同步发电机的并联运行ppt课件.ppt

1、6.4 同步发电机的并联运行,Parallel connection operation of synchronous generator,1,教学要求,1熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法,2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,3掌握有功功率和无功功率的调节,4理解V形曲线的物理意义,2,概述,无限大电网,无穷大电网：1）S 2）ZS 0 3）US = C 4） fS= C,3,同步发电机并联运行的优点,1.电能的供应可以互相调剂，合理使用。,2.增加供电的可靠性。,3.提高供电质量，电网的电压和频率能保持在要求的恒定范围内。,4.系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质

2、的负载，互相起补偿作用。,5.联成大电力系统，有可能使发电厂的布局更加合理。,4,同步发电机的并联运行,通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。,5,6.4.1 投入并联的条件和方法,条件： 1.电压大小相位(波形)相同 2.频率相同 3.电压幅值相同 4.电压相位相同 5.相序相同(相序一致是绝对条件),方法 1.准确同步法 2.自同步法,6,1、电机和电网间有环流，定子绕组端部受力变形。 2、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡。 3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损耗，温度升高，效率降低。 4、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生无法消除的环流，危害电机安全运行。,条件不满足时对电

3、机的影响,7,方法：,1. 准确同步法： 将同步发电机调整到符合并联条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法两种。,8,电网与同步发电机之间的三相并联开关两侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电压差 ，即可并网合闸。,(1)暗灯法（直接接法）：,9,暗灯法接线和向量图,10,当不满足并网条件时，暗灯法所见的现象,a.频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象，说明发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而改变发电机频率。,b.电压不等：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，需调节励磁电流从而改变发电机的端电压。,11,c.相序

4、不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发电机与电网的相序不同,需对调发电机或电网的任意两根接线。,d. 相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸并网，需微调节转速。,12,(2) 灯光旋转法： （交叉接法）,此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯光旋转方向判断频率大小。,13,A、通过调节发电机励磁电流的大小使得端电压与电网电压相等； B、电压调整好后，如相序一致，灯光旋转，否则说明相序不一致，应调整发电机出线相序或电网引线相序，保证相序一致； C、调节发电机的转速改变频率，直到灯光旋转十分缓慢，频率f2f1，灯I完全熄灭，另两组灯等亮度时迅速合闸并车。

5、并联后最终由自整步作用牵入同步运行。,旋转法并车方法,14,15,此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯光旋转方向判断频率大小。,准确同步法（灯光法）又称理想整步法，合闸时无明显的冲击电流；对并车条件逐一检查和调整，操作复杂，费时较多。,16,当电网出现故障，一般要求迅速将发电机投入，因电网电压和频率出现不稳定，准确同步法很难操作，往往用自同步法实现并联运行。,(2) 自同步法,17,在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步转速(相差小于25)，在没有接通励磁电流的情况下合闸将发电机接入电网，并立即加入励磁，依靠

6、定子磁场和转子磁场之间形成的引力（电磁转矩）将转子拉入同步转速，并车过程即告结束。,自同步法操作过程,18,注意事项,励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。,19,操作简单，方便快捷；, 自同步法的优点,合闸时有冲击电流。, 自同步法的缺点,20,6.4.2 同步电机并网运行的理论基础,并联运行通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。就是发电机的端电压和频率与电网完全相等.,21,与 同相位，有电枢电流，但无有功功率输出，仍认为是空载。在理想条件下并联到电网，原动机只供给发电机转动所需的损耗功率，即风阻摩擦、机械

7、损耗及铁耗等。,一、空载运行 （不是I=0，而是有功功率或有功电流为零）,也就是，原动机的拖动转矩 等于空载矩 ，发电机不向电网输出功率。,22,空载时改变发电机的励磁电流 ：,1增大励磁，则 ，电流落后电压 电角 度（向电网输送感性无功，相当于吸收容性无功）， 发电机对电网起电容器作用。 2减小励磁，则 ，电流领先电压 电角度， 发电机从电网吸收感性无功功率，此时发电机对电 网相当于电感负载。 3 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，没有能使发电机输出有功功率。,23,并联到电网上的发电机，能够调节的物理量有两个：励磁电流；原动机输出转矩。 原动机的输出转矩增加，

8、 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 的旋转速度也不能变，维持恒定的同步速度。代表转子位置的空间向量 在空载时与 同相位，当 增大瞬间，转子加速使得 领先 一个角度 。,二、负载运行,24,若转子极对数为P，则整个转子上有个 2P等值励磁电流，作用在转子的总电磁转矩为 T ：,用一个等值集中的励磁电流 (每对极只有一匝)去代替实际的励磁电流。由于基波励磁磁动势领先于气隙磁密一个 电角度，使励磁电流if所在处的气隙磁密不为零 ，有磁场有电流就必然产生电磁力，转子受力为：,1同步发电机的电磁转矩 T:,25,转矩平衡

9、等式的每项都乘以机械角速度，就变成功率平衡式。,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：,26,同步发电机有功功率的流程图,图6-44 功率流程图,27,三、 有功功率的调节和静态稳定,电网并联运行的同步发电机，当增加原动机的拖动转矩时，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。,28,1.隐极发电机：若忽略电阻Ra,29,同步发电机的功角特性,（1）保持励磁电流If不变时，Pem 值与 角按正弦曲线变化，正半波代表发电机工况。,30,（2） Pem一定时，改变励磁电流 ，若 ， 则12 .,请比较 和 的大小,900,0,Pem,1800,3

10、1,2. 凸极式发电机,忽略电枢电阻电磁功率等于输出功率。,32,第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，E0与励磁电势If成正比，称为励磁电磁功率（基本电磁功率）。,第二项在隐极机中不存在，与 If无关，与端电压 U即合成等效磁极及纵横轴磁阻的差异有关即 ，称作凸极电磁功率（附加电磁功率）。,33,凸 极 机 的 功 角 特 性 曲 线,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,0,90,0,Pem,34,结论1： 励磁电流If为常数，调节发电机输出有功功率，无功功率会改变，输出有功功率减少时，输出落后性无功功率会增大。,结论2：电网上的同步发电机

11、，保持If为常数，调节发电机输出有功功率，电动势向量 的轨迹是一个圆，电枢电流向量的轨迹也是一个圆(圆心不是0)，称同步电机的圆图。,35,两种电机功角特性的区别,隐极,36,6.4.3 同步发电机与电网并联运行 时的静态稳定,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。,37,（1）静态稳定问题：发电机在某一稳定运行状态，（即发电机和电网并联运行时，电压U和频率f都为恒定值，励磁电流If不变，其输入功率和输

12、出功率都不变的运行状态），如果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，发电机如能恢复到原来的稳定运行状态，即认为该发电机的运行是稳定的。,38,（2）动态稳定问题：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。,39,2 静态稳定分析,(1) 隐极机,900,0,Pem,1800,静态稳定判据： dPem/d0,40,(2) 凸极机,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,0,90,0,Pem,41

13、,m ：最大电磁功率的功角。 凸极电机m=45900；隐极机m=900 隐极机： =m=900时，Pem=Pemmax 凸极机：令dPem/d=0，求得=m ，Pem=Pemmax 分析： =0m:增大 Pem增大 =m时Pem=Pemmax ，能稳定运行。 m:增大 Pem减小，发电机将失去同步，不能稳定运行。,3、同步发电机的极限功率Pemmax,42,发电机失去同步后，必须立即减小原动机输入的机械功率，否则将使转子达到极高的转速，以致离心力过大而损坏转子。另失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此保持同步十分重要。,43,4、过载能力 发电

14、机输出的最大功率与额定功率的比值为同过载能力。 kM=Pemmax/PN 隐极机：不计Ra PNPemN 则kM=Pemmax/PN=1/sinN 5、比整步功率（整步功率系数）Psyn： 隐极机：Psyn=dPem/d=mE0Ucos/Xt 凸极机：Psyn=mE0Ucos/Xd+mU2*(1/Xq-1/Xd)cos2,44,6、比整步转矩（整步转矩系数）Tsyn 隐极机：Tsyn=mE0Ucos/(Xt) 凸极机： Tsyn=mE0Ucos/(Xd)+mU2/ *(1/Xq-1/Xd)cos2,45,6.4.5 无功功率的调节和V形曲线,电力系统，除了要供给负载有功功率以外，还要供给负载大

15、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。发电机在理想条件下（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。,46,If不变，调节有功功率， (即调节原动机的汽门、油门或水门)， 将变化，有功功率变化。 调节无功功率If ，保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，发电机输出的有功功率保持不变。,1、I随If变化关系 Pem=mE0Usin/Xt=const 即E0sin= const P2=mUIcos= const 即Icos= const,47,2、端电压与电磁功率恒定时隐极发电机相量图,48,通过调节励磁电流If（E0变）可以达到调节同步发电机无功功率（mUIsin）的目的。,49,可通过实验测得。每一恒定P2可测定一条V形曲线。 P2越大，曲线位置越往上移。 曲线最低点对应于cos=1，电枢电流最小，全为有功分量，属正常励磁。 每条曲线最低点连接起来可得cos=1曲线，曲线左边，发电机出于欠励