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(jīng)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(jīng)濟。一臺發(fā)電機供電，供電的品質(zhì)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(wǎng)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(wǎng)一臺發(fā)電機單獨供電時，電壓的頻率由原動機決定，調(diào)節(jié)勵磁電流可以調(diào)節(jié)電壓的大小。一臺發(fā)電機并聯(lián)于無限大電網(wǎng)運行時，調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速不會改變其電壓的頻率；調(diào)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(wǎng)的容量時，電網(wǎng)可看成是無限大電網(wǎng)。無限大電網(wǎng)的容量可近似認為是無窮大，電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)電壓的瞬時值相同，不會產(chǎn)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(wǎng)合閘時都會出現(xiàn)電流沖擊。在并網(wǎng)過程中，需要對4個并網(wǎng)條件進行檢查，調(diào)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(wǎng)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(zhuǎn)燈光法。暗燈法（1）頻率不等時調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)方法調(diào)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(zhuǎn)。暗燈法（4）相位不等時調(diào)節(jié)方法稍微調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)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(wǎng)。燈光旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，這種并聯(lián)合閘方法稱為燈光旋轉(zhuǎn)法。采用暗燈法，在相序不同時，燈光出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)的速度和方向，可以判斷發(fā)電機頻率與電網(wǎng)頻率的差別和快慢。燈光旋轉(zhuǎn)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(wǎng)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(wǎng)運行時，發(fā)電機電壓等于電網(wǎng)電壓，其頻率和大小都是不變的。如何調(diào)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(diào)節(jié)量發(fā)電機的勵磁電流原動機的拖動轉(zhuǎn)矩并聯(lián)運行分析在并網(wǎng)的4個條件都滿足的條件下并網(wǎng)合閘發(fā)電機空載電動勢與電網(wǎng)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(diào)節(jié)時并聯(lián)運行分析在并網(wǎng)的4個條件都滿足的條件下并網(wǎng)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(diào)節(jié)勵磁電流電網(wǎng)電壓U不變。此時，發(fā)電機發(fā)出滯后性的無功電流，產(chǎn)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(diào)節(jié)勵磁電流電網(wǎng)電壓U不變。此時，發(fā)電機發(fā)出超前性的無功電流，產(chǎn)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(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)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(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩電網(wǎng)電壓的頻率、大小、相位都不變。轉(zhuǎn)子是否會在拖動轉(zhuǎn)矩的作用下不斷加速？氣隙電動勢與電網(wǎng)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(wǎng)電壓相量的轉(zhuǎn)速不變。但是轉(zhuǎn)子卻在拖動轉(zhuǎn)矩的作用下加速，使矢量Ff1超前矢量B、F。調(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩分析轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子為正）；在轉(zhuǎn)子表面建立坐標系，與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)；以磁通密度等于零處為坐標原點。調(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩分析轉(zhuǎn)子受力情況勵磁電流不變時，C近似不變，電磁轉(zhuǎn)矩T

與sin

成正比。電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。T調(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩增大原動機拖動轉(zhuǎn)矩T1，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向與拖動轉(zhuǎn)矩相反，大小與sin成正比。只要拖動轉(zhuǎn)矩T1不超過電磁轉(zhuǎn)矩T

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

為定子繞組相數(shù)）調(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩功率流程圖以上分析表明：調(diào)節(jié)原動機的拖動轉(zhuǎn)矩，可以改變并聯(lián)運行的同步發(fā)電機向電網(wǎng)發(fā)出的有功功率。10.3有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定上式子都與發(fā)電機內(nèi)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(chǎn)生電磁力引起。勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)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(wǎng)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(shù)，E0可由勵磁電流

If查氣隙線得到，Xs也是常數(shù)。

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(diào)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(wǎng)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(shù)值的參數(shù)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(zhuǎn)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(jù)運行不穩(wěn)定。稱為整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)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(zhuǎn)矩Tmax（或最大電磁功率Pemmax）與額定電磁轉(zhuǎn)矩TN（或額定電磁功率PemN）之比。為保證具有一定的整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)，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(diào)節(jié)和V形曲線電網(wǎng)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(diào)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(wǎng)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(diào)節(jié)在并網(wǎng)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(wǎng)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(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(diào)節(jié)保持發(fā)電機的有功功率不變，調(diào)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(shù)m、電網(wǎng)電壓U、同步電抗

Xs不變，則并聯(lián)運行時的無功功率調(diào)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(shù)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(shù)相同的點連接起來。V形曲線特性由V形曲線可