同步发电机的发电及并网运行

1、生毕业论文（设计）中文题目 同步发电机的发电及并网运行（实验室内） 英文题目 Generation and grid operation ofsynchronous generator (in laboratory)学生姓名吴佳鑫班级 651105 学号 65110536学 院专 业电气工程及其自动化指导教师李振峰职称副教授摘要在当前电网供电系统中，旨在提供高质量电能的前提下，需要将多台同 步发电机进行并网运行，其优点突出，可通过仿真和实际实验操作两方面来 探讨分析并网条件及整个并网过程.前者主要采用MATLAB软件中simulink 内包含的电力系统模块PSB來构建仿真模型，构建一单机-无穷

2、大系统，在 Simulink环境下，能对所构建的系统进行各项参数计算，并且能够显示各项 参数的波形输出，其中主要包括不同频差，不同压差，不同相位差时冲击电 流的波形以及各种状态电网端与同步发电机端两侧的电压波形；在实际实验 室内操作中，采用准确整步法中灯光旋转法來确定并网合闸的最佳时刻，通 过改变并网后的有功功率來测取并网后的三相电流、三相功率、功率因数等 数值并以此分析其运行状态，通过调节运行时无功功率來测取三相电流和励 磁电流，作出其关系图即V形曲线.关键词单机无穷大系统冲击电流准确整步法 V形曲线1 / 33Title GeiieTation and grid opejratioii o

3、f synchroiious geiieraTor (in labofaTory)AbstractIll the power supply system, in order to provides the high quality electrical energy under the premise, need multiple syncluonous generator grid connected operation, the utility model has the advantages of prominent, tluough simulation and actual expe

4、rimental operation two aspects to discuss and analyze the network conditions and the whole process of grid Simulation of power system by the MATLAB module in the PSB to build the simulation model, the constmction of a single machine infinite bus system, under the environment of Siinuliiik, simulatio

5、n of the power system, and can be convenient for graphical display of various waveforms, including different frequency difference, different pressure, different phase difference of impulse current the waveform and various state power grid and end on both sides of the syncluonous generator terminal v

6、oltage waveform; in the actual operation of the laboratory, to determine the best time step in the whole lighting grid using accurate rotation method, by adjusting the tluee-phase syncluonous generator active power machine is comiected in parallel with the power grid operation by measuring three -ph

7、ase current, power, power factor and grid the analysis of operation state, by regulating the operation of reactive power to measure three -phase current and excitation current, make the diagram namely V curveKeywords Single-machine infliiite-bus system Impact current Accurate integermethodVcurve1 /

8、33目录1绪论11.1本选题背景及意义11.2同步电机的基本构造及作用原理21. 3本设计完成的主要工作41. 4本章小结52基本原理62. 1同步发电机并网及并网条件62.2同步发电机并网整步方法72.3本章小结93基于MATLAB的同步发电机并网仿真103.1同步发电机并网模型建立103.2同步发电机并网仿真过程分析123. 3本章小结164实验室内同步发电机的并网184. 1原理184.2设备与接线184.3实验方法194.4实验结果错误!未定义书签。4. 5本章小结245同步发电机并网工作状态分析255. 1 V形曲线意义255.2同步发电机欠励状态265.3同步发电机过励状态265.

9、4本章小结27总结28参考文献29致谢321 / 331绪论1.1本选题背景及意义改革开放后的30多年，我国工业化发展再上一个新台阶，这其中能源 工业的快速发展为下游工业企业拓宽了发展空间，起到了尤为重要的作用. 而在能源工业方面，电力行业的不断突破瓶颈式发展表现最为突出.因此对 电网供电进行探讨有其作用所在.在当前电网供电系统中，单一的同步发电机对电网供电不能满足要求， 这主要表现在以下4个方面：（1）单独一台发电机的容量存在限制；从而使得其发电容量也受到限 制.（2）负载是经常不断变化的使得在线路负载很小时，发电机的供电效 率非常低，不符合经济效益.（3）若发电厂没准备备用电机，一旦电网中

10、发电机需要检修，就必须 停止供电.但是若有备用发电机，也等同于经常闲置了一台发电机，这是非 常不经济的.（4）在电网中线路负载改变时，因为是单台发电机供电，电网系统容 量并不大，此时发电机的频率以及其电压都会受到影响.比如当启动一台大 容量的电动机而引起冲击电流时，首先由于电枢反应的存在使电压下降， 其次由于线路负载增加，此时和发电机轴联带动其转动的原动机转速下降， 同时使得其频率和发电机端电压也下降.这种情况下即使在发电机侧配备 有调压装置以及在原动机配备有调速装置，也很难不会发生频率和端电压 突然降低.此时会使得灯光发暗，电网中其他电动机转速下降，同时还会产 生短时间冲击电流.在电压过低时

11、，本來要起动的大容量电动机，可能会因 为起动转矩不足而启动不起來，或者要经过一个非常场时间的启动过程才 能启动，这是很不符合发电的最优化的并且同时设备产生过热现象也易烧 坏.由于上述的这些不足，单台发电机运行一般多用在农村或者发电量需 求不大的地区，而在广大的工业地区，每个发电厂都是由几台或者十几台 发电机并联起來发电.而通过将多台同步发电机并网运行后优点明显，主要表现在：（1）提高了供电的可靠性，当电网中只有一台发电机出现故障时需要 检修并不需要停电；（2）使得供电更加的灵活经济且便于统一管理.比如当将水电厂与火电 厂一起并入电网运行时，在供电旺季和淡季，两种电厂可以按照当前需求, 使得各种

12、用以发电能源能得到合理使用.同时也能据此來安排投入电网的 发电机数量，这样的话就能极大提高供电的效益；（3）使得供电质量得到加强，电网中一台发电机的使用与否，局部负 载的变化，不会对整体产生较大影响.所以在该背景下，探讨分析发电厂电机并网发电模式并对不同条件下 的同步发电机并网进行讨论是很有意义的.1.2同步电机的基本构造及作用原理1.2. 1同步电机的基本构造同步电机结构主要分为转子、定子、气隙、冷却系统以及励磁系统，其 中转子有两种构造型式：凸极式和隐极式，定子则包括铁芯、绕组和机座. 其结构模型如图1.1所示.2 / 33磁极定子铁心定子绕组励磁绕组图1.1同步电机结构模型1.2.2同步

13、电机的作用原理将同步电机与原动机相连，利用原动机带动同步电机转子选装，给其提 供机械能.此时同步电机内部随着转轴一起运动的励磁磁场依次切割定子各 相绕组即等同于绕组也切割磁场.此时主要磁场与绕组之间发生相对切割， 内部电枢绕组中就会感应出规律性变化的三相电势即可提供交流电源.如图1. 2所示.图12同步发电机示思图1.3本设计完成的主要工作1.3.1同步发电机并网过程的仿真在 MATLAB仿真软件环境下，在SIMULINK模块集合中的Power3 / 33System Blockset中选择适合当前仿真的同步发电机模型和同步发电机的调 速模型HGT和励磁模块Excitation System变

14、压器、三相电源、三相负载、 断路器等搭建仿真模型，模拟同步发电机并网过程，通过示波器显示下列 条件下冲击电流波形和变压器两侧同步发电机端以及三相电源端电压波 形:(1) 两端相位，电压一致，频差1%;(2) 两端相位，电压一致，频差5%；(3) 两端相位，电压一致，频差10%；(4) 两端频率，相位一致，存在压差;(5) 两端频率，电压一致，存在相位差;由整个仿真过程深刻理解同步发电机并网条件，掌握同步发电机并网原理, 为进入实验室测取数据并分析做准备.1.3.2同步发电机并网的实验室操作利用学校电机学实验室现有设备条件，采用同步发电机并网准确整步 法中的灯光旋转法或者灯光明暗法判断最佳并网时

15、机，使用直流测功机和 同步电机通过轴联再在这之前接入励磁和电枢电压模拟同步发电机发电， 实验室内三相电源模拟大电网侧，在并网成功后分别改变同步发电机的有 功功率和无功功率输出的大小，测取励磁电流、功率因数、三相定子电流 等数值，分析同步发电机在与三相电源并联运行之后的工作状态并由此延 伸探讨.14本章小结首先介绍了本设计选题的背景和意义，从中可以看出该设计课题的意义 所在，接着简单说明了同步发电机的基本构造及其作用原理，为后续工作提 供一定的理论基础，最后详细述说了本设计课题的主要工作任务和目标.4 / 332基本原理2.1同步发电机并网及并网条件2.1.1同步发电机并网将門步发电机并联接入电

16、网运行称为同步发电机并网，其示意图如图2. 1所示.2.1.2同步发电机并网条件令同步发电机和大电网进行并联在一起运行时的过程叫做整步.在并 网时考虑到要不能使同步发电机受到损伤同时要避免电网受到重大干扰， 避免较大的电流产生.因此，并车前应保证同步发电机能满足下列三个条 件：（1）二者的相序必须保持一致；（2）二者频率保持相近；（3）同步发电机电压E和电网电压U,两者大小相等.2. 2同步发电机并网整步方法2. 2.1自整步法（粗整步法）主要分为以下四个步骤:5 / 33(1) 首先在同步发电机端和电网端相序一致的情况下将同步发电机励磁绕组通过适当的电阻短接；(2) 接着由调节直流电机转速使

17、同步发电机的转速调整到其额定转 速即保持同步发电机与电网端二者频率一致；(3) 在接通励磁电流之前将同步发电机与电网进行并网合闸操作；(4) 随即接通励磁电流并调节其大小，此时利用发电机内部转子磁场 和定子磁场二者的电磁转矩将转子拉入同步转速，则二者并网结束.自整步法的关键在于同步发电机励磁绕组需要采用一电阻短接，若一励 磁一绕纟豆直接开路，则会在其中感应出很高的电压，若同时直接短路，则会 在发电机内部的定、转子绕组间产生一个非常大的冲击电流.2. 2. 2准确整步法主要分为灯光明暗法和灯光旋转法两种，如图2. 2所示.图2.2 a为灯光明暗法b为灯光旋转法灯光明暗法并网操作如下：(1) 首先

18、由改变发电机励磁电流大小使同步发电机端的电压与电网端电压相等;6 / 33（2）将同步发电机和电网两端的电压调节一致后，若二者相序一致， 灯光显示明暗交替，若三灯光不表现出明暗交替，则表明同步发电机端与 电网端相位是不一致的，此时要改变三相电源的输出线或者同步发电机的 引入线，直到观察到明暗现象，接着保持二者相序不变；（3）接着改变同步发电机的转速使其发电频率变化，直到观察到（2） 中所述现象非常缓慢时说明此时二者频率非常相近，此时等到三灯完全熄 灭的时刻，就能闭合并网开关.为保证选择并网时机，可以使灯光明暗多循 环几次，选择最佳并网时刻.灯光旋转法并网步骤与明暗法基本一致，在判断相序是否一致

19、时应该 是看三灯明暗是否按规律旋转，同时确定最佳的并网时机是在3号灯完全 熄灭的时刻.2. 2. 3两种并网方法比较自整步法因为其操作简单方便，所以能迅速达到使同步发电机与电网 进行并联运行的目的，但是会在并网瞬间可能产生较大的冲击电流；而准 确整步法在进行并网时需要对每一个并网的条件都进行检查，耗时较多.考 虑到在实验室内实际情况以及操作力求准确稳定等因素，选择使用准确整 步法中的灯光旋转法.2. 3本章小结本小结主要介绍了同步发电机并网、并网条件以及并网方法，并由并 网方法具体比较分析了准确整步法和自整步法（粗整步法）两者各自的优 缺点，结合实际选取了合适的并车方法.7 / 333基于MA

20、TLAB的同步发电机并网仿真3.1同步发电机并网仿真模型的建立同步发电机并网模型采用单机-无穷大系统，由此來分析发电机并网的动态过程.如图3. 1所示.3.1.1仿真模型各模块介绍(1) 单机即同步发电机，选用Svncluonous Machines.J参数：Pn=200MW; Vn=13.8KV; fii=60Hz ;Xd=1.305; Xd=0.926; Xd 7252; Xq=0.474; Xq =0.243;Xi=0.18; Td=1.01; Td=0.053; TqoMM.同时选用同步发电机的调速系统模型Hydraulic Turbine and Governor 和同步发电机的励磁

21、调节器Excitation System便于对发电机的各参数设定 和检查.(2) 变压器模型选择Tluee-Phase Transformer接法为YY,参数:Pn=210MW; fh=60Hz; Vi/V2=13.8KV/230KV;Ri=R2=0.027; Li=L2=0.08; Rm=500; Lm=500.(3) 无穷大系统选择三相电源Tluee-Phase Source代替.参数:V=230KV;fh=60HZ;X/R=10.(4) 变压器两端负载选择三相RLC负载即Threephase Parallel RLC8 / 33 load.系统负荷分别为5MW, 10MW.(5) 选用断

22、路器Tluee-Phase Breaker來设定同步发电机与三相电源并 网时机.(6) 采用一个多路选择器Bus Selector从发电机的m端口引出其各项 参数接回其励磁以及调速模型.(7) 在仿真中放入一个Power GUI模块來进行仿真模型初始工作状态 各项参数设定.3.1.2仿真模型的确立及初步运行将发电机设为PU节点，Bustvpe选择为pv generator,建立发电机并网 模型如图3.2所示.Synchronous Machine仿真模型确定后首先对仿真模型进行潮流计算和初始状态设置，使其 工作在稳定状态，便于进行下一步运行，操作如下：(1) 点击进入Power GUI模块，在

23、其中选项点击Steady-State Voltages and Currents按钮，从而能看到当前时刻下各项参数值，同时能选择查看的 还有状态变量、电压电流值等；9 / 333. 2.1存在频差时的仿真结果(1)两端相位和电压一致，频差1% (正常条件下并网)时，三相同步 发电机的a相电流即冲击电流波形如图3.4所示，并网前后两端电压波形如 图3.5所示.图3.4三相同步发电机a相电流图3.5并网前后变压器两侧电压从图示可以看出，正常条件下的并网70秒时刻冲击电流为0.3,而稳态时a 相电流为0.25,冲击电流在稳态电流的12倍范围内，属于正常，变压器两侧 电压在并网前后几乎没有变化，说明并

24、网契合度很高.(2) 两端相位和电压一致，频差5%时，并网冲击电流波形如图3.6所示.11 / 33图3.6三相同步发电机a相电流可以观察到尽管三相同步发电机最终能稳定下來，但是其在70秒并网时 刻冲击电流高达6,为稳态时的电流的24倍，此时冲击电流是极高的，在实 际中属于非常危险的并网，可能会烧坏电网内设备.（3）两端相位和电压一致，频差10%时，并网冲击电流波形如图3.7所示.从冲击电流波形能看出此种条件下并网后系统无法稳定，并网时刻冲击 电流高达8,为稳态时的32倍，在实际操作过程中，这种并网时不允许的.12 / 333. 2. 2存在压差时的仿真结果将三相同步发电机端电压由13.8KV

25、修改为12.8KV,同时也改变了发电机端三相负载的额定电压，冲击电流波形如图3.8所示.图3.8三相同步发电机a相电流可以观察到并网时刻冲击电流为0.7,约为稳态时电流的3倍，冲击电 流较大，并网稳定后，三相同步发电机的a相定子稳态电流增大.3. 3. 3存在相位差时的仿真结果在变压器两端电压和频率都一致的情况下，设置相位差，此时冲击电流和两端电压波形如图3.9和图3.10所示.13 / 33W20409)图3.9三相同步发电机a相电流图3.10并网前后变压器两侧电压并网时冲击电流为0.65,是稳态时的约3倍，之后系统也能快速达到 稳定状态.3. 3本章小结基于MATLAB对同步发电机的并网过

26、程进行了系统性的仿真分析，充分 讨论了不同频率，相位，压差的条件下并网的情况，以此更加深入理解了 同步发电机并网条件以及并网中系统的运行状态，为进入实验室内操作打 好了理论基础.14 / 334实验室内同步发电机的并网4.1原理以2.1中所述同步发电机并网条件为理论基础，采用准确整步法中灯 光旋转法为并网方法实现电机与电网并联运行.4. 2设备与接线4. 2.1实验设备实验设备如表4.1所示.表4.1实验设备序号型号名称数量1MET01电源控制屏1台2DD03不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表1件3DJ23校正直流测功机1台4DJ18三相同步电机1台5D34-2智能型功率、功率因数表1件6D

27、52旋转灯、并网开关、同步机励磁电源1件4. 2. 2实验接线实验设备接线图如图4.1所示.15 / 33图4. 1同步发电机并网试验线路原理图其中直流测功机励磁电阻Rst选用D44上的180 Q电阻，电枢电阻R“选 用D44上的1800 Q电阻，同步发电机励磁电阻Rt2选用D41设备上的90Q与90 Q串联然后再加上加上90 Q与90 Q并联共225 Q阻值.4. 3实验方法4. 3.1有功功率的调节(1) 按2.2.2所述准确整步法中灯光旋转法操作把同步发电机投入电网 并联运行；(2) 成功并网之后，调节原动机MG的励磁电阻Rn和发电机的励磁电 流If从而使同步发电机的三相定子电流约为零，

28、此时则有同步发电机的励 磁电流If=IfO.16 / 33(3) 保持(2)中电流不变化，接着调节励磁电阻Rm令其阻值增大， 此时三相同步发电机的输出功率也会同样增大.(4) 当三相同步发电机的定子电流从零到其额定电流大小的变化范围 内读取三相电流、三相功率、功率因数的数值，记录数据.4. 3. 2无功功率的调节测取输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线：(1) 按2.2.2所述准确整步法中灯光旋转法操作将同步发电机投入电网 并联运行；(2) 使三相同步发电机的输出功率P2稳定约为零；(3) 先调节Rf2电阻使三相同步发电机的励磁电流上升，(调整办法是 先调节串联部分，调至零位后用导线短接，

29、再调节并联部分)使同步发电 机定子电流增大到与其额定电流相同，并调节Rst保持P2始终约为0.记录 此点同步发电机的励磁电流If、定子电流I;(4) 减少同步发电机励磁电流If使定子电流I减少到最小值并记录此点 数据；(5) 继续减少同步电机励磁电流，此时定子电流又将开始增大到额定 电流；(6) 在上述(4)和(5)两种情况下读取三相电流及励磁电流并记录. 输出功率为20W和40W时的操作同上，同时记录数据.4. 4实验结果(1)三相同步发电机与电网并联运行时有功功率变化时，三相定子电 流、同步发电机输出功率以及功率因数如表4.2所示，其中：I = (/a+*+Ic)/3,/=/+/!，COS

30、(p=P2/yUI17 / 33U=220V If=Ift)=1.28A n=1500r/niin表4. 2有功功率调节数据记录序J-输出电流I (A)输出功率P2 (W)功率因 数IAIBICIPIPnP2cosd)10. 0720. 0710. 090. 078- 3. 1-21.9-25-0. 08420. 1330. 10. 0990. Ill29.53.332.80. 77830. 1860. 1590. 150. 16541. 110. 151.20.81440. 2250.20. 190. 20550.519. 5700.89650. 2930. 2670. 250. 2765.

31、724.790.40.87960. 3450. 320.310. 32577.930. 5108.40.87570.410. 380. 3690. 38692. 135. 1127.20.86480.480. 4490. 4390.456108. 137. 3145.40.83790. 550.5160. 5090. 525122.536.9159.40. 797(2)三相同步发电机与电网并联运行同步发电机输出功率为零时，三 相定子电流与励磁电流如表4.3所示，绘制输出电流平均值与励磁电流关 系如图4. 2所示，即输出功率约为零时的V形曲线.U=220V n=1500i7min P2=0W表4

32、.3输出功率约为零时数据记录序 号输出电流I (A)励磁电流 If (A)IAIBicIIf10. 4490.410. 4350. 4311.93320. 3070. 3590. 3860. 3511.83230. 3340. 2960. 3250.3181. 7140. 2750. 2340. 2640.2581.5950.2110. 1790. 2040. 1981.48860. 1460. 110. 1420. 1331.35770. 0950. 0630. 0910. 0831.25880. 0360. 0510. 0370. 0411.09490. 0890. 1140. 0910.

33、 0980.926100. 1340. 170. 1460. 150.814110. 2110. 250.2140. 2250.67118 / 33120. 2730.3140. 2780. 2880. 543130. 3430. 3810. 350. 3580.41736 詈.0W .0 导 186936 .0 寸6018胃1E1 垮1S1诗1脅1图4.2输出功率约为零时V形曲线(横坐标为If,纵坐标为I)(3)三相同步发电机与电网并联运行同步发电机输出功率为20W时, 三相定子电流如表4.4所示，V形曲线如图4.3所示；U=220V n=1500r/min P2=20W表4.4输出功率为2

34、0W时数据记录序 号输出电流I (A)励磁电流 If (A)IAIBIcIIf10. 5660. 530. 5630. 5531.86520. 4920. 4480.4790.4731.730. 3940. 360. 3820. 3791.56340. 3110. 280. 2950. 2951.450. 1990. 1890. 1630. 1841.08560. 2780. 310. 2620. 2830. 75870. 340. 3720. 3290. 3470.60780. 4010. 4390. 3980.4130.46490. 4380.470.4340. 4470. 39619 /

35、 33图4.3输出功率为20W时V形曲线(横坐标为If,纵坐标为I)(4)三相同步发电机与电网并联运行同步发电机输出功率为40W,三相定子电流如表4. 5所示，V形曲线如图4. 4所示.表4. 5输出功率为40W时数据记录序号输出电流I (A)励磁电流 If (A)IAIBIcIIf10. 6740. 6350. 6620. 6571.94420. 5340.50. 530. 5211. 79230.4430.4080.4260.4261.6340. 3750. 3440. 3690. 3631.49750. 3110.2760. 280. 2891.3460. 2460. 230. 1970

36、. 2241. 11370. 3030. 3210.2770.30. 78580. 370. 3960. 3440. 370. 60590.4320.4570.4130.4340.462100.4620.4970.4460. 4680. 39820 / 33A 7图4. 4输出功率为40W时V形曲线（横坐标为If,纵坐标为I）4.5本章小结在实验室内采用三相同步发电机系统的完整的完成了其并车实验，从 实验目的、实验项目、设备、接线、实验方法、数据图形整理等六个方面 再现了整个发电机的并网过程，同时从改变无功功率和有功功率输出的大 小两方面研究了电机的工作状态.5同步发电机并网工作状态分析5.1

37、 V形曲线意义在同步发电机并联接入电网运行时，由于输出电压是前段电网供给的, 所示此时若同步发电机所接的负载是感性的，这时会由于电枢反应的存在 使得其表现出去磁，要使得输出的电压能够稳定恒定，需要改变发电机的 励磁电流使其变大，以此消除其电枢的影响.由第四章实验结果中所绘制的V形曲线可得到一般情况下的V形曲线 如图5. 1所示.21 / 33由图5. 1可以看出，对于给定的各种有功功率有着不一样的V形曲线, 输出有功功率越大，其V形曲线越在图形上方，其中在V形曲线最低位置 处为电枢电流最小时刻，此时同步发电机的功率因数cos为1,曲线簇最 低点的连线即为cose二1线，其左侧为同步发电机工作的

38、欠励状态，右侧 为同步发电机工作的过励状态.曲线左侧二90。线表示同步发电机工作的 稳定极限，即对于每一个固定的有功功率，都存在一个同步发电机的最小 励磁受其限制，曲线再往左为同步发电机工作的不稳定区.同时曲线右边部 分各条曲线终端一起较集中，产生原因是作图时未纳入磁路饱和的条件.5. 2同步发电机欠励状态在将同步发电机并联接入电网后，若其除了有向电网供给有功功率外, 还向电网提供电容性无功功率，这个时候同步发电机的励磁称为欠励状态. 欠励状态下工作的同步发电机，改变同步发电机励磁电流使其减小，则其 定子电流会增大，并且在相位上要前于电压，此时如果持续的使电流减小, 同步发电机电压也将继续变小

39、，此刻同步发电机已经超前的功率因数角和 功率因数也将继续变大，同时其定子电流也跟着继续变大，当到达电机功 率角为90度的时刻，也代表着稳定运行极限的到來，此时若再继续使励磁22 / 33 变小，会使得电机和电网失去同步.可见发电机欠励的程度不仅要受电枢电 流的限制，还要受稳定的制约.在供电线路负载较小的状况下，使发电机在欠励的状态下运转，这样 能让其具备吸收一部分相位上滞后的电流，可以有效缓解电网中电压上升 的情况，能达到保持电网电压在一个稳定水平上的目的.但是当同步发电机 工作在欠励状态下时，效率实在是太低，一般情况下是不允许发电机工作 在此状态的，若线路负载实在太轻，可考虑关闭发电机组.5

40、. 3同步发电机过励状态在同步发电机并联接入电网运行时，若发电机除了向电网输出有功功 率之外，还供给其感性无功功率，此时发电机的励磁状况称为过励状态.此时若继续改变励磁电流使其变大，则同步发电机电枢电流和已经是 滞后状态的功率因数角将会同时变大，发电机将向电网输出更多的感性无 功功率.但是同时功率角却是随着同步发电机励磁电流的增大而减小的，同 时发电机的稳定程度提高，过励的程度将受到励磁电流和电枢电流二者的 双重限制.在电网中同步发电机属于过励状态工作时，能够吸收电网中的相位超 前于电压的电流，能改善工作的功率因数，能更稳定的发电.5. 4本章小结本章在第四章实验结果的基础上讨论了同步发电机v

41、形曲线的意义， 并由V形曲线重点延伸分析了同步发电机的两种工作状态即过励和欠励状 态.当同步发电机和电网二者并联运行时，通过改变励磁电流的大小，就能 使发电机输出的无功功率跟着变化，此时不仅能据此改变无功功率的大小, 而且能使无功功率的性质发生变化.当过励时，输出的电枢电流是滞后电23 / 33 流；当欠励时，电枢电流即变为超前电流，此时发出容性无功功率.总结本设计首先学习了同步发电机的发电原理及其与大电网并网的同期条 件和并网方法，接着从仿真和实际实验操作两方面再现了同步发电机并网 的整个过程.在基于MATLAB的仿真中，主要分析了不同并网条件下并网时刻冲击电 流和变压器两端电压变化，通过观

42、察分析不同并网条件下的二者波形再次 确立同步发电机并网准同期条件的重要性.在实际实验室内操作方面结合实验室现有条件选择合适并网方法及线 路图，主要测取了两种情况下同步发电机的工作状态，一是调节同步发电 机有功功率，一是调节同步发电机无功功率，其中详细测取了在调节同步 发电机无功功率时的V形曲线.最后就实验测取的同步发电机并网V形曲线 得到一般情况下的曲线并对之进行了详细的分析.根据上述工作获得结论，同步发电机在并网时根据其励磁状况分为三 种工作状态即过励状态、正常状态、欠励状态：(1) 当同步发电机并网后励磁状况是欠励时，此时其工作效率很低， 电机运行的同时还能吸收一部分相位滞后的电流，能降低

43、电网中上升的电 压，是不经济运行；(2) 当同步发电机并网后励磁状况是过励时，电机除了能向电网输出 有功功率外，还能提供感性无功功率，同时能吸收电网中相位超前于电压 的电流，能起到改善电机工作时的功率因数，利于发电；(3) 尽管前两种情况下对并网电机运行有着可取之处，实际中总是尽 可能并网的的发电机能工作在正常的稳定状态下，电网中无论出现相位超 前或滞后的电流都不是最优条件下的发电，具体情况需要从实际和理论两 方面考虑.参考文献24 / 331 汤蕴谬,史乃.电机学.机械工业出版社.2001.TangYunmiu, ShiNai. Electrical Machinery. Press of

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