同步电机(3)同步发电机并网运行

1、第六章 同步电机6.3 6.3 同步发电机的并网运行同步发电机的并网运行n1 1 同步发电机理想并网条件同步发电机理想并网条件n2 2 同步发电机并网操作的方法同步发电机并网操作的方法n3 3 同步发电机的功率、转矩关系同步发电机的功率、转矩关系n4 4 同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性n5 5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定并网同步发电机的有功调节及静态稳定n6 6 并网同步发电机的无功调节及并网同步发电机的无功调节及V V形曲线形曲线第六章 同步电机 1 1 同步发电机理想并网条件同步发电机理想并网条件一、并联运行的必要性(1)电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用

2、动力电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力资源和发电设备。资源和发电设备。 增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故，同时，也减少了备用容量。，同时，也减少了备用容量。 供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压和频率能保持在要求的恒定范围内。和频率能保持在要求的恒定范围内。 第六章 同步电机一、并联运行的必要性(2)系统愈大，负载就愈

3、趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用率，若电力系统处在尖峰负荷率，若电力系统处在尖峰负荷(短时用电量较大短时用电量较大)，可以用增开担，可以用增开担负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭到破坏。到破坏。联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理

4、。在产煤联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理。在产煤区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。 第六章 同步电机二、无限大电网无限大电网无限大电网：现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以看作是不变现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以看作是不变的，即的，即U= =常数，常数，f常数，常数， 这样的电网称为无限大电网，所以无限大电网实这样的电网称为无限大电网，所以无限大电网实际上是相当于一个内阻抗等

5、于零的恒频、恒压电源。际上是相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它的电压、频由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的运行分析将与单机运行率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的运行分析将与单机运行有所不同。有所不同。实际上，系统的容量是有限的无限大电网只是一个相对的概念负载增加实际上，系统的容量是有限的无限大电网只是一个相对的概念负载增加时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下降，只是大容量系统中，时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下降，只是大容量

6、系统中，电压和频率的变动很小而已。电压和频率的变动很小而已。第六章 同步电机三、研究并联运行时所用的规定正方向AX0EGUSUGISI电网发电机一相绕组图11-1 研究并联运行的正方向第六章 同步电机三、并网情况分析第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机理想并网条件：第六章 同步电机 2 2 同步发电机并网操作的方法同步发电机并网操作的方法一、并网投入方法一、并网投入方法整步过程整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程（或称并车（或称并车) )，整步方法：，整步方法：准整步和自整步准整步和自整步。 准整步准整步：把发电机

7、调整到完全合乎并联投入，然后投入电网：把发电机调整到完全合乎并联投入，然后投入电网，这种方法叫准整步。，这种方法叫准整步。自整步自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向( (和定和定子旋转磁场的转向一致子旋转磁场的转向一致) )把发电机拖动到接近同步速旋转，把发电机拖动到接近同步速旋转，把励磁绕组通过一限流电阻短路把励磁绕组通过一限流电阻短路( (不加励磁不加励磁) )，然后把发电机，然后把发电机投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力矩，把转子自动地拉入同步。矩，把转子自动地拉入同步

8、。 第六章 同步电机讨论：讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时，）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时，励磁绕励磁绕 组不组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励磁绕组也不直接磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。 2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。 一、并网投入方法一、并网投入方法第六章 同步电机二、准整步法二、准整步法准整步法并车方法准整步法并车方法： 为判断发电机是否满足并联投入条件，常常采用同步指示器，最为判断发电机是否满足

9、并联投入条件，常常采用同步指示器，最简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接法，一种是法，一种是暗灯法暗灯法，另一种叫，另一种叫旋转灯光法旋转灯光法。第六章 同步电机二、准整步法二、准整步法第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机 3 3 同步发电机的功率、转矩关系同步发电机的功率、转矩关系一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式第六章 同步电机二、关于电磁功率的初步认识二、关于电磁功率的初步认识第六章 同步电机三、转矩平衡方程式三、转矩平衡方程式第六章 同步电机 4 4 同步发电机的功

10、角特性同步发电机的功角特性一、功角特性的定义及意义一、功角特性的定义及意义第六章 同步电机二、功角特性公式的推导二、功角特性公式的推导第六章 同步电机图11-11 凸极同步发电机相量图UI0EddxI jqqxI jdIqI第六章 同步电机三、关于功角特性的讨论三、关于功角特性的讨论第六章 同步电机第六章 同步电机讨论：讨论： 将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度2011111sin()sin22MMMMdqdUEPUTmmTTxxx01sinMdUETmx 为基本电磁转矩。为基本电磁转矩。2sin)11(212dqMxxUmT

11、为附加电磁转矩或凸极电磁转矩为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。第六章 同步电机若要求取无功功率若要求取无功功率QmUIsin的功角特性，可用类似方法推导的功角特性，可用类似方法推导出：出：当当E0、U和和xd为常数时，无功功率也是功率角为常数时，无功功率也是功率角的函数的函数220coscos222dqdqddqdqxxxxUEUmUQmmxx xx x第六章 同步电机四、功角的物理意义四、功角的物理意义1）对发电机而言，）对发电机而言， 角是励磁电动势超前于端角是励磁电动势超前于端电压的时间角电压的时间角2 2）的空间意义，的空间意义，是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看是主磁场与

12、电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角UIaB0Bar Ix I jaqqxI jaddxI j0EENS1n1nNS定子合成磁场等效电路(a)(b)图11-14 功率角的时空意义第六章 同步电机UIaB0Bar Ix I jaqqxI jaddxI j0EENS1n1nNS定子合成磁场等效电路(a)(b)图11-14 功率角的时空意义总之：总之：功率角功率角实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大，实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大，产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成产生的电磁功率

13、和电磁转矩也愈大。而形成角的原因是由于有交角的原因是由于有交轴电枢反应磁动势轴电枢反应磁动势 Faq（或或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产，所以，交轴电枢反应磁动势是产生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。 第六章 同步电机 5 5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定并网同步发电机的有功调节及静态稳定一、分析假设一、分析假设第六章 同步电机二、发出有功功率的调节过程二、发出有功功率的调节过程第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机三、并网同步发电机的静态稳定三、并网同步发电机的静态稳定第六章 同步电机第六章

14、 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机第六章 同步电机n例题例题 一台凸极同步发电机，接在电网上额定运行，运行于（滞后）下，略去定子电阻，试求：n(1) n(2) 与n(3) 过载能力5 . 08 . 0qdxx，cos0.80EMPmaxMP第六章 同步电机*sin1.375cosqI xUtgU5417 0cos1.602ddEUIx2*011sinsin20.8MdqdE UPUxxx2011coscos20MdqdE UdPUdxxx66. 28 . 0125. 2maxMMMPPk2*max1.602 1111sin72.2sin

15、2 72.22.1250.820.50.8MP第六章 同步电机 6 6 并网同步发电机的无功调节及并网同步发电机的无功调节及V V形曲线形曲线一、调节无功功率的必要性一、调节无功功率的必要性 接到电网上的负载，除了少数电热设备外，绝大多数都是电接到电网上的负载，除了少数电热设备外，绝大多数都是电感性质的负载。所以，一个电力系统，除了要给负载有功功率外感性质的负载。所以，一个电力系统，除了要给负载有功功率外，还要给负载大量的感性无功功率。据大致估计，一个现代化的，还要给负载大量的感性无功功率。据大致估计，一个现代化的电力系统，异步电机需要的无功功率占了电网给的总无功功率的电力系统，异步电机需要的无功功率占了电网给的总无功功率的7070，变压器占了，变压器占了2020，其它设备占，其它设备占1010。 电网给的总无功功率，应该由电网里的全部发电机共同负担电网给的总无功功率，应该由电网里的全部发电机共同负担。但是，每台发电机究竟负担多少，怎样调节一台发电机的无功。但是，每台发电机究竟负担多少，怎样调节一台发电机的无功功率呢？这是本节要研究的问题。功率呢？这是本节要研究的问题。 第六章 同步电机二、分析假设二、分析假