13第13章 同步发电机的并联运行

第13章同步发电机的并联运行[内容]13.3同步发电机有功功率的调节和静态稳定13.1同步发电机的并联条件与方法13.2同步发电机的功角特性13.4同步发电机无功功率的调节和V形曲线[要求]●掌握同步发电机的并联运行条件及方法。●掌握同步发电机的功角特性和有功功率的调节方法。●理解功角的双重物理意义，理解发电机静态稳定概念。●掌握同步发电机的无功功率调节方法及V形曲线。第13章同步发电机的并联运行13.1同步发电机的并联条件与方法一、投入并联的理想条件cgUU（1）发电机的电压和电网电压大小相等、相位相同：（3）发电机的相序和电网相序相同。cgff（2）发电机的频率和电网频率相等：（必须满足）允许稍有偏差现代电力系统由许多发电厂并联组成，即由许多发电机并联组成。发电机并入电网（也称并列）时，应满足一定条件，以避免在电网与发电机之间产生冲击电流。发电机与电网之间的：电压相同、频率相同、相序相同。第13章同步发电机的并联运行条件不满足进行并列时，出现的不良后果：大小不等相位不同cgUUU此时，并列开关S合闸前，开关两端存在电压差，开关合闸瞬间，在作用下，发电机中将产生冲击电流，可达额定电流的5～8倍。UcgUU（大小不等或相位不同）1.若第13章同步发电机的并联运行频率不等2．若cgffgUcU此时，相量和的旋转角速度不同，两相量之间相角差将在360~0之间变化，之间变化，gUU)2~0(电压差在U频率相差越大，变化越激烈，投入并列越困难，交变的将在电机与电网之间引起很大的电流，在转轴上产生周期性交变的冲击转矩，使发电机发生振荡。U3.若相序不同它将产生巨大的冲击电流和冲击转矩使发电机受到严重破坏。gUcU120gUU3和电压差为之间始终有相位差，第13章同步发电机的并联运行（1）发电机的转向和三相绕组相序均有标记，只要安装正确，可保证相序一致；怎样实现并列的三个条件？二、投入并联的方法并列操作的过程称为整步过程，实现整步的方法有:准整步法、自整步法。1.准整步法就是把发电机调整到基本符合理想并联条件后投入电网。判断并列条件是否满足，可采用“同步表”法或“灯光法”。（2）通过调节励磁电流，可使发电机的电压与电网电压相等；（3）通过调节原动机转速，可使发电机的频率与电网频率相同。第13章同步发电机的并联运行（1）同步表法同步表就是在仪表的监视下，调节发电机的电压和频率，使之符合投入并列条件。●监视电压表PV1、PV2，调节If使Ug=Uc●监视频率表PF1、PF2，调节n使fg≈fc让同步表指针向快的方向缓慢偏摆，当指针接近刻度上的红线时，表示发电机满足了并列条件，应迅速合闸，投入并列运行。●监视同步表PS：若指针向“快”方向摆，表明fgfc，此时应减小转速；若指针向“慢”方向摆，表明fgfc，此时应增大转速。第13章同步发电机的并联运行（2）灯光法（在实验室中采用）●直接接法（灯光熄灭法）若相序不同，三灯轮流亮暗应改变发电机的相序应调节If使=0若，三灯同时亮)(UUV若，三灯时亮时暗应调节n使)(ff)(ff三灯同时熄灭满足并列条件合闸投入并列第13章同步发电机的并联运行●交叉接法（灯光旋转法）灯1熄灭灯2熄灭灯3熄灭UU与有相对速度，灯光熄灭顺序1-2-3（灯光逆时针旋转）。ff若,则ff时，三个指示灯将交替亮暗，形成灯光旋转现象。频率相差越大，则灯光旋转速度越快。ff若,则灯光顺时针旋转。调节n，使灯光转速减慢，直到不旋转)(ff再调节If，直到灯1熄灭，灯2、灯3亮度相同满足并列条件，可合闸并列。第13章同步发电机的并联运行操作步骤：（1）验证发电机的相序；（2）将励磁绕组跨接一个（5～10）Rf的限流电阻形成闭合回路;（3）把发电机拖动到接近于同步转速（差值小于5%）；（4）合上发电机的并列开关，并立即加上直流励磁，依靠定、转子磁场形成的电磁转矩，把发电机拉入同步。2.自整步法当电网发生故障而要求迅速将备用发电机投入时，采用自整步法投入并列。优点:操作简单、迅速，不需要添加复杂设备，便于实现重合闸。缺点:并列合闸及投入励磁时，会产生较大的冲击电流和冲击转矩。自整步法优点：投入并列时没有明显的电流冲击。缺点：操作复杂，操作时间较长。准整步法第13章同步发电机的并联运行13.2同步发电机的功角特性一、功率及转矩平衡方程式011)(pPpppPPadFemecemcuempPP2pPppppPPcuadFemec112)(cos2mUIPPem电磁功率：输入的机械功率1P：机械损耗mecpFep：定子铁心损耗：附加损耗adpcup：定子铜损耗（可忽略不计）：输出的电功率2P：电磁功率（机电转换功率）emP01pPPem0p空载损耗p总的损耗功率方程式：转矩方程式：01TTTem01TTTem第13章同步发电机的并联运行二、隐极同步发电机的功角特性)(fPem功角特性是指:sincos0EIXssXEIsincos0证明：由相量图得sin0semXUEmP功角特性表达式：称为功率角，简称功角。最大功率：semXUEmP0max最大功率对应的功角称为功率极限角。隐极同步发电机的功率极限角90ememPTsin0sXUEm电磁转矩：cos2mUIPPemsin0sXUEm第13章同步发电机的并联运行三、凸极同步发电机的功角特性)cos(cos2mUImUIPPemsinsincoscosmUImUIsincosdqmUImUIcossin0UEXIUXIddqqddqqXUEIXUIcossin0sincoscossin0dqemXUEmUXUmUP由相量图得：凸极同步发电机的功角特性：cossinsincossin202ddqXUmXUEmXUm2sin)11(2sin20dqdXXUmXUEmememPP第13章同步发电机的并联运行（基本电磁功率）（附加电磁功率）2sin)11(2sin20dqemdemXXUmPXUEmPemP附加电磁功率有三个特点：①与励磁电流无关，即使,0,00EIfemP仍然存在；45emP②在时，达最大值；qdXXemP③只有的凸极同步电机才存在它是因交、直轴磁阻不等而产生的，所以又称为磁阻功率。9045功率极限角：第13章同步发电机的并联运行ememdqdememTTXXUmXUEmPT2sin)11(2sin20电磁转矩：基本电磁转矩附加电磁转矩又称磁阻转矩对于隐极发电机:所以，可以把隐极同步发电机看成是凸极同步发电机的特例。sqdXXX0emPsin0sememXUEmPP第13章同步发电机的并联运行13.3同步发电机有功功率的调节和静态稳定一、功角的双重物理意义UEEEa0u0a的夹角与又是空间相量u0ΦΦ)(ufFF与发电机状态时：u00超前，超前UE转子磁极轴线领先于合成磁场等效磁极轴线，角为正值，电磁功率也为正值。称为合成磁通的夹角与既是时间相量UE0第13章同步发电机的并联运行二、有功功率的调节现代电力系统可称为无穷大电网，其频率和电压保持不变。同步发电机并列到无穷大电网之后，其频率和端电压受电网约束，保持不变。发电机向电网输出的有功功率是可以调节的。开始投入并列时：0,0UE0sin02semXUEmPP0emT此时，发电机在电网上处于空载状态，原动机的驱动转矩仅用以克服发电机的空载转矩。以隐极发电机为例分析第13章同步发电机的并联运行欲使发电机输出有功功率，根据能量守恒原理，应开大汽轮机的汽门(水轮机的水门)来实现。即nTPPInPTemem（制动））（211结论：增大来自原动机输入的功率，便可增大发电机输出的有功功率，在功率极限角范围内，输入的机械功率越大，输出的有功功率就越大。11nnTTem时，（处于负载运行状态，A点）此时，没调节，大小没变。fI0E第13章同步发电机的并联运行三、静态稳定的概念定义：并网运行的发电机，短时受到外界（电网或原动机）扰动后，若能恢复到原来平衡运行状态，则发电机是“静态稳定”的，否则就是不稳定的。以隐极发电机为例分析：1P输入功率与功角特性有a、b两交点emPP1设（忽略损耗））（）（em11PTnPTem点出现扰动若a点运行，当扰动消失后能恢复到a）（）（em11PTnPTem点出现扰动若b（二者不可能平衡）（二者平衡时，可在a’点稳定运行）点运行，恢复到即使扰动消失后也不能b点是稳定的。a点是不稳定的。b第13章同步发电机的并联运行注意90隐极发电机：功率极限角为90凸极发电机：功率极限角略小于临界稳定不稳定稳定000cos0semsynXUEmddPP隐机机：2cos)11(cos20dqsemsynXXmUXUEmddPP凸极机：功率极限角0（功角特性曲线上升段）稳定运行区：结论180功率极限角（功角特性曲线下降段）不稳定运行区：愈小，越大，稳定性越好synP稳定判据：比整步功率：ddPPemsyn第13章同步发电机的并联运行对于隐极发电机：NNssδδXUmEXUmEPPksin1sin00NemmaxP2~6.1静态过载能力：NemmaxPPPk反映了同步发电机的稳定程度。synsfssynPPXIXEPP、、max0max静态稳定程度增大。[例13.3.1]40~30N通常第13章同步发电机的并联运行13.4同步发电机无功功率的调节和V形曲线一、无功功率的调节以隐极发电机为例分析：保持有功功率不变，调节励磁电流，可以调节输出无功功率的大小和性质。因为电网上的负载主要为感性负载，所以发电机通常向电网输出有功功率感性无功功率常数＝常数cossin0IE不变、、sXUm常数＝常数cossin20mUIPXUEmPsem保持有功不变调节If时的相量图)(0线上端点在ABE)(线上端点在CDI第13章同步发电机的并联运行极限状态If↓90发电机达到稳定极限欠励状态If↓（超前）1cos输出P输出Q(容性)正常励磁If1cos1输出PQ=0过励状态If↑（滞后）1cos输出P输出Q(感性)第13章同步发电机的并联运行同步发电机无功功率调节时各物理量的变化情况0)(cos超前增大变差变好稳定稳定性交轴、直轴增磁或去磁交轴、直轴去磁交轴、直轴去磁电枢反应有功、容性无功有功、感性无功有功输出功率功率角功率因数功率因数角增大增大电枢电流减小增大励磁电动势If减小If增大If励磁电流欠励过励正常励磁励磁状态调节励磁电流条件：保持端电压和有功功率不变物理量0E0E0EIII001cos)(cos滞后减小第13章同步发电机的并联运行●通过调节励磁电流来调节无功功率输出时，对有功功率不会产生影响，但减小励磁电流，会影响电机的静态稳定性能。●通过调节原动机的功率来调节有功功率输出时，由于功角改变了，不仅有功功率发生变化，无功功率也将发生变化。有功、无功调节的特点：改变输入功率改变励磁电流原因结果调有功，无功也变。调无功，有功不变。第13章同步发电机的并联运行二、V形曲线正常励磁时1cos，电枢电流最小，与无穷大电网并联运行的同步发电机，在输出功率保持不变时：P增大，V形曲线上移，最低点连线是稍向右倾的曲线，1cos说明要保持,