同步发电机并联运行

第十七章同步发电机并联运行

2/1/20231第一节投入并列运行的条件与方法第二节并网运行的同步发电机电磁功率与功角特性第三节并网运行时有功功率的调节与静态稳定第四节并网运行时无功功率的调节与V型曲线*第五节同步发电机并网后正常运行分析*第六节同步发电机的振荡本章主要内容2/1/20232思考1、同步发电机单机供电有什么缺点？供电系统怎样克服单机供电的这些缺点？2/1/20233①不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电);

②无法实现供电的灵活性和经济性。这些缺点可以通过多机并联来改善。

单机供电的缺点2/1/20234

并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。现代发电厂都是把几台同步发电机并起来接在共同汇流排上，一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个大系统(电网)。

同步发电机并联运行2/1/20235

电力系统示意图2/1/20236同步发电机并联运行的优点①提高供电可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。

②提高供电经济性和灵活性。

③提高供电质量。同步发电机并联到电网后，它的运行情况受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。2/1/20237

同步发电机与电力系统并联合闸时，为避免产生冲击电流和并联后能稳定运行，需满足一定条件，而待并发电机励磁情况不同，并联方法和条件也不同。第一节投入并联运行的条件和方法

2/1/20238什么是同步发电机的投入并联？同步发电机并联运行把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。2/1/20239无穷大电网无穷大电网的定义：很多场合都可认为同步发电机是与无穷大电网并联。1）S→∞2）ZS→03）US=C4）fS=C2/1/202310同步发电机投入并联运行的条件

从图中可以看出同步发电机投入并联运行的条件是什么？2/1/202311同步发电机投入并联运行的条件11223344552/1/202312待并发电机的励磁电势应与电网电压相等。同步发电机投入并联运行的条件并联合闸瞬间，待并发电机与电网的对应相的电压应同相位，亦即发电机与电网回路电势为零。待并发电机与电网相序相同。待并发电机电压波形与电网电压波形相同。待并发电机的频率与电网频率相等。2/1/202313相序一致是绝对条件。电机可承受小冲击电流，断路器合闸瞬间，电压差不应超过额定电压的5%~10%，频率差不应超过额定频率的0.2%~0.5%，相位误差不应大于5°。并车准备工作：检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压，调节发电机励磁使U=U1。借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。同步发电机投入并联运行的条件2/1/202314并联条件不满足时对发电机的影响电机和电网之间有环流，使定子绕组端部受力变形。电机和电网之间有高次谐波环流，增加损耗，电机温度升高，效率降低。产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡。2/1/202315同步发电机的并车方法1.准确同步并车将发电机调整到完全符合并联条件后的合闸并网操作过程称为准确同步法。发电机在并车合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并车点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机合闸，完成并车操作。2/1/202316将待并网的同步发电机由原动机拖动接近同步速度。调节励磁电流，使发电机空载电压与电网电压相等。确认相序相同，调原动机转速使发电机电压频率约等于电网频率。在对应相电压相位相同的瞬间，合闸并网，完成并网操作。准同步并车的操作步骤2/1/202317准同步并联法的操作步骤为得到合闸并网瞬间，常采用同步指示装置。灯光装置---最常用的同步指示装置

灯光熄灭法灯光旋转法2/1/202318灯光熄灭法2/1/202319VAⅡCⅡBⅡAIBICI

按照图中的连接方式，指示灯在什么情况下熄灭？灯光熄灭法2/1/202320VAⅡCⅡBⅡAIBICI

在电网与发电机的对应相间接三组灯，三组灯全暗时合闸。灯光熄灭法2/1/202321

时大时小，则灯光时亮时暗，且三组灯所加相同，故三组灯同时明或暗。灯光熄灭法

ⅡI2/1/202322

ⅡI

I与

II的差值越大，灯光明暗变化频率越快，此时调整发电机转速。使灯光明暗的频率很低（说明

I≠

II

），当三组灯光全部暗时，表明发电机与电网对应相电压相等且同相位，迅速合闸。灯光熄灭法2/1/202323如果灯光不是明、暗交替，表明相序不一致，应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；相灯明暗快慢和发电机频率2及电网频率1有关，通过调节发电机转速使灯光明暗变化十分缓慢时，说明同步发电机和电网的频率十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。灯光熄灭法2/1/202324不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象：1）频率不等。相灯呈现同时暗、亮的变化很快，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。2）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。3）相序不等。三个相灯明暗呈旋转变化状态，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。4）相位不等。三组相灯不熄灭，不能合闸并网，需微调转速。灯光熄灭法2/1/202325灯光旋转法2/1/202326灯光旋转法VAⅡCⅡBⅡAIBICI321

ⅡI利用跨接在发电机和电网间灯光的明暗来判断。相序相等时，发电机频率和电网不同时，三只灯端电压交替变化。2/1/202327

ⅡI加在此3组灯上电压显然不等。三组灯不是同时亮暗，此时⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗。231灯光旋转法2/1/202328

ⅡI①灯1继续亮，灯2渐暗，灯3更亮，，灯3最亮。当灯3最亮后，灯1亮度↑，灯2更暗，下一个最亮灯为1，再又轮到灯2最亮，逆时针转，最亮灯顺序为3-1-2-3-1-2。231灯光旋转法2/1/202329②下个最亮灯为2，再下个为1，灯光最亮顺序为321321，灯光顺时针旋转。

ⅡI123⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗③I与愈接近，灯光旋转速度越慢。灯光旋转法2/1/202330

ⅡI123

灯光旋转法用来寻找合闸时间，调发电机转速，使灯光旋转速度极慢，然后在A相灯熄灭，另2组灯亮度相等时，合闸并网。灯光旋转法2/1/202331优点：可以判断fII>fI或fII<fI。还可用来判断相序。如果出现灯光同时明暗，说明待并发电机与电网相序不符，绝对不允许投入并联。灯光旋转法若按灯光熄灭法接线，但灯光不是同时明暗而是旋转→相序不符。2/1/202332旋转法并车方法为：调节发电机励磁电流使发电机电压与电网电压相等；如果相序一致，灯光旋转，否则说明相序不一致，应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；调节发电机转速改变频率，直到灯光旋转十分缓慢，说明发电机频率2和电网频率1十分接近，这时等待灯1完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。灯光旋转法2/1/202333又称理想整步法。需对并车条件逐一检查和调整，费时较多。优点：冲击电流小，不会引起系统电压变化。不足：并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂，若合闸时刻不准确，可能造成非同步合闸。按自动化程度不同，有：手动准同步、半自动准同步和自动准同步。准同步并联法2/1/202334自同步法：用于事故状态下的并车。准确同步法并网时无冲击电流，但很麻烦，对危急情况不适用。自同步法：先检查发电机相序，将励磁回路串一电阻，大小约为10倍励磁绕组电阻rm(限流)，拖动转子使：n≈n1，(拖动方向与n1一致)直接合闸，然后加励磁，通过自整步作用由电网将其拉入同步。自同步并联法特点：操作简单迅速，但冲击电流较大，所以用于事故状态下并车。2/1/202335自同步并联法注意：励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。

2/1/202336条件：电压大小相位相同频率相同电压波形相同相序相同发电机与电网的对应相的电压应同相位方法准同步法自同步法并联运行的条件及方法2/1/202337第二节并列运行的同步发电机电磁功率与功角特性

2/1/202338输入功率P1机械损耗pm附加损耗ps铁损pFe电磁功率Pem定子铜损pcu1输出功率P2有功功率的平衡P0：空载损耗2/1/202339P1：由原动机输入的机械功率。

P0：空载损耗

pm机械损耗

pFe

铁心损耗

pf：励磁绕组铜耗由直流电源供给。P1PemP2P0=pFe+pmpcu同步发电机的功率及转矩2/1/202340Pem为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率。负载运行时，定子绕组中还存在定子铜耗pCu1，p2是发电机的输出功率。励磁回路消牦功率由原动机或其他电源供给，故不包括在功率流程图中。同步发电机的功率及转矩2/1/202341T1：发电机轴上输入的机械转矩T0：发电机空载时轴上的输入转矩T：电磁转矩同步发电机的功率及转矩2/1/202342

电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩与制动性质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。同步发电机的功率及转矩2/1/202343同步发电机的功率特性并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率恒定、参数为常数、空载电势E0不变（即If

不变）时，电磁功率和功率角之间的关系Pem=f(δ)为有功功率特性（也称功角特性）。功率特性的定义隐极同步发电机的功率特性凸极同步发电机的功率特性2/1/202344有功功率特性是同步发电机的基本特性之一，通过它可研究发电机接在无穷大电网上运行时，输出功率的情况，并进一步揭示机组的稳定性和发电机与电动机之间的联系与转化。假定：发电机并联于无穷大电网，磁路不饱和，忽略电枢绕组电阻。同步发电机的功率特性2/1/202345励磁电势与端电压的夹角忽略漏抗，δ’=δ，δ：转子磁极中轴线与气隙磁极中轴线的夹角（与的夹角）超前时，δ取正值。δ′δδ′功角为正时，对应发电机运行状态；功角为负时，对应电动机运行状态。发电机的功角2/1/202346δ为正时，主磁极磁场拖动气隙磁场旋转（同时对有向后拖动的力）此时Pem>0，同步机向电网发出电功率，为发电机工作状态。SNδδ为正n1功角δ对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。发电机的功角2/1/202347δ为负，气隙磁场拖动励磁磁场旋转，此时电磁转矩Tem<0，同步电机从电网吸收电功率，为电动机工作状态。SNδδ为负n1发电机的功角2/1/202348功角δ的双重物理意义是励磁电势和电压间的时间相角差。是励磁磁势和合成磁势间的空间相角差。2/1/202349功角δ物理意义图示A2/1/202350

功角δ

是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角。功角δ物理意义图示B2/1/202351假定：电机不饱和，且忽略定子电阻ra，即忽略定子铜耗隐极同步发电机的功角特性δ2/1/202352当功角=90时，电磁功率达到最大值，称为功率极限。功率极限正比于励磁电压，反比于同步电抗。隐极同步发电机的功角特性结论：隐极同步发电机电磁功率与功角为正弦关系。PemδmUE0/Xs02/1/202353

功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。

隐极同步发电机的功角特性2/1/202354电磁转矩和功率成正比，电磁转矩为：隐极同步发电机的转矩特性转矩特性曲线与功率特性曲线相同。标么值表示时取速度基值为同步转速，所以同步电机正常运行时转速标么值为1，转矩和功率便有相同标么值。转矩与功率是什么样关系？同步发电机电磁转矩与功率关系又如何？2/1/202355凸极同步发电机的功率特性不饱和隐极同步发电机凸极同步电机功角特性的表示就有所不同2/1/202356凸极同步发电机的相量图

凸极同步发电机的功率特性2/1/202357Rad轴凸极同步发电机的功率特性2/1/202358凸极同步发电机的功率特性2/1/202359凸极同步发电机的功率特性凸极机电磁功率Pem由两部分组成：：隐极机的功角特性，为励磁功率；：与励磁无关，但需要有端电压，以及d,q轴磁导要有差异。为附加电磁功率（磁阻功率）。无论凸极机、隐极机，当功角δ=0时，Pem=0。2/1/202360Pemδ0321123基本电磁功率（励磁功率）附加电磁功率（磁阻功率）总电磁功率凸极同步发电机的功率特性2/1/202361

最大电磁功率比具有相同的E0、U及xd的隐极同步发电机略大。当同步电机的E0愈大，附加电磁电磁功率在整个电磁功率中所占的比例就愈小，在正常情况下，附加电磁功率仅占百分之几。Pemδ0321凸极同步发电机的功率特性2/1/202362无功功率的功角特性定义

并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（xd、xq、xs）为常数、空载电势E0不变（即If

不变）时，Q=f(δ)为无功功率功角特性。无功功率与功角的关系2/1/202363δ当E0，U，Xs一定时，Q=f(δ)

当Q>0，发电机发出感性无功（吸收容性）。当Q<0，发电机吸收感性无功（发出容性）。Pem

δ0QPemQ无功功率与功角的关系2/1/202364凸极同步发电机无功功率的功角特性隐极同步发电机无功功率的功角特性无功功率与功角的关系2/1/202365第三节并列运行时有功功率的调节与静态稳定

2/1/202366功角特性Pem=f(δ)反映同步发电机电磁功率随功角变化的情况。稳态运行时，发电机电磁转矩T

和电磁功率Pem之间成正比关系：

T=Pem/1

有功功率的调节

T1=T0+T

要改变发电机输送给电网的有功功率，必须改变原动机提供的动力转矩，可通过调节水轮机的进水量或汽轮机的汽门实现。2/1/202367假设发电机与无穷大电网并联运行，并网后，电压和频率与电网保持一致，这是与无穷大电网并联运行的特点。以隐极同步发电机为例，投入并联前，发电机处于空载。有功功率的调节δ,δ=0;Pem=0()2/1/202368刚并网时：原动机输入功率用来平衡各种损耗，此时δ=0，定、转子磁极轴线重合，Pem=0，在功角特性原点上。有功功率的调节输入机械功率↑，假设励磁电流保持不变，则P1>P0，P1－P0>0，发电机转子加速，转子磁场超前气隙合成磁场，δ＞0。δ↑，P2=Pem

↑>0，当P1－P0=Pem时，加速过程结束，稳定运行，机械功率转化成电磁功率，发电机输出有功功率P2。发电机内部自动改变位移角，相应改变电磁功率和输出功率，达到新的功率平衡。2/1/202369并联于无穷大电网的同步发电机要增加有功功率输出，只有增加原动机输入功率，使转子加速，功角δ增加，电磁功率和输出功率相应增加，直到δ=900，电磁功率达到功率最大值。功率极限范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。Pemax也称功率极限。有功功率的调节——结论2/1/202370发电机的静态稳定静态稳定的定义：与电网并联，运行在某一点的发电机，受一外界干扰偏离原工作点，当干扰消失后，发电机若能恢复到原来的工作点，称之为静态稳定。否则称之为不稳定。注意：同步发电机遇到突然加负载、切除负载等正常操作时，或者发生短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非常运行时，发电机能否继续保持同步运行的问题，则属于动态稳定问题。2/1/202371Pemδ09001800A设发电机原工作点为A点，功角为δA。

此时T1=T+T0

发电机的静态稳定2/1/202372若原动机输入的能量增加

T1↑，T1>T0+T,则发电机转子突然加速，δ↑，电磁功率↑，抑制功角增大。A’且↑，直到稳定。Pemδ09001800A发电机的静态稳定2/1/202373当干扰消失，输入转矩又降为T1，T1<T’+T0，转速下降，δ’↓，直至T1=T+T0，又回到A点。A’Pemδ09001800A发电机的静态稳定A点是稳定运行点。2/1/202374若发电机工作在B点，，T1=T+T0干扰消失，T1>T’+T0，电机加速，T’↓，电机失去同步。B点不是稳定运行点。Pemδ09001800ABB’输入突然增加

发电机的静态稳定2/1/202375失去同步后，同步发电机必须立即减小原动机输入机械功率，否则将使转子达到极高转速，以致离心力过大而损坏转子。失步后，发电机频率和电网频率不一致，定子绕组中出现大电流而烧坏定子绕组。保持同步是十分重要的。为了判断同步发电机是否静态稳定并衡量其稳定程度，引入比整步功率(隐机机为例)发电机的静态稳定2/1/202376功角0到m范围内，↑，

Pem

↑，，同步发电机稳定运行。当功角达到m时，↑（励磁电流不变），Pem↓，，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转速越来越大，失去同步，不能稳定运行。，，发电机处于极限位置。发电机的静态稳定2/1/202377隐极机：当δ<900稳定;δ>900不稳定，δ=900稳定极限。且δ越小，越大，稳定性越好,δ越接近900稳定度越低。结论：要提高稳定性，可增大If，减小xs。Pemδ01800发电机的静态稳定2/1/202378比整步功率Psyn越大，静态越稳定；空载时，δ=0，Psyn最大，最稳定；

δ=π/2，Psyn=0，进入不稳定状态；

δ>π/2，Psyn<0，失去稳定。并网运行发电机，短路比大（同步电抗小）的发电机，较短路比小的同步电机比，有功功率相同时，功角要小些，故短路比大的同步电机稳定性较好；输出有功功率相同时，过励状态下功角较小，故过励状态下稳定性好；轻载时功角较小，故轻载时稳定性好。发电机的静态稳定2/1/202379并网发电机输出有功功率可通过调节原动机输入机械功率来改变。电机有功功率极限是Pemax。为使发电机稳定运行，应使最大电磁功率比额定电磁功率大得多。发电机的最大电磁功率与额定电磁功率之比，称为过载能力，用Km表示，对于隐极发电机：发电机的静态稳定2/1/202380过载能力越大，电机稳定性越好。对于汽轮发电机，额定情况下功角为30~40

，过载能力为1.6-2.0。过载能力表示静态稳定的能力，不是发电机可过载的倍数。设计时从提高稳定观点考虑，不是从发热观点考虑。发电机功率极限和比整步功率都正比于励磁电势，反比于同步电抗，所以要提高稳定性，可增大励磁电流、减小同步电抗。发电机的静态稳定2/1/202381若发电机经变压器及输电线与电网并联，xT是变压器短路电抗，XL为输电线路电抗，且都折算到发电机侧的数值，发电机最大电磁功率：过载能力降低，线路较长时，对稳定运行很不利。为了提高远距离输电的静态稳定，除系统中采取措施外，从发电机角度来说，希望发电机有较小的同步电抗，即有较大的短路比。发电机的静态稳定2/1/202382发电机的励磁电流不变时，δ变化使无功功率发生变化。感性无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导致无功功率改变符号，要避免发生。只改变有功时，应在调节有功的同时适当调节发电机的励磁电流。发电机的静态稳定2/1/202383功率调节：调节原动机的输出功率（改变汽门或水门大小）→有功功率输出变化→功角δ变化，无功功率Q也变化。小结（1）静态稳定：1.定义：受到扰动后，扰动消失能恢复到原状态。2.判据：比整步功率（隐极电机）…………稳定运行…………不稳定运行…………极限位置

结论：随δ↓→Psyn↑→稳定性好。

2/1/202384静态过载能力(隐极电机）:小结（2）①δ=25-35°；②提高Km(δN)的方法：提高E0或Xs；2/1/202385课堂练习—判断对错改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。 一并联在无穷大电网上的同步电机，要想增加发电机的输出功率，必须增加原动机的输入功率，因此原动机输入功率越大越好。答错答错2/1/202386第四节并列运行时无功功率的调节与V型曲线

接在电网负载除了消耗有功功率外，还要消耗感性无功功率，如异步电机、变压器、电抗器等。所以电网除了供应有功功率外，还要供应大量滞后性的无功功率。电网所供给的绝大部份无功功率是由并网的同步发电机共同分担。2/1/202387同步发电机向系统输出有功的同时也向系统输出感性无功，此时电枢反应是去磁性质，要维持机端电压不变，需增加励磁电流。因此无功调节必须依靠励磁电流的调节。保持原动机拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，原动机输入功率不变，则发电机输出有功亦不变。并列运行时无功功率的调节2/1/202388输出有功功率为零，功角为零。发电机励磁电势等于端电压，电枢电流为零，且不存在电枢电势，励磁绕组的主磁势与合成磁势相等，此时称发电机正常励磁。假设：不考虑电枢电阻，电网电压为常数。发电机未带有功时无功的调节2/1/202389励磁电流If↑发电机产生一滞后电流，此电流产生去磁电枢磁势，以保证端电压不变。Ff↑，E0↑，发电机端电压仍为电网电压。结论：发电机发出感性无功功率，且励磁电流

If越大，I越大，无功功率也越大。发电机未带有功时无功的调节2/1/202390励磁电流If↓Ff

减小，E0减小，发电机端电压仍为电网电压。发电机产生一超前纯电容性电流，此电流产生助磁电枢磁势，以保证端电压不变。结论：发电机发出容性无功功率，且励磁电流

If越小，I越大，无功功率也越大。发电机未带有功时无功的调节2/1/202391图17-15无功输出为零不同励磁时的相量图

发电机未带有功时无功的调节2/1/202392发电机供恒定有功功率调节无功时，不改变原动机输入，有功保持不变。即：在改变无功时，电枢电流的终点必在BB’上，而励磁电势的终点必在AA’上。BAA’B’δ2/1/202393BAA’B’①正常励磁电流If0。规定：当发电机输入不变有功，输出电枢电流，当时的励磁电流定义为正常励磁电流，此时与同相。②若If，则E0↑，设E0↑至E02,滞后于，过励状态：电枢除有功分量外，还向电网输出感性无功。发电机供恒定有功功率2/1/202394BAA’B’③若If↓<If0，欠励:E0至E03

，超前于，发电机吸收感性无功（发出容性无功）。发电机供恒定有功功率2/1/202395P2=常数，调节励磁时的相量图

发电机供恒定有功功率2/1/202396发电机与无穷大电网并联时，如果发电机的输入有功功率不变，只调节励磁电流，不仅能改变无功功率的大小，也能改变无功功率的性质。过励时，发电机发出感性无功功率。欠励时，发电机发出容性无功功率。结论2/1/202397定义：并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流I和励磁电流If

的关系曲线I=f（If）。同步发电机的V形曲线2/1/202398同步发电机的V形曲线2/1/202399①cos=1,I最小，不论If↑或者If↑，I都将增加；②正常励磁对应于空载，I=0,当If↑时I↑，发出感性无功，过励;If↓时I↑，发出容性无功，欠励；③Pem↑，U形曲线上抬，Pem2>Pem1>Pem0

；IIf0欠励过励正常励磁领先滞后cos=1不稳定区Pem2Pem1Pem0同步发电机的V形曲线2/1/2023100④cos=1的连线，随有功输出的增加，该线向右倾斜，是由于有功功率与定子电流成正比，随着P增加，I也增加，IxS增大，其中端电压不变，则必须增加一些励磁电流，才能保证cos=1,即当Pem↑，正常励磁电流增加；IIf0欠励过励正常励磁领先滞后cos=1不稳定区Pem2Pem1Pem0同步发电机的V形曲线2/1/2023101⑤cos=1的左边属欠励区，电机发出容性无功，cos=1的右边属过励区，电机发出感性无功；⑥随If↓，↑，当If过小，

=900，电机将失去稳定。IIf0欠励过励正常励磁领先滞后cos=1不稳定区Pem2Pem1Pem0同步发电机的V形曲线2/1/2023102V形曲线的几个特点有功功率越大，U形曲线越高;每条曲线的最低点，cosφ=1，定子电流最小，不管励磁电流增加或减小，定子电流都将增大;励磁电流增大受绕组最大允许电流限制，否则电枢绕组过热损坏;各U形曲线最低点连接线，为cosφ=1的线，该连线向右倾斜;

因为随着有功功率的增加，IxS

也增加需相应增加励磁电流，以维持cosφ=1。2/1/2023103V形曲线的几个特点不稳定区域边缘：δ=900，连线向右倾斜；每条曲线上的电流变化量ΔI为无功分量；励磁电流增大时，电枢电流变化规律为先减小后增大。2/1/2023104*第五节同步发电机并网后正常运行分析

发电机并网后，向电网输送电能，电能的发、供、用在同一瞬间完成，必须保持系统功率的平衡；有功不平衡影响电网频率，无功不平衡影响电网电压。系统要稳定运行，必须随时保持系统有功、无功的平衡；并网发电机根据负载情况调整有功和无功输出，调节时应控制发电机的有功和无功、电压和电流及励磁电流等参数处于允许运行的限度范围内。2/1/2023105发电机工作状态与有功输出的关系有功调节依靠原动机输入功率调节实现。发电机并网后，若励磁不变，只开大汽门（或水门），即原动机出力↑，转子轴上机械转矩↑，输入的机械转矩T1大于电磁转矩T，转子升速，功角δ↑，电磁功率↑，发电机输出功率↑。新条件下保持,得到新的平衡，这时定子电流和无功都将改变。2/1/2023106调节有功功率对发电机运行状态的影响调原动机输入功率对无功的影响以隐极机为例PemδQ02/1/2023107Pemδδ1δ2Q120①②③④①Pem=0，

最大值，感性；②Pem↑，↑,Q↓③当Pem↑，E0cos=U，Q=0，此时

<900；④当Pem↑，E0cos<U；Q<0，可见，Pem↑，Q↓，甚至由感性至容性。调节有功功率对无功的影响2/1/2023108设If不变，则E0不变。①Pem=0，=0,,滞后90°1调节有功功率对发电机定子电流的影响2/1/2023109δ21δ3②E0不变，P1，Pem,δ

，轨迹为一圆。由知P1，

Pem↑,

δ

，IXs，

I,感性），Pem

，（容性）。

调节有功功率对发电机定子电流的影响2/1/2023110发电机工作状态与有功输出的关系2/1/2023111若只开大汽门（或水门），不调励磁，发电机发出的无功由感性到容性，称为欠励磁状态，发电机向电网输送有功，同时又向电网吸收无功。发电机一般不允许欠励运行，这时应增加励磁，使定子电流大小和相位变化，发电机从欠励过渡到正常励磁。继续增大励磁，定子电流增大，发电机发出感性无功，运行在过励状态。发电机工作状态与有功输出的关系2/1/2023112一般发电机设计和运行在过励状态，即向电网输送有功的同时，输送感性无功。正常情况下，功率因数为0.8(滞后)，即发电机每发出l00kW有功，同时发出700-750kVar无功。以保证系统对有功、无功的需求。在运行期，电站可按调度要求或实际情况发送有功和无功，让水流充沛的电站多发有功。但多发有功的发电机要注意定子电流不得超过允许值，同时为了运行稳定性，功率因数一般不得超过0.95(滞后)。发电机工作状态与有功输出的关系2/1/2023113发电机工作状态与工作电压的关系

发电机并联运行时，电网电压波动导致发电机端电压波动。假定原动机输入到发电机轴上的功率不变，则发电机输出有功不变，同时励磁电流无改变，励磁电势E0不变。2/1/2023114CD正比于有功输出，DC不变，则发电机有功输出不变，励磁电势E0不变，端电压U改为U，端电压U的端点轨迹在直线上。端电压从C降到C，功角变大，定子电流略增加且更加滞后，相应的无功输出也必然发生变化。电网实际运行中，允许电压波动，比如5%。发电机工作状态与工作电压的关系

2/1/2023115电机电压下降5%，铁心磁密↓，铁心温升↓，允许定子电流略增，一般不超过额定值的5%，否则会因绕组铜耗增大而引起电机温升增加；电压增大5%，铁心磁密↑，漏磁↑，转子铁心表面产生附加损耗↑，转子过热，同时定子铁心温升↑，电机温升