同步發(fā)電機并網(wǎng)運行課件

1、教學要求：教學要求：1熟悉同步發(fā)電機并聯(lián)合閘的條件和方法熟悉同步發(fā)電機并聯(lián)合閘的條件和方法2掌握同步發(fā)電機并聯(lián)運行的基本電磁關(guān)系、掌握同步發(fā)電機并聯(lián)運行的基本電磁關(guān)系、 功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式3掌握有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)掌握有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)4理解理解V形曲線的物理意義形曲線的物理意義同步發(fā)電機并聯(lián)運行的優(yōu)點：1.電能的供應(yīng)可以互相調(diào)劑，合理使用。2.增加供電的可靠性。3.提高供電質(zhì)量，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的 恒定范圍內(nèi)。4.系統(tǒng)愈大，負載就愈趨均勻，不同性質(zhì)的負載，互 相起補償作用。5.聯(lián)成大電力系統(tǒng)，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理3.3.發(fā)電機的電壓相序與電

2、網(wǎng)的電壓相序相同（發(fā)電機相序決發(fā)電機的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同（發(fā)電機相序決定于原動機的轉(zhuǎn)向，一般是固定的）定于原動機的轉(zhuǎn)向，一般是固定的）4.4.在合閘時，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一樣在合閘時，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一樣一、條件：一、條件： 并聯(lián)投入時，避免產(chǎn)生大的電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的并聯(lián)投入時，避免產(chǎn)生大的電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩。并聯(lián)合閘必須滿足四個條件：扭矩。并聯(lián)合閘必須滿足四個條件：1.1.發(fā)電機頻率等于電網(wǎng)的頻率（各國電網(wǎng)頻率大致有兩種：發(fā)電機頻率等于電網(wǎng)的頻率（各國電網(wǎng)頻率大致有兩種：50Hz50Hz或或60Hz60Hz，我國為，我國為50Hz50H

3、z）2.2.發(fā)電機的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致發(fā)電機的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致 1. 準確同步法：將同步發(fā)電機調(diào)整到符合并聯(lián)條件后進行并網(wǎng)操作，分為暗燈法和旋轉(zhuǎn)燈光法兩種。0ABCUUU (1)暗燈法： 電網(wǎng)與同步發(fā)電機之間的三相并聯(lián)開關(guān)兩側(cè)接燈泡，稱相燈，若三相相燈同明同暗，說明相序正確；當三組相燈同時熄滅時，表示電壓差 ，即可并網(wǎng)合閘。 132VASAGCGBSCSBGGS 3電網(wǎng)GSSAUSBUSCUGBUGAUGCU1U2U3U暗燈法接線和向量圖 當不滿足并網(wǎng)條件時，暗燈法所見的現(xiàn)象當不滿足并網(wǎng)條件時，暗燈法所見的現(xiàn)象a.a.頻率不等：相燈將呈現(xiàn)同時暗、同時亮

4、的交替變化現(xiàn)象，頻率不等：相燈將呈現(xiàn)同時暗、同時亮的交替變化現(xiàn)象，說明發(fā)電機與電網(wǎng)的頻率不同，需調(diào)節(jié)原動機轉(zhuǎn)速從而改說明發(fā)電機與電網(wǎng)的頻率不同，需調(diào)節(jié)原動機轉(zhuǎn)速從而改變發(fā)電機頻率。變發(fā)電機頻率。b.電壓不等：三個相燈沒有絕對熄滅的時候，而是在最亮電壓不等：三個相燈沒有絕對熄滅的時候，而是在最亮和最暗范圍閃爍，需調(diào)節(jié)勵磁電流從而改變發(fā)電機的端電和最暗范圍閃爍，需調(diào)節(jié)勵磁電流從而改變發(fā)電機的端電壓。壓。c.相序不等：三個相燈明暗呈交替變化狀態(tài)，說明發(fā)電相序不等：三個相燈明暗呈交替變化狀態(tài)，說明發(fā)電機與電網(wǎng)的相序不同機與電網(wǎng)的相序不同,需對調(diào)發(fā)電機或電網(wǎng)的任意兩根接需對調(diào)發(fā)電機或電網(wǎng)的任意兩根接線。

5、線。d. 相角不等：三組相燈不同時熄滅，不能合閘并網(wǎng)，需相角不等：三組相燈不同時熄滅，不能合閘并網(wǎng)，需微調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。微調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 (2) (2) 燈光旋轉(zhuǎn)法：燈光旋轉(zhuǎn)法： 此方法比暗燈法容易實現(xiàn)并網(wǎng)操作，一個相此方法比暗燈法容易實現(xiàn)并網(wǎng)操作，一個相燈熄滅時，另兩個相燈亮度一樣；另外可根據(jù)燈燈熄滅時，另兩個相燈亮度一樣；另外可根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向判斷頻率大小。光旋轉(zhuǎn)方向判斷頻率大小。132VASAGCGBSCSBGGS 3電 網(wǎng)旋轉(zhuǎn)燈光法接線圖旋轉(zhuǎn)燈光法接線圖條件不滿足時對電機的影響條件不滿足時對電機的影響1 1、電機和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受、電機和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受 力變形。力變

6、形。2 2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機內(nèi)功率振、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機內(nèi)功率振 蕩。蕩。3 3、電機和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損、電機和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損 耗，溫度升高，效率降低。耗，溫度升高，效率降低。4 4、電網(wǎng)和電機之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生、電網(wǎng)和電機之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生 無法消除的環(huán)流，危害電機安全運行。無法消除的環(huán)流，危害電機安全運行。 電網(wǎng)的容量相對于并聯(lián)的同步發(fā)電機容量來說要大得電網(wǎng)的容量相對于并聯(lián)的同步發(fā)電機容量來說要大得多，如果對并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機進行有功功率和無多，如果對并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)時，對電網(wǎng)的電壓

7、和頻率不會有什么影響。無功功率調(diào)節(jié)時，對電網(wǎng)的電壓和頻率不會有什么影響。無限大電網(wǎng)的特點是端電壓和頻率均可認為是恒定的。限大電網(wǎng)的特點是端電壓和頻率均可認為是恒定的。無限大電網(wǎng)：同步發(fā)電機的理想條件: 并聯(lián)運行通常是指同步發(fā)電機與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運行。并聯(lián)運行通常是指同步發(fā)電機與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運行。就是發(fā)電機的端電壓和頻率與電網(wǎng)完全相等，同步發(fā)電機就是發(fā)電機的端電壓和頻率與電網(wǎng)完全相等，同步發(fā)電機 由于由于 與與 同相位，雖然有電樞電流同相位，雖然有電樞電流 的存在，但由的存在，但由于沒有有功功率輸出，仍認為是空載。同步發(fā)電機在理想條于沒有有功功率輸出，仍認為是空載。同步發(fā)電機在理想條件下并聯(lián)到

8、電網(wǎng)，原動機只能供給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動時所需的件下并聯(lián)到電網(wǎng)，原動機只能供給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動時所需的損耗功率，即風阻摩擦等機械損耗以及鐵耗等。損耗功率，即風阻摩擦等機械損耗以及鐵耗等。I0EUI0T1T也就是，原動機的拖動轉(zhuǎn)矩也就是，原動機的拖動轉(zhuǎn)矩 等于空載矩等于空載矩 ，發(fā)電機不向，發(fā)電機不向電網(wǎng)輸出功率。電網(wǎng)輸出功率。 10TT260n 10mFePppP 1增大勵磁，則增大勵磁，則 ，電流落后電壓，電流落后電壓 電角電角 度（向電網(wǎng)輸送感性無功，相當于吸收容性無功），度（向電網(wǎng)輸送感性無功，相當于吸收容性無功）， 發(fā)電機對電網(wǎng)起電容器作用。發(fā)電機對電網(wǎng)起電容器作用。 2減小勵磁，則減小勵磁，

9、則 ，電流領(lǐng)先電壓，電流領(lǐng)先電壓 電角度，電角度， 發(fā)電機從電網(wǎng)吸收感性無功功率，此時發(fā)電機對電發(fā)電機從電網(wǎng)吸收感性無功功率，此時發(fā)電機對電 網(wǎng)相當于電感負載。網(wǎng)相當于電感負載。 3 改變發(fā)電機的勵磁電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或改變發(fā)電機的勵磁電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或 領(lǐng)先的純無功電流，沒有能使發(fā)電機輸出有功功率。領(lǐng)先的純無功電流，沒有能使發(fā)電機輸出有功功率。0EU0900EU090 并聯(lián)到電網(wǎng)上的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量并聯(lián)到電網(wǎng)上的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量有兩個：一個是勵磁電流，另一個是原動機輸出有兩個：一個是勵磁電流，另一個是原動機輸出轉(zhuǎn)矩。調(diào)節(jié)原動機的輸出轉(zhuǎn)矩使之增加，轉(zhuǎn)矩。調(diào)節(jié)原

10、動機的輸出轉(zhuǎn)矩使之增加， 引起轉(zhuǎn)子加速，首先出現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子位置（以引起轉(zhuǎn)子加速，首先出現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子位置（以 為標志）領(lǐng)先氣隙旋轉(zhuǎn)磁密為標志）領(lǐng)先氣隙旋轉(zhuǎn)磁密 ，由于電網(wǎng)頻率，由于電網(wǎng)頻率不會改變，不會改變， 的頻率也不會變，所以氣隙磁密的頻率也不會變，所以氣隙磁密 的旋轉(zhuǎn)速度也不能變，維持恒定的同步速度。代的旋轉(zhuǎn)速度也不能變，維持恒定的同步速度。代表轉(zhuǎn)子位置的空間向量表轉(zhuǎn)子位置的空間向量 在空載時與在空載時與 同相同相位，當位，當 增大瞬間，轉(zhuǎn)子加速使得增大瞬間，轉(zhuǎn)子加速使得 領(lǐng)先領(lǐng)先 一個角度一個角度 。 10TT1fFBBBE1T1fF1fF fffb l iB Sinl i2 2fTf rp

11、B Sinl irpC Sin fi用一個等值集中的勵磁電流用一個等值集中的勵磁電流 (每對極只有一匝每對極只有一匝)去代替實際去代替實際的勵磁電流。由于基波勵磁磁動勢領(lǐng)先于氣隙磁密一個的勵磁電流。由于基波勵磁磁動勢領(lǐng)先于氣隙磁密一個 電電角度，使勵磁電流角度，使勵磁電流 所在處的氣隙磁密不為零所在處的氣隙磁密不為零 ，有磁場有電，有磁場有電流就必然產(chǎn)生電磁力，轉(zhuǎn)子受力為：流就必然產(chǎn)生電磁力，轉(zhuǎn)子受力為：2ppT若轉(zhuǎn)子極對數(shù)為若轉(zhuǎn)子極對數(shù)為 ，則整個轉(zhuǎn)子上有個，則整個轉(zhuǎn)子上有個 等值勵磁電流，作等值勵磁電流，作用在轉(zhuǎn)子的總電磁轉(zhuǎn)矩為用在轉(zhuǎn)子的總電磁轉(zhuǎn)矩為 ：T 轉(zhuǎn)矩平衡等式的每項都乘以機械角速

12、度，就轉(zhuǎn)矩平衡等式的每項都乘以機械角速度，就變成功率平衡式。變成功率平衡式。 10TTT 電磁轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡式變?yōu)椋弘姶呸D(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡式變?yōu)椋?010MTTTPPp 輸入輸入功率功率P1輸入輸入功率功率P1機械損機械損耗耗pmec附加損附加損耗耗pad機械損機械損耗耗pmec附加損附加損耗耗pad鐵損鐵損pFe鐵損鐵損pFe電磁功電磁功率率Pem電磁功電磁功率率Pem定子銅損定子銅損pcu1定子銅損定子銅損pcu1輸出功輸出功率率P2輸出功輸出功率率P2同同 步步 發(fā)發(fā) 電電 機機 有有 功功 功功 率率 的的 流流 程程 圖圖自同步法的投入步驟為：自同步法的投

13、入步驟為：（1 1）校驗發(fā)電機相序把發(fā)電機拖動到接近同步）校驗發(fā)電機相序把發(fā)電機拖動到接近同步 速，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路。速，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路。 2. 自同步法：自同步法： （2 2）發(fā)電機投放電網(wǎng)，立即加直流勵磁電流，此）發(fā)電機投放電網(wǎng)，立即加直流勵磁電流，此 時靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的引力就可把轉(zhuǎn)時靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的引力就可把轉(zhuǎn) 子自動牽入同步。子自動牽入同步。r1.隱極發(fā)電機：若忽略電阻隱極發(fā)電機：若忽略電阻 ，則則 2MPPmUICos0cE SinIX Cos0cE SinICosX02McUEPPmSinX 電網(wǎng)并聯(lián)運行的同步發(fā)電機，當增加原動機的電網(wǎng)并聯(lián)運行的同步發(fā)

14、電機，當增加原動機的拖動轉(zhuǎn)矩時，電機的電磁制動轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機拖動轉(zhuǎn)矩時，電機的電磁制動轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機的電磁功率和輸出有功功率增大。的電磁功率和輸出有功功率增大。 UIcj IX0E（1）保持勵磁電流）保持勵磁電流 不變時，不變時， 值與值與 角按正弦曲線角按正弦曲線 變化，正半波代表發(fā)變化，正半波代表發(fā) 電機工況。電機工況。MPfi（2） 一定時，改變勵磁一定時，改變勵磁 電流電流 ，若，若 ， 則則12 fiMP12ffii09001800090009001800MP122fi1fi請比較請比較 和和 的大小的大小1fi2fi0Efi第一項是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引第一項是

15、勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵磁電勢起的，與勵磁電勢 成正比，稱為勵磁電磁功率成正比，稱為勵磁電磁功率。第二項在隱極機中不存在，與第二項在隱極機中不存在，與 無關(guān)，與端電壓無關(guān)，與端電壓 即即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關(guān)即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關(guān)即 ，稱作凸極電磁功率稱作凸極電磁功率UdqXXfi 2. 凸極式發(fā)電機：凸極式發(fā)電機： 當忽略電樞電阻時，凸極式電磁功率亦等于輸當忽略電樞電阻時，凸極式電磁功率亦等于輸 出功率。出功率。 2MPPmUICos20222dqMcdqXXUEPPmSinmUSinXX X凸凸 極極 機機 的的 功功 角角 特特 性性 曲曲

16、線線1800090018000900180009000900MPfi結(jié)論結(jié)論1 1：當勵磁電流：當勵磁電流 為常數(shù)時，調(diào)節(jié)發(fā)電為常數(shù)時，調(diào)節(jié)發(fā)電 機輸出的有功功率，發(fā)電機的無功功機輸出的有功功率，發(fā)電機的無功功 率也會改變，輸出有功功率減少時，率也會改變，輸出有功功率減少時， 輸出落后性無功功率會增大。輸出落后性無功功率會增大。結(jié)論結(jié)論2：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機，保持：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機，保持 勵磁電流勵磁電流 為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸 出的有功功率，電動勢向量出的有功功率，電動勢向量 的軌的軌 跡是一個圓，電樞電流跡是一個圓，電樞電流 向量的軌向量的軌 跡也是一個圓跡

17、也是一個圓(圓心不是圓心不是0)，把它們，把它們 稱為同步電機的圓圖。稱為同步電機的圓圖。fi0EI 同步發(fā)電機輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，同步發(fā)電機輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運行穩(wěn)定性的限制。而且受到運行穩(wěn)定性的限制。穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負載調(diào)配和不正常事故中，這些電機或電廠是在正常負載調(diào)配和不正常事故中，這些電機或電廠是否還能保持同步運行的問題。否還能保持同步運行的問題。穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。（1 1）靜態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機在某一穩(wěn)定運

18、行狀態(tài)，）靜態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機在某一穩(wěn)定運行狀態(tài)，（即發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓（即發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓U U和頻率和頻率f f都為都為恒定值，勵磁電流恒定值，勵磁電流I If f不變，其輸入功率和輸出功率不變，其輸入功率和輸出功率都不變的運行狀態(tài)），如果在電網(wǎng)或原動機方面，都不變的運行狀態(tài)），如果在電網(wǎng)或原動機方面，突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機如能恢復到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，即認為該發(fā)電機如能恢復到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，即認為該發(fā)電機的運行是穩(wěn)定的。機的運行是穩(wěn)定的。（2 2）動態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機突然加負載、切除）動態(tài)穩(wěn)定問

19、題：發(fā)電機突然加負載、切除負載等正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、負載等正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負載以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負載變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。 (1) 隱極機隱極機0900180009000900180009001800090009001800T 若原動機拖動轉(zhuǎn)矩若原動機拖動轉(zhuǎn)矩 不變，當不變，當 增大一個增大一個 時，電磁轉(zhuǎn)矩時，電磁轉(zhuǎn)矩 也增加一個也增加一個 ，去掉干擾后，去掉干擾后，因因 + + ，使電機自動回到原工作點，使電機自動回到原工作點（ ），穩(wěn)定。），穩(wěn)定。 1T1T1TTT1TTT（2）凸極機：）凸極機： 凸極機與隱極機相似，額定運行點一般在凸極機與隱極機相似，額定運行點一般在 電角度范圍。電角度范圍。（3）最大轉(zhuǎn)矩）最大轉(zhuǎn)矩 （或最大電磁功率（或最大電磁功率 ）與額定）與額定電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 （或額定電磁功率（或額定電磁功率 ）之比稱為過載）之比稱為過載能力，用能力，用 表示：表示： 隱極機隱極機 一般為一般為1.52左右