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1、5.4 同步发电机的并联运行,并联运行 功角特性 有功功率调节、稳定的概念 无功功率调节、V形曲线,一、同步发电机的并联运行,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。,1、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。,同步发电机的并联
2、运行,2、并联运行的基本条件,必须与电网有相同的额定电压和相同的额定频率 因激磁可以自由调节、空载电势可以不相同（同步电抗的数值并不能决定负载电流的分配与变压器并联运行对照）。 同步电抗有不同数值的发电机可并联运行，并获得合理的负载分配通过功率的调节手段。,同步发电机并联到电网须满足四个条件：,二、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。,2.1 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 2.相等的电压波形、大小和相位 3.相等或接近的频率,波形由设计、制造自行
3、满足,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,2.2 并车的准备工作,1.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。 2.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。,准确同步法（同步指示灯法）,并车方法： 通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等 ； 电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现
4、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； 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,同步指示灯,并车方法： 通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等 ； 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； 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。,2.3 自同步法,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25)，在无励
5、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。 需要注意的是，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。 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,三、隐极同步发电机的功角特性,功率流程图 等效电路 相量图,3.1 功率关系式,取实部，有功,3.2 功角的时空概念,在时间上：端电压（U与E相位基本相同）和励磁磁势之间的相位差 在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。 稳定运行
6、时， Ff和F 之间无相对运动，d固定。 功角d为正值时，为发电机运行。,3.3 隐极机的功角特性,发电机运行,过载能力kM,最大功率与额定功率之比,考虑电枢电阻后的功角特性,电枢电阻的存在，使最大功率减小,3.4 隐极机的转矩特性,转矩特性与功角特性形状相同,电角速度,四、凸极机的功角特性,1. 作出相量图,2. 推导,关键： 先作出E0的方向,发电机,电动机,五、有功功率的调节,5.1 有功功率的调节,电机的极限功率,1空载时：P=PM=0 P1=P0，处于平衡状态 =0,2增加机械功率输入： P1P0， P1-P00 过渡过程：电机加速，转子磁场位置将超前合成磁场， 0 随着 增加，P=
7、PM0增加，当达到P1-P0=PM时，电机加速过程结束 稳定运行：转化来的电磁功率，使输出有功功率P,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（如保持励磁电流不变）,问题：,若输入机械功率发生突然变化，发电机的运行状况 若输出端发生突然变化，,5.2 静态稳定,扰动发电机输入功率的微动 静态稳定瞬时扰动消除后继续保持原来的平衡运行状态,结论：处于功角特性的曲线上升部分的工作点，是静态稳定的，即,概念：比整步功率,空载时， =0，Pss最大，最稳定 =/2，Pss=0，将进入不稳定状态 /2，Pss0，失去稳定,s,5.3 动态稳定,扰动负载突然变化（加、卸、短路
8、、失磁、电压突变）,a点：原正常运行点,曲线2：电网电压因事故明显降低,曲线3：电压降低很大,分析：比较下列情况电机的稳定性,短路比大小：短路比 大，则同步电抗 小，Pmax大，一定P时，角 较小，稳定性好。 过激与欠激：有功一定时，过激时E0大，角 小，稳定性好。 轻载与满载：激磁相同时，Pmax相同，轻载时角小，稳定性好。 直接接电网或通过电抗接电网：通过外电抗接电网，则最大输出功率由电抗分配，较直接接电网时小，一定P时，角 较大，稳定性差。,六、无功功率的调节,六、无功功率的调节,不计电枢电阻时隐极电机的无功功率,隐极机的无功功率功角特性,设功率为PT，运行于a点，功角a,假设原动机有功
9、功率不变，减小励磁电流，则E0减小,功角特性幅值降低，运行点变为b点，功角为b，相应无功变为Qb，即减小了无功输出。 （静态稳定度降低）,6.2 有功不变时的无功调节,当调节励磁时，E0发生变化，使定子电流I和功率因数同时变化,6.3 无功功率的V形曲线,电枢电流和激磁电流之间关系的曲线。 （有功功率保持不变时） 对应于不同的有功功率，有不同的V形曲线。当输出的功率值愈大时，曲线愈向上移。,cos =0.8超前,cos =0.8滞后,过激,欠激,结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少激磁，进一步减小激磁将使发电机失去稳定。,结论：无功功率调节特性,当发电机与无穷大电网并联时，调节激磁电流
10、的大小，就可以改变发电机输出的无功功率，不仅能改变无功功率的大小，而且能改变无功功率的性质。 当过激时，电枢电流是滞后电流，发电机输出感性无功功率。 当欠激时，发电机输出容性无功功率，电枢电流是超前电流。,例题分析,一汽轮发电机，额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗为xs*=1.0，并联在无穷大电网上运行 （1）供结90%额定电流时的输出有功和无功（额定功率因数），空载电动势E0和功角； （2）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的110%，如励磁保持不变，则角和无功如何变化； （3）如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的空载电动势E0和功角。,例题分析,一汽轮发电机，额定功率因数为0
11、.8（滞后），同步电抗为xs*=1.0，并联在无穷大电网上运行,分析： 1. 并联在无穷大电网上，不论输入机械功率、励磁电流和负载如何变化，则输出电压保持为额定电压；,2. 计算空载电动势 需先知道输出电流的相量,解：90%额定电流，且有额定功率因数，则 输出有功功率为0.72，无功功率为0.54 空载电动势,例题分析,一汽轮发电机，额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗为xs*=1.0，并联在无穷大电网上运行 （1）供结90%额定电流时的输出有功和无功（额定功率因数），空载电动势E0和功角；,解：有功为额定的110%，则P*=0.8*1.1=0.88 励磁保持不变，则空载电动势E0=1.70
12、（大小不变） 根据电压方程式，反过来计算输出电流,例题分析,一汽轮发电机，额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗为xs*=1.0，并联在无穷大电网上运行 （2）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的110%，如励磁保持不变，则角和无功如何变化；,解：有功为额定的110%，则Ia*=0.8*1.1=0.88 保持无功不变，即Ir*=0.54 根据电压方程式计算空载电动势 空载电动势的有效值有1.7增加到1.77，则需要增加励磁电流。,例题分析,一汽轮发电机，额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗为xs*=1.0，并联在无穷大电网上运行 （3）如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的空载电动势E0和功角。,思考题,发电机的定子电流的功率因数的确定 1.单独给对称负载供电时，由负载阻抗决定 2.与大电网并联时，负载由电网供给，发电机担负的有功由其原动机的功率大小决定；担负的无功功率决定于发电机的励磁电流，过激时功率因数滞后，欠激时超前。,作业,思考题 13 15 19 习题 12 14 16 18,
