同步發(fā)電機的并聯(lián)運行課件

目錄第一節(jié)12第二節(jié)3第三節(jié)4第四節(jié)第10章同步發(fā)電機的并聯(lián)運行一臺發(fā)電機獨立向負載供電的缺點每一臺發(fā)電機的容量有限制。若負載經常變化，輕載時運行效率低。發(fā)電機檢修則需要停電；否則要備用一臺同容量的機組，平時卻不用，不經濟。一臺發(fā)電機供電，供電的品質會受影響頻率和電壓會變化（負載突變時）。一般在較偏遠或無法與電網相聯(lián)的場合下使用。同步發(fā)電機的并聯(lián)運行無限大電網一臺發(fā)電機單獨供電時，電壓的頻率由原動機決定，調節(jié)勵磁電流可以調節(jié)電壓的大小。一臺發(fā)電機并聯(lián)于無限大電網運行時，調節(jié)原動機的轉速不會改變其電壓的頻率；調節(jié)勵磁電流也不能改變其電壓的大小。當一臺發(fā)電機的容量遠小于它所并聯(lián)的電網的容量時，電網可看成是無限大電網。無限大電網的容量可近似認為是無窮大，電網的電壓和頻率不變。10.1同步發(fā)電機并聯(lián)合閘的條件和方法并聯(lián)合閘條件要求發(fā)電機與電網電壓滿足4個條件：頻率相同；幅值相同，且波形一致；相序相同；相位相同。滿足4個條件時，合閘時發(fā)電機與電網電壓的瞬時值相同，不會產生電流沖擊。并聯(lián)合閘的條件和方法4個條件中任何一個不滿足，并網合閘時都會出現(xiàn)電流沖擊。在并網過程中，需要對4個并網條件進行檢查，調節(jié)直到滿足。如何判斷條件是否滿足？條件不滿足時如何處理？分析時將無限大電網視為一臺同步發(fā)電機，其電壓的大小和頻率不變。兩種最基本的方法：暗燈法，旋轉燈光法。暗燈法（1）頻率不等時調節(jié)方法調節(jié)原動機的轉速，使相燈亮暗變化很慢?，F(xiàn)象3個相燈同時亮，同時暗，亮暗交替變化；頻率相差越大，亮暗變化越快。暗燈法（2）電壓不等時調節(jié)方法調節(jié)發(fā)電機的勵磁，使電壓相等?，F(xiàn)象3個相燈都不會完全熄滅。相序相同、頻率相近時，3個相燈同時亮、同時暗，在最亮和最暗之間交替變化。相燈在低電壓時就會熄滅，并不說明電壓差為零?？捎秒妷罕韥頇z測。暗燈法（3）相序不同時現(xiàn)象3個相燈旋轉。暗燈法（4）相位不等時調節(jié)方法稍微調節(jié)發(fā)電機轉速，使相位差發(fā)生變化，燈光亮暗的頻率很低?，F(xiàn)象若頻率相同，則3個相燈都不會熄滅，且亮度不變。相等完全熄滅時，相位相同，此時即可并網。燈光旋轉法有意把相燈接在不同相的電壓之間，在相序正確時使燈光旋轉，這種并聯(lián)合閘方法稱為燈光旋轉法。采用暗燈法，在相序不同時，燈光出現(xiàn)旋轉。通過旋轉的速度和方向，可以判斷發(fā)電機頻率與電網頻率的差別和快慢。燈光旋轉法如果并聯(lián)合閘條件不滿足，會有何現(xiàn)象？應在一個相燈熄滅、另兩個相燈亮度相同時合閘。比暗燈法判斷更為準確。準確的并網合閘時刻如何判斷？10.2同步發(fā)電機并聯(lián)運行分析發(fā)電機并聯(lián)于無限大電網運行時，發(fā)電機電壓等于電網電壓，其頻率和大小都是不變的。如何調節(jié)，使發(fā)電機輸出有功功率、無功功率，負載將如何在發(fā)電機之間分配？發(fā)電機并聯(lián)運行時的兩個調節(jié)量發(fā)電機的勵磁電流原動機的拖動轉矩并聯(lián)運行分析在并網的4個條件都滿足的條件下并網合閘發(fā)電機空載電動勢與電網相電壓大小、相位都相同；發(fā)電機電樞電流為零，仍相當于空載運行。不進行任何調節(jié)時并聯(lián)運行分析在并網的4個條件都滿足的條件下并網合閘發(fā)電機不輸出功率，原動機只需要提供發(fā)電機所需的空載損耗p0，包括機械損耗pm（摩擦和風阻損耗等）和鐵耗pFe。發(fā)電機輸入功率

P1＝p0＝pm＋pFe調節(jié)勵磁電流電網電壓U不變。此時，發(fā)電機發(fā)出滯后性的無功電流，產生去磁的電樞反應。增大勵磁電流

If，則勵磁磁動勢Ff1增大，空載電動勢E0增大。調節(jié)勵磁電流電網電壓U不變。此時，發(fā)電機發(fā)出超前性的無功電流，產生增磁的電樞反應。減小勵磁電流

If，則勵磁磁動勢Ff1減小，空載電動勢E0減小。調節(jié)勵磁電流調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流只能使電樞繞組發(fā)出滯后（電感性）或超前（電容性）的純無功電流，即發(fā)電機可發(fā)出滯后或超前的無功功率。不能使發(fā)電機輸出或輸入有功功率。調節(jié)原動機的拖動轉矩電網電壓的頻率、大小、相位都不變。轉子是否會在拖動轉矩的作用下不斷加速？氣隙電動勢與電網相電壓近似相等，其頻率也不會發(fā)生變化。氣隙電動勢和電網電壓相量的轉速不變。但是轉子卻在拖動轉矩的作用下加速，使矢量Ff1超前矢量B、F。調節(jié)原動機的拖動轉矩分析轉子受力情況以磁通密度波超前+A軸90電角度時為例。磁動勢參考方向與前面一樣（出定子進轉子為正）；在轉子表面建立坐標系，與轉子一起旋轉；以磁通密度等于零處為坐標原點。調節(jié)原動機的拖動轉矩分析轉子受力情況勵磁電流不變時，C近似不變，電磁轉矩T

與sin

成正比。電磁轉矩T的方向是向的反方向，即朝向使

減小的方向，是制動性轉矩。T調節(jié)原動機的拖動轉矩增大原動機拖動轉矩T1，轉子加速，基波勵磁磁動勢超前氣隙磁通密度波角。角的出現(xiàn)使得轉子受到電磁力的作用，產生電磁轉矩T，其方向與拖動轉矩相反，大小與sin成正比。只要拖動轉矩T1不超過電磁轉矩T

的最大值，電磁轉矩T就能自動與拖動轉矩T1達到平衡，使發(fā)電機轉速仍為同步轉速，發(fā)電機與電網保持同步運行。調節(jié)原動機的拖動轉矩轉矩平衡關系原動機拖動轉矩等于電磁轉矩與空載轉矩之和。功率平衡關系Pem為制動性的電磁轉矩吸收的機械功率。電磁功率調節(jié)原動機的拖動轉矩功率平衡關系電磁功率電磁功率Pem

具有電功率的形式。電磁功率Pem

既是電磁轉矩吸收的機械功率，也是定子繞組中的電功率。說明發(fā)電機通過電磁感應作用，將機械功率轉換為電功率。（m

為定子繞組相數）調節(jié)原動機的拖動轉矩功率平衡關系電磁功率Pem減去定子繞組的銅耗pCu，就是輸出功率P2（有功功率）。定子繞組獲得的電磁功率（電功率）調節(jié)原動機的拖動轉矩功率流程圖以上分析表明：調節(jié)原動機的拖動轉矩，可以改變并聯(lián)運行的同步發(fā)電機向電網發(fā)出的有功功率。10.3有功功率的調節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定上式子都與發(fā)電機內部的物理量有關，使用不方便。希望利用外部可以得到的量、固定不變的量來表示、來計算。功角特性凸極同步發(fā)電機忽略電樞繞組電阻R。的夾角

稱為功角。功角特性凸極同步發(fā)電機的功角特性由兩部分組成。勵磁電磁功率凸極電磁功率與勵磁無關，需要有電壓，有交、直軸磁阻的不同。由于合成等效磁極吸引凸極電磁鐵產生電磁力引起。勵磁電流在氣隙磁場中產生電磁力引起。功角特性凸極同步發(fā)電機的功角特性勵磁電磁功率最大值比凸極電磁功率的最大值要大，因為：通常；對于滯后的負載電流，空載電動勢E0要高于電網相電壓U

。功角特性凸極同步發(fā)電機的功角特性凸極同步發(fā)電機的最大電磁功率出現(xiàn)在功角＜90的位置。功角特性隱極同步發(fā)電機電磁功率Pem與功角的正弦成正比?？梢暈橥箻O發(fā)電機在Xd＝Xq＝Xs時的特例。忽略電樞繞組電阻R。功角特性隱極同步發(fā)電機的功角特性發(fā)電機并聯(lián)運行時，相電壓U和頻率f

是常數，E0可由勵磁電流

If查氣隙線得到，Xs也是常數。

If不變時，電磁功率Pem與功角的正弦成正比。隱極同步發(fā)電機的最大電磁功率Pem

max出現(xiàn)在功角＝90的位置。同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的穩(wěn)定性同步發(fā)電機的穩(wěn)定問題有若干發(fā)電機或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負載調配和不正常事故時，發(fā)電機或電廠是否能保持同步運行的問題。分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的穩(wěn)定性同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定問題發(fā)電機在某一穩(wěn)定運行狀態(tài)，若電網或者原動機方面偶然發(fā)生一些微小的干擾，在干擾去掉后，發(fā)電機如果能回復到原來的運行狀態(tài)，則為穩(wěn)定的。不能回到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則為不穩(wěn)定的。同步發(fā)電機的動態(tài)穩(wěn)定問題發(fā)電機在負載突變等正常操作運行時，或者在突然短路、電壓突變、失去勵磁等非正常運行中，以及遭受到大的或一定數值的參數變化或負載變化時，發(fā)電機是否還能保持同步運行。并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定電磁轉矩隱極同步發(fā)電機凸極同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定的正、負標志著同步發(fā)電機是否能穩(wěn)定運行。運行穩(wěn)定。穩(wěn)定判據運行不穩(wěn)定。稱為整步轉矩系數。并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定整步轉矩系數整步轉矩系數的大小標志著同步發(fā)電機的穩(wěn)定能力。隱極同步發(fā)電機凸極同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定過載能力最大電磁轉矩Tmax（或最大電磁功率Pemmax）與額定電磁轉矩TN（或額定電磁功率PemN）之比。為保證具有一定的整步轉矩系數，具有一定的穩(wěn)定能力，額定運行時的功角一般設計在隱極發(fā)電機：N＝30～40；凸極發(fā)電機：N＝20～30。10.4無功功率調節(jié)和V形曲線電網中的設備除了需要供給有功功率外，還需要供給無功功率。如何調節(jié)同步發(fā)電機的無功功率，使其滿足負載的需要？異步電動機、變壓器等都需要無功功率；電網中的無功功率也需要平衡，負載需要的無功功率需要由發(fā)電機提供。并聯(lián)運行時的無功功率調節(jié)在并網的4個條件都滿足的條件下并聯(lián)合閘此時的勵磁電流稱為正常勵磁電流。發(fā)電機空載電動勢與電網電壓大小、相位都相同。此時發(fā)電機的定子電流為零，既不輸出有功功率，也不發(fā)出無功功率。并聯(lián)運行時的無功功率調節(jié)增大勵磁電流發(fā)電機此時發(fā)出滯后的無功電流，產生去磁的電樞反應。此時勵磁電流比正常勵磁電流大，稱為過勵磁。減小勵磁電流發(fā)電機此時發(fā)出超前的無功電流，產生去磁的電樞反應。此時勵磁電流比正常勵磁電流小，稱為欠勵磁。并聯(lián)運行時的無功功率調節(jié)保持發(fā)電機的有功功率不變，調節(jié)勵磁電流，電樞電流將如何變化？忽略電樞繞組電阻R相數m、電網電壓U、同步電抗

Xs不變，則并聯(lián)運行時的無功功率調節(jié)正常勵磁時，電樞電流最小，不發(fā)出無功電流。過勵磁時，發(fā)出滯后的（電感性）電流。欠勵磁時，發(fā)出超前的（電容性）電流。V形曲線特性將發(fā)電機并聯(lián)運行時不同負載下的電樞電流I與勵磁電流If的關系畫成曲線，稱為發(fā)電機的V形曲線特性。V形曲線I＝f

(If)

可通過實際的負載試驗測得；也可以在測定參數后，用相量圖求出。V形曲線特性有功功率越大，曲線越高。每條曲線有一最低點，對應于cos＝1的情況。曲線的最低點隨有功功率的增加，向右移動，即純有功負載增加，勵磁電流要隨之增大。V形曲線特性最左邊存在不穩(wěn)定區(qū)，因為勵磁電流過小，功角將達到90?？梢詫⒉煌泄β实那€上功率因數相同的點連接起來。V形曲線特性由V形曲線可