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1、1投入并联运行的条件投入并联运行的条件投入并联运行的方法投入并联运行的方法功角特性功角特性有功功率的调节有功功率的调节无功功率的调节无功功率的调节本节内容本节内容第1页/共37页2电网视在功率电网视在功率S 等于无穷大；等于无穷大；电网内部阻抗电网内部阻抗Z等于零；等于零；电网电压电网电压U 等于常数；等于常数；电网频率电网频率f 等于常数。等于常数。“无穷大无穷大”电网的概念电网的概念发电机无穷大电网恒频恒压电网第2页/共37页并联投入的条件和方法并联投入的条件和方法无限大电网的概念：无限大电网的概念：现代电力系统（电网）通常总是由许多现代电力系统（电网）通常总是由许多发电厂并联组成，每个电
2、厂内又有多台发电机在一起并联运发电厂并联组成，每个电厂内又有多台发电机在一起并联运行。行。并联运行：并联运行：把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并联把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并联运行。运行。提高供电的质量；提高供电的质量；并联运行的优点：并联运行的优点：提高供电的可靠性；提高供电的可靠性；提高供电的经济性。提高供电的经济性。研究同步发电机与电网并联运行问题，不仅具有理论意研究同步发电机与电网并联运行问题，不仅具有理论意义，而且还有很大的实际意义。义，而且还有很大的实际意义。第3页/共37页一、同步发电机投入并联的条件和方法一、同步发电机投入并联的条件和方法同步发电机投入并联时，
3、为了避免电机和电网中产生冲同步发电机投入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并联的发电机应当满足：联的发电机应当满足：1.投入并联的条件（1）发电机的相序应与电网一致；（2）发电机的频率应与电网相同；（3）发电机的激磁电动势应与电网电压大小相同，相位 相同，第4页/共37页分析：分析：1）相序不同；）相序不同；2）频率不同；）频率不同；3）电压不同。）电压不同。第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。并连接线图和向量图并连接线图和向量图第5页/共37页如何才能达到这些条件？如何才能达到这些
4、条件？关于相序问题：一般大型同步发电机的转向和相序在出厂以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机，可以利用相序指示器来确定。要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转速和发电机的励磁电流就可以达到。速和发电机的励磁电流就可以达到。关于电动势的频率和大小：发电机的频率和励磁电动势为：fpn1/60和E04.44fN1kN10电动势的相位：可以调节发电机的瞬时速度来调整。第6页/共37页2.投入并联的方法投入并联所进行的调节和操作过程称为整步。实用的整步方法有两种：准确整步法和自然整步法准确整步法：把发电机调整到完全合乎投入并联的条
5、件，然后投入电网。判断是否满足投入并联的条件方法采用同步指示器最简单的同步指示器由三个指示灯组成，可以有两种接法：直接接法和交叉接法。第7页/共37页 直接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的对应相之间，即接在 之间。（1）直接接法）直接接法灯光明灭的直接连接法灯光明灭的直接连接法第8页/共37页起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。机的电压接近电网电压。频率：调节发电机的转速，到三个灯的亮度不再闪烁或闪烁频率很低时，就表示f f。电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。电压的
6、相位：灯灭且UAA=0时即可合闸投入并联。条件检查条件检查相序：相序：灯光同时明暗，说明相序正确。灯光同时明暗，说明相序正确。第9页/共37页(2)交叉接法交叉接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的 之间。灯光旋转的交叉连接法灯光旋转的交叉连接法第10页/共37页起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。机的电压接近电网电压。频率：调节发电机的转速，到灯光旋转速度很低时，就表示f f。电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。电压的相位：A相灯灭且BC相等亮度相同时，即可合闸投入并联
7、。条件检查条件检查相序：相序：灯光旋转，说明相序正确。灯光旋转，说明相序正确。第11页/共37页1号灯灭号灯灭2号灯灭号灯灭3号灯灭号灯灭若f f若f f1号灯灭号灯灭3号灯灭号灯灭2号灯灭号灯灭灯光旋转的说明灯光旋转的说明第12页/共37页自整步法自整步法准确整步法的优点是投入瞬间电网和电机没有（或很少）冲击；缺点是整步手续比较复杂，时间长，不能满足快速并网要求。(1)校验发电机的相序；(2)励磁绕组经限流电阻短路；(3)发电机的转速接近同步速；(4)并网；(5)加励磁电流。自整步法第13页/共37页一、功率方程一、功率方程IfB0pFe铁心损耗铁心损耗（转子铁心中磁场恒定，无铁耗）（转子铁
8、心中磁场恒定，无铁耗）P1-p pmecmec-pFe=Pemn1励磁损耗由另外的直流电源供给励磁损耗由另外的直流电源供给Pem-pcua=P2同步发电机的功率方程：同步发电机的功率方程：同步发电机与大电网并联运行的功角特性同步发电机与大电网并联运行的功角特性机械能机械能损耗损耗电能电能功率流程图第14页/共37页二二、转矩方程转矩方程P1(pmec+pFe)=PemT1T0=Tem两边同时除以同步角速度两边同时除以同步角速度 1=2 n1/60第15页/共37页三、电磁功率三、电磁功率Pempcua=P2Pem=P2+pcua=mI(U cos+I ra)=m I EQ cos0=m U I
9、 cos+mI2ra=m I E cos=mEQIq电势向量图第16页/共37页隐极同步发电机中隐极同步发电机中因为：因为：EQ=E0Pem=m I E cos=m I EQ cos0=mEQIq=mE0Iq要进行能量转换，电枢电流中必须有有功分量要进行能量转换，电枢电流中必须有有功分量对对E来说，来说，Icos 就是电流的有功分量就是电流的有功分量对对EQ来说，来说，Icos=Iq就是电流的有功分量就是电流的有功分量与前的分析相符，交轴电流产生交轴电枢反应，使气隙磁场轴与前的分析相符，交轴电流产生交轴电枢反应，使气隙磁场轴线移位，气隙磁场与主极磁场轴线间有相位差。线移位，气隙磁场与主极磁场轴
10、线间有相位差。第17页/共37页Iq决定了决定了（功率角）的大小。（功率角）的大小。：功率角：功率角交轴电流越大，交轴电枢反交轴电流越大，交轴电枢反映越强映越强 也就越大。也就越大。交轴电枢电流对产生电磁转矩和进行能量转换具有直接关交轴电枢电流对产生电磁转矩和进行能量转换具有直接关系系。功角示意图第18页/共37页四、功角特性四、功角特性当E0和U保持不变时，发电机发出的电磁功率与功率角之间的关系Pemf()称为功角特性。设法消去设法消去Id和和Iq第19页/共37页凸极机功角特性曲线为基本电磁功率基本电磁功率与励磁电动势成正比，与端电压成正比，与基本电磁功率与励磁电动势成正比，与端电压成正比
11、，与功角的正弦成正比，与直轴同步电抗成反比。功角的正弦成正比，与直轴同步电抗成反比。当时，达到最大值。第20页/共37页附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当时时才存在，它是由凸极效应（即交、直轴磁阻不相等）才存在，它是由凸极效应（即交、直轴磁阻不相等）所引起，故亦称为所引起，故亦称为磁阻功率磁阻功率。在隐极同步电机中附加电磁功率。在隐极同步电机中附加电磁功率等于零。等于零。当当 时达到最大值。时达到最大值。称为附加电磁功率总的电磁功率，发电机运行时，在总的电磁功率，发电机运行时，在 为为4590之间达到最大之间达到最大值值Pe(m
12、ax),其具体位置和数值视其具体位置和数值视Pem1(max)和和Pem2(max)的相对大小的相对大小而定。而定。第21页/共37页对于隐极电机，由于对于隐极电机，由于XdXqXs，附加电磁功率为零，故，附加电磁功率为零，故Pem就等于基本电磁功率就等于基本电磁功率对于凸极电机，电磁功率Pem亦可以写成要注意，式中的要注意，式中的EQ为虚拟电动势，为虚拟电动势，EQ本身也是功角本身也是功角 的函的函数。数。第22页/共37页功率角的空间含意功率角 亦可近似的看作是合成磁场滞后空载磁场的角度。功角的空间含义第23页/共37页 例例11有一台有一台70000kVA70000kVA、13.8kV1
13、3.8kV（Y Y接）、接）、coscos=0.85 =0.85 （滞后）的三相水轮（滞后）的三相水轮发电机直接与电网相接，已知电机参数为：发电机直接与电网相接，已知电机参数为：X Xd d2.2722.272，X Xq q=1.90=1.90,电枢电电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势(不计磁饱和不计磁饱和)。额定相电压额定相电压额定相电流额定相电流解解：先按算出额定负载时的：先按算出额定负载时的 角角第24页/共37页第25页/共37页有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定1.有功功率的调节以隐极电机为例，
14、说明同步发电机与无穷大电网并联时有功功率的调节。为简化分析，略去电枢电阻和磁饱和的影响。准确整步法并网时，功率角0有功功率的调节第26页/共37页电磁转距电磁转距Tem 0，发电机在电网上处于空载状态；原动机的驱，发电机在电网上处于空载状态；原动机的驱动转矩仅用于克服发电机的空载阻转矩。动转矩仅用于克服发电机的空载阻转矩。欲使发电机输出有功功率，根据能量守恒原理，应当增加发电机的输入功率，即调节原动机，这可以由开大汽轮机的汽门（或水轮机的水门）来实现。原动机的功率增加时，驱动转矩T1也增大，发电机的转子加速，于是与转子主磁场相对应的电动势E0将超前于电网电压U以角。根据功角特性，此时发电机将向
15、电网输出一定的有功功率根据功角特性，此时发电机将向电网输出一定的有功功率P2。第27页/共37页同时转子上将受到一个制动的电磁转矩Tem，使驱动转矩和制动的电磁转矩重新取得平衡；转子转速仍然保持为同步转速。此时发电机已处于负载运行状态，如图中的A点所示。隐极机功角特性曲线第28页/共37页由此可见，要增加发电机的输出有功功率，必须增加原动机的由此可见，要增加发电机的输出有功功率，必须增加原动机的输出功率，使功率角输出功率，使功率角 增大，电磁功率和输出功率便会相应的增大，电磁功率和输出功率便会相应的增加；直到增加；直到 90时，电磁功率达到最大值时，电磁功率达到最大值Pem（max）。在电机的
16、最大功率增大到在电机的最大功率增大到Pem（max）时，不能再增加输入功率。时，不能再增加输入功率。否则驱动转矩与制动转矩不能实现平衡，发电机将会失去同否则驱动转矩与制动转矩不能实现平衡，发电机将会失去同步。步。第29页/共37页2.静态稳定 稳态运行于某一工作点的同步发电机，当外界（电网或原动机）发生微小的扰动时，工作点发生偏移，扰动消失后，发电机能回到原先状态稳定运行，称为同步发电机静态是稳定的；否则是静态不稳定的。正常工作于正常工作于A点或点或B点，看发电机的稳定运行情况。点，看发电机的稳定运行情况。整步功率和静态稳定第30页/共37页当90时，时，发电机就变为不稳定。发电机就变为不稳定
17、。3.整步功率系数功率角越接近90越小，发电机静态稳定程度也越低第31页/共37页 以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时无功功率的调节。忽略电枢电阻，原动机的输入功率保持不变。根据功率平衡关系可知，在调节励磁前后，发电机的电磁功率和输出的有功功率均应近似的保持不变。1.无功功率的调节无功功率的调节无功功率的调节和无功功率的调节和U形曲线形曲线第32页/共37页不同励磁电流时的相量图不同励磁电流时的相量图第33页/共37页正常励磁正常励磁cos=1过励过励加大励磁电流，加大励磁电流，电枢电流将滞后于电网电压。电枢电流将滞后于电网电压。欠励欠励减小励磁电流，电枢电流将超前于电网电压。减
18、小励磁电流，电枢电流将超前于电网电压。调节励磁电流就可以调节无功功率这一现象，还可以用磁动势平衡关系来解释。发电机与无穷大电网并联时，其端电压恒为常值，所以无论励磁如何变化，电枢绕组的合成磁通近似不变。第34页/共37页反之，减小励磁电流而变为反之，减小励磁电流而变为“欠励欠励”时，主磁通减少，为了时，主磁通减少，为了维持合成磁通不变，发电机必须输出超前电流，以减小去磁维持合成磁通不变，发电机必须输出超前电流，以减小去磁性的电枢反应，甚至使电枢反应变为增磁性，以补偿主磁通。性的电枢反应，甚至使电枢反应变为增磁性，以补偿主磁通。当增加励磁电流并达到“过励”时，主磁通增多，为维持电枢绕组的合成磁通不变，发电机应输出滞后电流，使去磁性的电枢反应增加，以补偿过多的主磁通。注意：正常励磁、过励、欠励是由注意：正常励磁、过励、欠励是由功率因数角功率因数角决定的；而电决定的；而电枢反应去磁或助磁是由枢反应去磁或助磁是由内功率因数角内功率因数角决定的。决定的。第35页/共37页2.V形曲线形曲线同步发电机的U形曲线第36页/共37页感谢您的欣赏第37页/共37页