第十七章同步电机并网运行

掌握同步发电机投入并联的条件和方法；掌握同步发电机并联运行的基本电磁关系、功率及转矩平衡方程式；掌握有功功率的调节、稳定概念；掌握无功功率的调节、V形曲线.本章教学要求1当前1页，总共40页。同步发电机的并联运行把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车或整步。现代发电厂中都是把几台同步发电机并联起来接在共同的汇流排上如图。xsxsxs1xs2xsn…….汇流排一台发电机的等效电路多台发电机并联的等效电路2当前2页，总共40页。3一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(即电网)，如图为系统的一角。同步发电机的并联运行3当前3页，总共40页。单机供电的缺点：

①不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电);

②无法实现供电的灵活性和经济性。这些缺点可以通过多机并联来改善。4同步发电机的并联运行孤岛运行4当前4页，总共40页。减少发电厂的储备容量 发电厂可以根据负荷的发展，相应地逐步增加发电机的台数。提高发电厂运行的经济性 发电厂可按照负荷变化情况，确定投入并联运行的发电机台数。提高供用电的质量和可靠性 由许多发电厂组成的电力系统，容量大，负荷变化时对系统的电压和频率的影响就小。并联运行的优点

水电与火电的协调调度，可再生能源与清洁能源的有效利用。查阅资料思考：1.哪些属于可再生能源、哪些属于清洁能源？各自特点如何？2.并联运行有什么缺点？

5当前5页，总共40页。第一节投入并联运行的条件和方法无穷大电网：1）S→∞2）ZS

→03）US

=C

4）fS=C前提：同步发电机与无穷大电网并联(与变压器并联运行对照）无穷大电网的图形表示6当前6页，总共40页。各变压器的一次和二次额定电压相等，即各变压器变比相等；各变压器连接组别相同；各变压器的短路阻抗标幺值相等，短路阻抗角也相等。7回忆：变压器理想的并联条件7当前7页，总共40页。一、并联投入的条件下标“I”代表为电网下标“Ⅱ”代表发电机同步发电机并网前情况8当前8页，总共40页。一、并联投入的条件下标“I”代表为电网下标“Ⅱ”代表发电机分三部分讨论：1.投入并联的条件2.不满足条件的影响3.并车的准备工作9当前9页，总共40页。1）发电机的励磁电势应与电网电压相等即E0Ⅱ=U2Ⅱ=UI2）发电机的频率与电网频率相等fⅡ=fI1122下标“I”代表为电网下标“Ⅱ”代表发电机1.投入并联的条件10当前10页，总共40页。3）并联合闸瞬间，发电机与电网的对应相的电压应同相位(瞬时值相等），亦即发电机与电网回路电势为零。1122下标“I”代表为电网下标“Ⅱ”代表发电机331.投入并联的条件11当前11页，总共40页。1122下标“I”代表为电网下标“Ⅱ”代表发电机334）相序相同445）电压波形相同551.投入并联的条件12当前12页，总共40页。若任何一个不满足则在开关的两端，会出现差额电压，如果闭合开关，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。发电机并网时避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网的安全运行。2.不满足并联投入条件的影响13当前13页，总共40页。2.不满足并联投入条件的影响上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。电压差不应超过额定电压的5%~10%；频率差不应超过额定频率的0.2%~0.5%；相位误差不应大于5°。14当前14页，总共40页。3.并联投入的准备检查并车条件和确定合闸时刻：通常用电压表测量电网电压U1，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。汇流排ABS15当前15页，总共40页。3.并联投入的准备合闸时刻的确定发电机与电网之间相序、电压满足条件时，合闸16当前16页，总共40页。合闸瞬间开关两端电位差为：3.并联投入的准备17当前17页，总共40页。

ⅡI而合闸属于暂态过程，此时回路阻抗很小，即便很小，回路中也会产生很大的冲击电流，最佳时刻3.并联投入的准备电压差用相量表示，频率有较小差异时，18当前18页，总共40页。三、投入并联的方法1.准确同步法：将发电机调整到符合并联条件后的合闸并网操作过程称为准确同步法(quasi-synchronousmethod)。最基本的方法分为：

1）灯光熄灭法

2）灯光旋转法2.自同步法(selfsynchronizingmethod)19当前19页，总共40页。步骤：①将待并网的同步发电机由原动机拖动接近同步速度；②调励磁使发电机空载电压与电网电压相等；③确认相序相同，调原动机转速使发电机电压频率fII约等于电网频率fI；④在对应相电压相位相同的瞬间，合闸并网。1、准确同步法如何确认？为什么20当前20页，总共40页。21（1）灯光熄灭法在电网与发电机的对应相间接三组灯12fⅡ约等于电网频率fⅠ，变化，灯的明暗程度变化21当前21页，总共40页。（1）灯光熄灭法

故三组灯同时明或暗。U同时变化加在3组灯上电压的特点:

U相同12原理：灯泡忽明忽暗的频率取决于？22当前22页，总共40页。灯光熄灭法原理：电机各端与电网同相端对应，三灯泡同时亮、暗，灯泡熄灭的瞬间为合闸的最佳时机。（1）灯光熄灭法23当前23页，总共40页。（1）灯光熄灭法当不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象a.频率不等，且相差较大：b.电压不等12如果3个相灯呈现同时熄灭、同时亮，但明暗交替很快，这时需调发电机的转速，使得明暗变化慢些。三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮和最暗范围闪烁。需调节励磁电流。1224当前24页，总共40页。25d.相序不等c.相角不等（1）灯光熄灭法当不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象三个相灯明暗程度不一致且呈旋转状态，需对调发电机或电网的任意两根接线。电网电压与发电机段电瞬时值不等，三个相灯不熄灭，不能合闸并网。1225当前25页，总共40页。26并车步骤：①通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等；②电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替。如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；③通过调节发电机的转速改变频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明频率已十分接近，等待灯光完全熄灭的瞬间（相位相同），即可合闸并车（1）灯光熄灭法电网同步指示灯GS26当前26页，总共40页。27（2）灯光旋转法一相灯泡同端连接，另外两个交叉连接

2I27当前27页，总共40页。（2）灯光旋转法加在此3组灯上电压不等，故三组灯不是同时亮暗，此时⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗。若2>1，以电网为参照，相当于发电机电压顺时针旋转。

2I增加，减小，增加。28当前28页，总共40页。当⊕3最亮后，⊕1亮度继续↑，⊕2变暗；下一个最亮⊕为1；再又轮到⊕2最亮。灯的亮度变换为顺时针旋转。29当前29页，总共40页。（2）灯光旋转法原理：若2>1，灯的亮度变换为顺时针旋转。30当前30页，总共40页。（2）灯光旋转法思考：若2<1，灯的亮度变换如何？灯光旋转速度取决于？灯光旋转法寻找合闸时间：调发电机转速，使灯光旋转速度慢，然后在A相灯熄灭，合闸并网。电网同步指示灯GSABC31当前31页，总共40页。

2I合闸时，对应A相灯灭，其他两组灯光度相同。问题：合闸的时候，发电机频率与电网频率不同，也就是其转子速度不是同步速度。如何解决？32当前32页，总共40页。（2）灯光旋转法电网同步指示灯GS

旋转法并车步骤为：

①通过调节发电机励磁电流的大小使得发电机的端电压等于电网电压；

②电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序；

③通过调节发电机的转速改变其频率，直到灯光旋转缓慢时，这时等待对应相相接的灯完全熄灭的瞬间到来，合闸并车。33当前33页，总共40页。准确同步法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐一检查和调整，所以费时较多。准确同步并列的优点是并列时冲击电流小，不会引起系统电压变化。灯光旋转和灯管熄灭属于手工操作，随着检测技术和控制技术的不断发展，手工并网已很少，而是广泛采用自动并网装置。准确同步并列法按自动化程度不同，分为手动准同步、半自动准同步和自动准同步。1、准确同步法34当前34页，总共40页。随着检测技术和控制技术的不断进步，手工并网操作已很少使用了，而是广泛采用自动并网装置。自动装置不但使并网合闸瞬间的各项要求能最大限度地得到满足、电磁冲击和机械冲击最小、杜绝了手工操作的种种不足，而且可对电网故障作出最快速、最恰当的反应，提高了电力系统的综合自动化能力和运行可靠性。1、准确同步法35当前35页，总共40页。1、准确同步法微机智能准同期控制保护器：正常工作时，数码管可以显示发电机电压、发电机频率、电网电压、电网频率、发电机与电网电压差、发电机与电网频率差、发电机与电网相位差。36当前36页，总共40页。2、自同步法

接线图如图，1）将励磁绕组通过电阻（约为励磁电阻的10倍）短接。2)拖动到接近同步速(相差2~5％)，在无励磁电流的情况下，将发电机接入电网。37当前37页，总共40页。2、自同步法

3)再接通励磁并调节励磁，如图，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。38当前38页，总共40页。392、自同步法：用于事故状态下的并车前提：相序一致将励磁绕组通过电阻短接拖动到接近同步速(相差2~5％)，在无励磁电流的情况下，将发电机接入电网再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车