15.3 同步发电机并联运行理论基础_1.ppt

1、第三节 同步电机并网运行的理论基础,基本要求：,3掌握同步发电机并网运行时功率及转矩平衡方程式,1掌握同步发电机并网空载运行的基本电磁关系,2掌握同步发电机并网负载运行的电磁转矩,原动机的拖动转矩 等于空载矩 ，发电机不向电网输出有功功率。,除了 ，还包括有功功率或有功电流为零的状态。,1同步发电机空载运行时的功率及转矩,一、空载运行,空载时改变发电机的励磁电流,减少励磁,增加励磁, 原动机输出转矩不变时，改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或领先的纯无功电流，发电机不输出有功功率。,结论：, 发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁磁动势基波同相位。, 原如果在合闸前，发电机空载电压与电

2、网电压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还会有无功电流，即向电网发出无功功率。,调节原动机的输出转矩 ，引起转子加速。首先出现的是转子位置（以 为标志）领先气隙旋转磁密 。由于电网频率不会改变， 的频率也不会变，所以气隙磁密 维持恒定的同步速度。,并联到电网上的发电机，能够调节的物理量：励磁电流和原动机输出转矩。,代表转子位置的空间向量 在空载时与 同相位； 增大瞬间，转子加速使得 领先 一个角度,二、负载运行,1同步发电机的电磁转矩,制动力矩,2. 转矩平衡和功率平衡,电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为：,功率平衡式：,输入功率 电磁功率 输出功率,思考：内功率因数角？,第四节 有

3、功功率的调节和静态稳定,并联运行的同步发电机，当输入转矩增加时，电机的电磁制动转矩随之增大，电机的电磁功率和输出有功功率增大。,第四节 有功功率的调节和静态稳定,1.隐极发电机：若忽略电阻 ， 则,一、同步发电机的功角特性,（2） 一定时，改变励磁电流 ，若 则,（1）保持励磁电流 不变时， 值与 角按正弦曲线变化。,请比较 和 的大小,功角特性：,当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输出功率。,2. 凸极式发电机,第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，与励磁电势 成正比，称为励磁电磁功率。,第二项在隐极机中不存在，与端电压 及交直轴磁阻的差异 有关，称作凸极电磁功率。,电磁转矩:

4、,由于凸极机的电磁功率有两个正弦函数叠加而成，其最大电磁功率发生在 角小于 电角度的位置。若 则， 。,凸极同步发电机的功角特性：,发电机励磁电流 = 常数时，励磁电势 = 常数，调节发电机输出有功功率时，因 角的不同，使得不仅输出的有功功率 不同，而且输出的无功功率也会不同。,二、 调节有功功率时发电机输出无功功率 的变化,结论1：当励磁电流 =常数时，调节发电机输出的有功功率，发电机的无功功率也会改变，输出有功功率增大时，输出落后性无功功率会减小。,结论2：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流 为常数，调节发电机输出的有功功率，电动势向量 的轨迹是一个圆(圆心是 ) ，电枢电流 向量的轨

5、迹也是一个圆(圆心是 )，把它们称为同步电机的圆图。,同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限制，而且受到运行稳定性的限制。,稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机或电厂是否还能保持同步运行的问题。,稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。,1发电机的稳定问题,三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定,（2）动态稳定：发电机突然加负载、切除负载等正常操作运行时，或者在发生突然短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化时，电机是否还能保持同步运行的问题。,（1）静态稳定：发电机在某一稳定运行状态，如果

6、在电网或原动机方面，突然发生一些微小干扰，在此小干扰去掉后，发电机若能恢复到原来的稳定运行状态，即认为该发电机是稳定的。,(1) 隐极机,2静态稳定分析,若原动机拖动转矩 不变，当 增大一个 时，电磁转矩 也增加一个 ，去掉干扰后，因 ，制动转矩比拖动转矩大，使电机自动回到原工作点（ ），发电机运行是稳定的。,2静态稳定分析,(1) 隐极机,若原动机拖动转矩 不变，当 增大一个 时，电磁转矩 也增加一个 ，去掉干扰后，因 ，制动转矩比拖动转矩大，使电机自动回到原工作点（ ），发电机运行是稳定的。,，发电机是静态稳定的。,或 时为静态稳定极限。,，发电机是不稳定的。,结论：,凸极机与隐极机相似，

7、,发电机是静态稳定的。,，为静态稳定极限，但此时,，发电机是不稳定的。,（2）凸极机,凸极机的额定运行点一般在 角度范围。,（3）最大转矩 （或最大电磁功率 ）与额定电磁转矩 （或额定电磁功率 ）之比称为过载能力，用 表示：,隐极机 ， 一般为1.52左右。,整步转矩系数,隐极机：,凸极机：,整步转矩系数的正负代表了是否稳定，大小代表了稳定的能力。,电力系统，除了要供给负载有功功率以外，还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功功率由电网中全部发电机共同负担。 调节一台并网发电机的无功功率时，可以认为电网是无限大电网，即电网电压与频率是不变的。,第五节 无功功率的调节和 形曲线,发电机在理想条件

8、下（发电机与电网电压、频率、初相角都相等），并联合闸到电网上去。,3. 欠励磁（进相运行）：（保持原动机输出不变）减小励磁电流 ，发电机送出领先的无功电流，产生助磁电枢反应。,2. 过励磁(迟相运行)：（保持原动机输出不变）增加励磁电流 ，发电机送出落后的无功电流，产生去磁电枢反应。,1. 正常励磁：空载运行时，电枢电流 ，发电机既没有有功功率输出，也没有无功功率输出，此时发电机的励磁电流为正常励磁。,=常数,均为不变量,当发电机输出一定的有功功率并保持不变，,（3）电枢电流 与电压 同相位，正常励磁。,（2）电枢电流 落后电压 时， 较大，也就是励磁电流 较大，过励磁；,（1）电枢电流 领先

9、电压 时， 较小，也就是励磁电流 较小，欠励磁；,正常励磁,不稳定区,把空载和不同负载下的电枢电流和励磁电流的关系画成曲线，此曲线叫做发电机的U形曲线。,同步发电机的U形曲线的特点：, 有功功率越大, U形曲线越高，, 每条U形曲线有一个最低点，表示该输出功率下， 。把这些点连起来称为 的线。, 线的左边属于欠励超前功率因数区，右边属于过励滞后功率因数区。, 在最左边，由于励磁电流过小，运行的功率角 达到 ，进入不稳定区。,同步发电机的U形曲线的作用：,已知其中两个变量，可以知道其他两个运行的量，对运行管理非常有帮助。,U形曲线（族）有4个变量： ， ， ， 。,例如已知负载大小和给定的励磁电流，就可以知道电枢电