若忽略电阻隐极发电机：若忽略电阻 ，则则 2MPPmUICos0cE SinIX Cos0cE SinICosX02McUEPPmSinX 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

14、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。 UIcj IX0E（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。MPfi（2） 一定时，改变励磁一定时，改变励磁 电流电流 ，若，若 ， 则则12 fiMP12ffii09001800090009001800MP122fi1fi请比较请比较 和和 的大小的大小1fi2fi0Efi第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引第一项是

15、励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，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UdqXXfi 2. 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 出功率。出功率。 2MPPmUICos20222dqMcdqXXUEPPmSinmUSinXX X凸凸 极极 机机 的的 功功 角角 特特 性性 曲曲

16、线线1800090018000900180009000900MPfi结论结论1 1：当励磁电流：当励磁电流 为常数时，调节发电为常数时，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 迹也是一个圆迹

17、也是一个圆(圆心不是圆心不是0)，把它们，把它们 称为同步电机的圆图。称为同步电机的圆图。fi0EI 同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限制，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。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，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。（1 1）静态稳定问题：发电机在某一稳定运

18、行状态，）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（即发电机和电网并联运行时，电压U U和频率和频率f f都为都为恒定值，励磁电流恒定值，励磁电流I If f不变，其输入功率和输出功率不变，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，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。机的运行是稳定的。（2 2）动态稳定问题：发电机突然加负载、切除）动态稳定问

19、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、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，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。变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。 (1) 隐极机隐极机0900180009000900180009001800090009001800T 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。 1T1T1TTT1TTT（2）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 电角度范围。电角度范围。（3）最大转矩）最大转矩 （或最大电磁功率（或最大电磁功率 ）与额定）与额定电磁转矩电磁转矩 （或额定电磁功率（或额定电磁功率 ）之比称为过载）之比称为过载能力，用能力，用 表示：表示： 隐极机隐极机 一般为一般为1.52左右