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1、第五章 第四部分 同步发电机的并联运行 基本要求：基本要求： 1 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 2掌握并联运行的基本分析方法，包括：掌握并联运行的基本分析方法，包括： 基本电磁关系、功率及转矩平衡方程基本电磁关系、功率及转矩平衡方程 有功功率和静态稳定判据有功功率和静态稳定判据 无功功率的调节及无功功率的调节及V V形曲线形曲线 5.4.1 5.4.1 概概 述述 同步发电机并联运行的优点：同步发电机并联运行的优点： 1.1.电能的供应互相调剂，合理使用。电能的供应互相调剂，合理使用。 2.2.增加供电的可靠性。增加供电的可靠性。 3.3.提高
2、供电质量。提高供电质量。 4.4.系统愈大，负载就愈趋均匀；不同性质的负系统愈大，负载就愈趋均匀；不同性质的负 载，互相起补偿作用。载，互相起补偿作用。 理想的无限大电力系统指其容量无限大理想的无限大电力系统指其容量无限大 ，即电压，即电压 = =常数，频率常数，频率 = =常数。常数。 理想的无限大电力系统：理想的无限大电力系统： 5.4.2 并联合闸的条件和方法 一、并网条件一、并网条件 r1r2 E1 E2 R 2 1 2 1 分析两个电池什 么条件下才能并 联？ 变压器的并联变压器的并联 负 载 同步发电机的同步发电机的并联并联运行运行 同步发电机并联到电网须满足四个条件：同步发电机并
3、联到电网须满足四个条件： 1.1.发电机频率等于电网的频率；发电机频率等于电网的频率； 2.2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值； 3.3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同；发电机的电压相序与电网的电压相序相同； 4.4.发电机的电压相位与电网电压的相位一致。发电机的电压相位与电网电压的相位一致。 发电机并网时避免产生大的电流冲击和转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轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网 的安全运行。的安全运行。 二、满足并网条件的目的二、满足并网条件的目的 电气设备及其系统电气设备及其系
4、统. . 中国电力出版社中国电力出版社, 2000, 2000：p156p156 冲击电流： 为了将同步发电机为了将同步发电机 调调 整到符合并联条件整到符合并联条件 后后 进行并网操作，最进行并网操作，最 基基 本方法分为本方法分为暗灯法暗灯法 和和 旋转灯法旋转灯法两种。两种。 (1)(1)暗灯法：暗灯法：其接线如右其接线如右 图所示图所示 V 三、并网方法三、并网方法 请思考以下两个问题：请思考以下两个问题： （1 1）如果其中某个条件）如果其中某个条件 不满足，三个相灯不满足，三个相灯 会呈现什么灯光特点？会呈现什么灯光特点？ （2 2）如何调节发电机，）如何调节发电机， 使其最终满足
5、并网使其最终满足并网 条件？条件？ 某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位 a. a. 只是只是频率不等频率不等 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 结论：结论： 相灯会呈现同时灭、相灯会呈现同时灭、 再同时亮起的交替再同时亮起的交替 变化现象，说明发变化现象，说明发 电机与电网的频率电机与电网的频率 不同。不同。 需调节原动机转速需调节原动机转速 从而改变发电机频从而改变发电机频 率。率。 发电机电压相量和电网发电机电压相量和电网 电压相量反相位时刻电压相量反相位时刻 b.
6、b.只是电压不等（发电机频率已调整到很接只是电压不等（发电机频率已调整到很接 近电网频率）近电网频率） 此时，此时，3 3个相灯灭最暗个相灯灭最暗 结论：结论： 三个相灯没有绝对三个相灯没有绝对 熄灭的状态，而是熄灭的状态，而是 在最亮和最暗范围在最亮和最暗范围 内缓慢交替变化。内缓慢交替变化。 需调节励磁电流从需调节励磁电流从 而改变发电机的端而改变发电机的端 电压。电压。 c.c.只是相序只是相序不等不等（发电（发电 机频率已调整到很接近机频率已调整到很接近 于电网频率）于电网频率） 1 1号相灯灭，号相灯灭，2 2、3 3号相灯亮号相灯亮 2 2号相灯灭，号相灯灭，3 3、1 1号相灯亮
7、号相灯亮 结论：结论： 三个相灯依次呈明三个相灯依次呈明 暗交替变化状态，暗交替变化状态， 即灯光旋转状态。即灯光旋转状态。 说明发电机与电网说明发电机与电网 的相序不同。的相序不同。 通过相灯旋状方向通过相灯旋状方向 还可以判定还可以判定频率大频率大 小小。 需对调发电机出线需对调发电机出线 的任意两根接线。的任意两根接线。 3 3号相灯灭，号相灯灭，1 1、2 2号相灯亮号相灯亮 d. d. 相角不等（发电机频率已调整到很接近相角不等（发电机频率已调整到很接近 于电网频率）于电网频率） 三个相灯不同时熄三个相灯不同时熄 灭，不能合闸并网。灭，不能合闸并网。 结论：结论： 等待三个相灯都完等
8、待三个相灯都完 全熄灭的一刻，说全熄灭的一刻，说 明发电机电压和电明发电机电压和电 网电压同相位，就网电压同相位，就 可以合上并网开关，可以合上并网开关， 完成发电机的整个完成发电机的整个 并网操作。并网操作。 (2)(2)旋转灯法旋转灯法 其接线如右图所示。其接线如右图所示。 思考：思考： 采用旋转灯光法如采用旋转灯光法如 何从灯光变化判断何从灯光变化判断 四个并网条件？四个并网条件？ V a.a.当（当（1 1）号相灯完全熄灭时，（）号相灯完全熄灭时，（2 2）、（）、（3 3）相灯亮）相灯亮 度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网 电压相
9、位相同；电压相位相同； b.b.可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于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。或低于电网频率。 旋转灯光法相比暗灯法的优点：旋转灯光法相比暗灯法的优点： 自同步法：自同步法： 这种方法基本思路是：先校验好同步发电机的相这种方法基本思路是：先校验好同步发电机的相 序，励磁回路经限流电阻短路，把转速调到接近序，励磁回路经限流电阻短路，把转速调到接近 同步速（发电机与电网频率差同步速（发电机与电网频率差5%5%以下），先合上以下），先合上 并联开关，立即加励磁，靠定、转子间电磁力自并联开关，立即加励磁，靠定、转子间电磁力自 动把转子牵入同步
10、。动把转子牵入同步。 5.4.3 同步电机并网运行的理论基础 基本要求： 3掌握同步发电机并网运行时功率及转矩平衡方程式 1掌握同步发电机并网空载运行的基本电磁关系 2掌握同步发电机并网负载运行的电磁转矩 原动机的拖动转矩 等于空载矩 ，发电机不向 电网输出有功功率。 除了除了 ，还包括有功功率或有功电流为零的状态。，还包括有功功率或有功电流为零的状态。 1同步发电机空载运行空载运行时的功率及转矩 一、空载运行一、空载运行 同步发电机的理想条件: 发电机的端电压大小、频率以及相位与电网完全 相同，同步发电机定子绕组完全没有电流。 空载时改变发电机的励磁电流 减少励磁 增加励磁 原动机输出转矩不
11、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。 结论： 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。 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。 +A +A 结论： 空载运行时，气隙磁动势和励磁磁动势同相位，定转 子之间产生相吸引的力，使定子表现为椭圆，转子旋转 一周，椭圆的长轴旋转两周。 调节原动机的输出转矩 ，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 。由于电网频率不会改变， 的频率也不会变，所以气隙磁密 维持恒定的 同步速
12、度。 并联到电网上的发电机，能够调节的物理量： 励磁电流和原动机输出转矩。 代表转子位置的空间向量 在空载时与 同相位； 增大瞬间，转子加速使得 领先 一个角度 二、负载运行二、负载运行 1同步发电机的电磁转矩 +A . 制动力矩 2. 转矩平衡和功率平衡 电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为： 功率平衡式： 输入功率 电磁功率 输出功率 思考：内功率因数角？ 5.4.4 有功功率的调节和静态稳定 并联运行的同步发电机，当输入转矩增加时，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。 1.隐极发电机：若忽略电阻 ， 则 （2） 一定时，改变励磁 电流 ，若 则 （1）保
13、持励磁电流 不变时， 值与 角 按正弦曲线变化。 请比较 和 的大小 功角特性： 09001800090009001800 1 当忽略电枢电阻时，凸极 式电磁功率亦等于输出功率。 2. 2. 凸极式发电机凸极式发电机 第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起 的，与励磁电势 成正比，称为励磁电磁功率 。 第二项在隐极机中不存在，与端电压 及交直轴磁 阻的差异 有关，称作凸极电磁功率。 电磁转矩: 由于凸极机的电磁功率有两个正弦函数叠加 而成，其最大电磁功率发生在 角小于 电角度 的位置。若 则， 。 1800090018000900180009000900 凸极同步发电机的凸极同步发电机的
14、 功角特性：功角特性： 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。 二、二、 调节有功功率时发电机输出无功功率调节有功功率时发电机输出无功功率 的变化的变化 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 的轨迹是一个圆(圆心是 ) ，电枢电流 向量的轨 迹也是一个圆(圆心是 )，把它们称为同步电机的
15、 圆图。 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。 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。 1 1发电机的稳定问题发电机的稳定问题 三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定 （2）动态稳定：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、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变化时，电机是 否还能保持同步运行的问题。 （1）静态稳定：
16、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U和频率f都为 恒定值，励磁电流 不变，其输入功率和输出功 率都不变），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，发电机若 能恢复到原来的稳定运行状态，即认为该发电机 是稳定的。 900180090090018009001800900 0 9001800 T (1) 隐极机 若原动机拖动转矩 不变，当 增大一个 时，电磁转矩 也增加一个 ，去掉干扰后，因 使电机自动回到原工作点（ ）， 是稳定的。 2 2静态稳定分析静态稳定分析 ，发电机是静态稳定的。 或 时为静态稳定极限。 ，发电机是不稳定的。 结论： 凸极机与隐极机相似， 发电机是静态稳定的。 ，为静态稳定极限，但此时 ，发电机是不稳定的。 18000900180
