第18章同步发电机的并网运行课件

第18章同步发电机的并网运行18同步电机的并联运行单机供电的缺点：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)，无法实现供电的灵活性和经济性。通过并联可将几台发电机或几个电站并成一个电网。第18章同步发电机的并网运行并联运行的含义将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并联运行的优点

无穷大电网的含义1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性；3、提高电能的质量。并列方法准同期法自同期法第18章同步发电机的并网运行同步发电机并联运行的意义

减少发电厂的储备容量

发电厂可以根据负荷的发展，相应地逐步增加发电机的台数。

提高发电厂运行的经济性

发电厂可按照负荷变化倩况，确定投入并联运行的发电机台数。

提高供用电的质量和可靠性

由许多发电厂组成的电力系统，容量大，负荷变化时对系统的电压和频率的影响就小。第18章同步发电机的并网运行18.1

并联运行的条件一、准同期并列的条件待并发电机的电压与电网电压大小相等；待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；待并发电机电压频率与电网电压频率相同；待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件（4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。重点内容第18章同步发电机的并网运行此时,ab两端有电位差1.

电压大小不等在电位差的作用下发电机产生冲击电流，即冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。第18章同步发电机的并网运行电位差可达发电机电压的两倍，若此时并列，会产生很大的冲击电流，发电机会因遭受巨大的冲击力而损坏。冲击电流的影响：1)电枢绕组端部受力变形;

2)转轴上受冲击转矩的作用,使机轴扭曲变形;３)电枢绕组发热.2.

相位不同此时,ab两端有电位差第18章同步发电机的并网运行3.

频率不同转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。第18章同步发电机的并网运行频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠自整步作用，可以把发电机拉入同步。第18章同步发电机的并网运行4.

相序不同发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如△U不超过10%，相位差不超过10%，频率偏差不超过0.2%～0.5%（0.1～0.25Hz)。二、自同期法相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，当其转速接近同步速时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵入同步。并网前，励磁绕组需经限流电阻闭合。第18章同步发电机的并网运行同步发电机的整步并列、并车、整步

——将发电机并联至电网的手续在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。第18章同步发电机的并网运行并车条件使发电机每相电势瞬时值与电网电压瞬时值保持一直相等1.相同的相序波形由设计、制造自行满足相等的电压——波形、大小和相位相等或接近的频率频率不同，矢量E与U将产生相对运动，即产生一直变化的环流，引起发电机内的功率震荡波形不同，如发电机中有高次谐波，将产生高次谐波环流，增加运行时损耗如电压大小、相位不同，也产生一换流。如在极性相反时投入，环流将达到20-30IN，在电磁冲力作用下，定子绕组端部将受到大的冲击第18章同步发电机的并网运行满足并网条件的目的发电机并网时避免产生大的电流冲击和转

轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网的安全运行。第18章同步发电机的并网运行冲击电流：第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行并车的准备工作检查并车条件 通常用电压表测量电网电压 ，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压

U=U1。确定合闸时刻 借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。第18章同步发电机的并网运行同步指示灯并车方法：①通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等

；②电压调整好后，如果相序一致，

灯光应表现为明暗交替。如果灯光

不是明暗交替，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；③通过调节发电机的转速改变频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说

明频率已十分接近，等待灯光完全

变暗的瞬间（相位相同），即可合

闸并车第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行如果其中某个条件不满足，三个相灯会呈现什么

灯光特点？如何调节发电机，使

其最终满足并网条件？第18章同步发电机的并网运行某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位a. 只是频率不等第18章同步发电机的并网运行随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开相位差第18章同步发电机的并网运行结论：相灯会呈现同时灭、再同时亮起的交替变化现象，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。发电机电压相量和电网电压相量反相位时刻第18章同步发电机的并网运行b.只是电压不等（发电机频率已调整到很接近电网频率）第18章同步发电机的并网运行此时，3个相灯灭最暗第18章同步发电机的并网运行结论：三个相灯没有绝对熄灭的状态，而是在最亮和最暗范围内缓慢交替变化。需调节励磁电流从而改变发电机的端电压。第18章同步发电机的并网运行c.只是相序不等（发电机频率已调整到很接近于电网频率）1号相灯灭，2、3号相灯亮第18章同步发电机的并网运行2号相灯灭，3、1号相灯亮第18章同步发电机的并网运行结论：三个相灯依次呈明暗交替变化状态，即灯光旋转状态。说明发电机与电网的相序不同。通过相灯旋状方向还可以判定频率大小。需对调发电机出线

的任意两根接线。3号相灯灭，1、2号相灯亮第18章同步发电机的并网运行d. 相角不等（发电机频率已调整到很接近于电网频率）三个相灯不同时熄

灭，不能合闸并网。第18章同步发电机的并网运行结论：等待三个相灯都完

全熄灭的一刻，说

明发电机电压和电

网电压同相位，就

可以合上并网开关，完成发电机的整个

并网操作。第18章同步发电机的并网运行同步指示灯并车方法：①通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等

；②电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，如灯光同步则说明相序不一致；③通过调节发电机的转速改变频率，直到灯光旋转十分缓慢时，说明 频率十分接近，这时等待灯

3 完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行旋转灯光法相比暗灯法的优点：当（1）号相灯完全熄灭时，（2）、（3）相灯亮度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网电压相位相同；可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于或低于电网频率。第18章同步发电机的并网运行自整步法前提：相序一致将励磁绕组通过电阻短接拖动到接近同步速(相差2～5％)，在无励磁电流的情况下，将发电机接入电网再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。•为在需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将定、转子绕组间产生很大的冲击电流。优点：操作简单，方便快捷；•缺点：合闸时有冲击电流。约为励磁电阻的10倍适用于事故状态下的并车第18章同步发电机的并网运行空载时改变发电机的励磁电流减少励磁增加励磁第18章同步发电机的并网运行结论：

原动机输出转矩不变时，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，发电机不输出有功功率。②

原如果在合闸前，发电机空载电压与电网电压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还会有无功电流，即向电网发出无功功率。③

发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁磁动势基波同相位。第18章同步发电机的并网运行18.2

同步电机的并联运行18.1

有功功角特性及有功功率调节一、功率和转矩平衡输入功率P1机械损耗pmec附加损耗pad铁损pFe电磁功率Pem定子铜损pcu1输出功率P2第18章同步发电机的并网运行可得转矩平衡方程为或上式说明，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。第18章同步发电机的并网运行思考：内功率因数角？第18章同步发电机的并网运行二、有功功率功角特性功角它表示发电机的励磁电势E0和端电压U之间相角差。功角d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。功角d的空间含义功角的空间概念第18章同步发电机的并网运行忽略定子漏磁电势，认为U≈E0+Ea，E0对应于转子磁势Ff，Ea对应于电枢磁势Fa，可近似认为端电压U由合成磁势

F=Ff+Ea所感应。Ff和Ea之间的空间相角差即为E0和U之间的时间相角差d。1.从相量图上看，功角d在时间上表示励磁电势E0和端电压U之间的相位差，在空间上表现为合成磁场F轴线与转子磁场Ff轴线之间的夹角。2.在发电机内部,转子磁极轴线总是超前合成磁场轴线；磁力线是斜着通过空气隙，磁拉力的结果是在转子上产生了制动转矩。3.发电机并网运行后，定子合成磁场的转速永远不会改变,永远是以同步速旋转的.如何增加功率,就是增大原动机的动力因素。4.同步发电机稳定运行范围分析情况......d的范围...。第18章同步发电机的并网运行1.凸极电机第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行定义：并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、参数（ ）为常数、空载电动势 不变（即

不变）时， 为有功功率功角特性。凸极发电机的有功功率功角特性隐极发电机的有功功率功角特性第18章同步发电机的并网运行水轮发电机有功功率功角特性曲线水轮发电机的有功功率功角特性分两部分:附加电磁功率的特点:第18章同步发电机的并网运行汽轮发电机的功角特性曲线汽轮发电机的有功功率功角特性的特点:第18章同步发电机的并网运行功角 的双重物理意义1、是电动势 和电压 间的时间相位角;2、是感应电动势 的主磁通 和产生电压 的电枢等效假想磁通 之间的夹角。或称是励磁磁势 和合成磁势 间的空间夹角。第18章同步发电机的并网运行用图示功角的双重物理意义第18章同步发电机的并网运行转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动转矩而作功,实现机电能量转换,将由原动机输入的机械能转变为电能输出。可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了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，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。第18章同步发电机的并网运行可见，并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只需调节原动转矩。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。18.3并网后有功功率及无功功率的调节、V形曲线一、有功功率调节发电机空载运行时，原动机输入的功率用来平衡各种损耗，此时 ，定、转子磁极轴线重合，它们之间只有径向力而无切向力，所以 ，在功角特性的0点上。第18章同步发电机的并网运行当 处于0-dm范围时，随着d的增大，PM亦增大，发电机在这一区间能够稳定运行。而当d

>dm时，随着d的增大，PM反E0

cos

d

-

U

=

I

Xs

sin而减小，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，发电机将失去同步，故在这一区间发电机不能稳定运行。重要结论：在增加有功功率的同时也伴随着无功功率的减少。解释如下：无功功率的功角特性

Q

=

f（d）以隐极电机为例，画出相量图并作辅助线，由相量图知：••UQ

=

m

I

sin=（m

U

E0

cos

d

-

m

U2）/

Xs第18章同步发电机的并网运行同步发电机失去同步后,必须立即减小原动机输入的机械功率,否则将使转子达到极高转速,以致离心力过大而损坏转子。另外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此，保持同步是十分重要的。综上所述：并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率来改变的。而且电机承担的有功功率的极限是PMmax。当0<d<dm时发电机可以稳定运行；d>dm发电机不能稳定运行。应当注意，当发电机的励磁电流If不变时，d的变化也将无功功率的变化。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，这是应当避免的。因此如果只要求改变发电机所承担的有功功率。第18章同步发电机的并网运行调节有功功率时发电机输出无功功率的变化发电机励磁电流

=

常数时，励磁电势

= 常数，调节发电机输出有功功率时，因 角的不同，使得不仅输出的有功功率不同，而且输出的无功功率也会不同。第18章同步发电机的并网运行结论

1

：

当励磁电流

=

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，输出有功功率增大时，输出落后性无功功率会减小。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) ，电枢电流 向量的轨)，把它们称为同步电机的的轨迹是一个圆(圆心是迹也是一个圆(圆心是圆图。第18章同步发电机的并网运行静态稳定的概念静态稳定：指并联在电网上稳定运行的同步发电机，当受电网或原动机方面某些微小扰动时，能在这种干扰消失后，继续保持原来稳定运行状态的能力。在a点运行时电机具有静态稳定的能力。若干扰使功角δ增大到a′点，

Pem和Tem增大，迫使电机减速，功角δ变小，电机回到a点。干扰使功角δ减小时，有同样结论。所以

a点称为稳定运行点。而b点为不稳定运行点，分析略。第18章同步发电机的并网运行静态稳定的判据：比整步功率(kW/rad)对汽轮发电机，比整步功率为在电机稳定区域内，越大，电机稳定增长性越好。第18章同步发电机的并网运行过载能力最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。汽轮发电机的过载能力过载能力越大，电机的稳定性越好。过载能力是表达静态稳定的能力，不是发电机可以过载的倍数。过载能力设计得在一点，是从提高称定观点考虑的，不是从发热观点考虑的。第18章同步发电机的并网运行无功功角特性及V形曲线无功功率功角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（xd、xq、xt）为常数、空载电势E0不变（即

If

不变）时