同步电机(3)同步发电机并网运行
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➢一、功角特性的定义及意义
第六章 同步电机
➢二、功角特性公式的推导
第六章 同步电机
E0 jId xd jIq xq
U
I
Iq
Id
图11-11 凸极同
步发电机相量图
第六章 同步电机
➢三、关于功角特性的讨论
第六章 同步电机
第六章 同步电机
将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度
讨论：
E0 jId xad
jIq xaq E jIx
定子合成磁 场等效电路
Ira U
S
S
N
Ba
I
n1
N
n1
B0
(a)
(b)
图11-14 功率角的时空意义
第六章 同步电机
§5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定
➢一、分析假设
第六章 同步电机
➢二、发出有功功率的调节过程
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
➢一、并联运行的必要性(2)
▪系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作 用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错 开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用 率，若电力系统处在尖峰负荷(短时用电量较大)，可以用增开担 负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭 到破坏。
准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入，然后投入电网 ，这种方法叫准整步。 自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定 子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转， 把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机 投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力 矩，把转子自动地拉入同步。
第六章 同步电机
➢三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发
IG
电
机 一
E0 UG
相
绕
组
X
IS US 电网
图11-1 研究并联运行的正方向
第六章 同步电机
➢三、并网情况分析
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
理想并网条件：
第六章 同步电机
§2 同步发电机并网操作的方法
➢一、并网投入方法 整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程 （或称并车)，整步方法：准整步和自整步。
第六章 同步电机
➢二、准整步法
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
§3 同步发电机的功率、转矩关系
➢一、功率平衡方程式
第六章 同步电机
➢二、关于电磁功率的初步认识
第六章 同步电机
➢三、转矩平衡方程式
第六章 同步电机
§4 同步发电机的功角特性
Q m UE0
cos
U2 m
xd
xq
mU 2
xd
xq
cos 2
xd
2 xd xq
2 xd xq
当E0、U和xd为常数时，无功功率也是功率角θ的函数
第六章 同步电机
➢四、功角的物理意义
1）对发电机而言，θ 角是励磁电动势超前于端电压的时间角
2）θ的空间意义，θ是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看
由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它的电压、频 率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的运行分析将与单机运行 有所不同。
实际上，系统的容量是有限的．无限大电网只是一个相对的概念．负载增加 时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下降，只是大容量系统中， 电压和频率的变动很小而已。
TM
PM 1
m
UE0 xd 1
sin
m U2 21
1 ( xq
源自文库
1 xd
)sin 2
TM
TM
TM
m
UE0 xd 1
sin
为基本电磁转矩。
TM
m
U2 21
1 ( xq
1 xd
) sin
2
为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。
第六章 同步电机
若要求取无功功率Q＝mUIsinφ的功角特性，可用类似方法推导 出：
作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角
E0 jId xad
jIq xaq E jIx
定子合成磁 场等效电路
Ira U
S
S
N
Ba
I
n1
N
n1
B0
(a)
(b)
图11-14 功率角的时空意义
第六章 同步电机
总之：功率角θ实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大， 产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成θ角的原因是由于有交 轴电枢反应磁动势 Faq（或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产 生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。
▪联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理。在产煤 区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一 些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。
第六章 同步电机
➢二、无限大电网
无限大电网：现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以看作是不变 的，即U=常数，f＝常数， 这样的电网称为无限大电网，所以无限大电网实 际上是相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。
▪电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力 资源和发电设备。
▪增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故 ，同时，也减少了备用容量。
▪供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、 加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压 和频率能保持在要求的恒定范围内。
第六章 同步电机
➢一、并网投入方法
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时， 励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励 磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。
2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
第六章 同步电机
➢二、准整步法
准整步法并车方法： 为判断发电机是否满足并联投入条件，常常采用同步指示器，最 简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接 法，一种是暗灯法，另一种叫旋转灯光法。
第六章 同步电机
6.3 同步发电机的并网运行
§1 同步发电机理想并网条件 §2 同步发电机并网操作的方法 §3 同步发电机的功率、转矩关系 §4 同步发电机的功角特性 §5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定 §6 并网同步发电机的无功调节及V形曲线
第六章 同步电机
§1 同步发电机理想并网条件 ➢一、并联运行的必要性(1)
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
➢三、并网同步发电机的静态稳定
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
➢二、功角特性公式的推导
第六章 同步电机
E0 jId xd jIq xq
U
I
Iq
Id
图11-11 凸极同
步发电机相量图
第六章 同步电机
➢三、关于功角特性的讨论
第六章 同步电机
第六章 同步电机
将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度
讨论：
E0 jId xad
jIq xaq E jIx
定子合成磁 场等效电路
Ira U
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(a)
(b)
图11-14 功率角的时空意义
第六章 同步电机
§5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定
➢一、分析假设
第六章 同步电机
➢二、发出有功功率的调节过程
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
➢一、并联运行的必要性(2)
▪系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作 用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错 开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用 率，若电力系统处在尖峰负荷(短时用电量较大)，可以用增开担 负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭 到破坏。
准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入，然后投入电网 ，这种方法叫准整步。 自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定 子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转， 把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机 投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力 矩，把转子自动地拉入同步。
第六章 同步电机
➢三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
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电
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E0 UG
相
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IS US 电网
图11-1 研究并联运行的正方向
第六章 同步电机
➢三、并网情况分析
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
理想并网条件：
第六章 同步电机
§2 同步发电机并网操作的方法
➢一、并网投入方法 整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程 （或称并车)，整步方法：准整步和自整步。
第六章 同步电机
➢二、准整步法
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
§3 同步发电机的功率、转矩关系
➢一、功率平衡方程式
第六章 同步电机
➢二、关于电磁功率的初步认识
第六章 同步电机
➢三、转矩平衡方程式
第六章 同步电机
§4 同步发电机的功角特性
Q m UE0
cos
U2 m
xd
xq
mU 2
xd
xq
cos 2
xd
2 xd xq
2 xd xq
当E0、U和xd为常数时，无功功率也是功率角θ的函数
第六章 同步电机
➢四、功角的物理意义
1）对发电机而言，θ 角是励磁电动势超前于端电压的时间角
2）θ的空间意义，θ是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看
由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它的电压、频 率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的运行分析将与单机运行 有所不同。
实际上，系统的容量是有限的．无限大电网只是一个相对的概念．负载增加 时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下降，只是大容量系统中， 电压和频率的变动很小而已。
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源自文库
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为基本电磁转矩。
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为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。
第六章 同步电机
若要求取无功功率Q＝mUIsinφ的功角特性，可用类似方法推导 出：
作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角
E0 jId xad
jIq xaq E jIx
定子合成磁 场等效电路
Ira U
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(b)
图11-14 功率角的时空意义
第六章 同步电机
总之：功率角θ实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大， 产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成θ角的原因是由于有交 轴电枢反应磁动势 Faq（或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产 生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。
▪联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理。在产煤 区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一 些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。
第六章 同步电机
➢二、无限大电网
无限大电网：现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以看作是不变 的，即U=常数，f＝常数， 这样的电网称为无限大电网，所以无限大电网实 际上是相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。
▪电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力 资源和发电设备。
▪增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故 ，同时，也减少了备用容量。
▪供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、 加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压 和频率能保持在要求的恒定范围内。
第六章 同步电机
➢一、并网投入方法
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时， 励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励 磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。
2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
第六章 同步电机
➢二、准整步法
准整步法并车方法： 为判断发电机是否满足并联投入条件，常常采用同步指示器，最 简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接 法，一种是暗灯法，另一种叫旋转灯光法。
第六章 同步电机
6.3 同步发电机的并网运行
§1 同步发电机理想并网条件 §2 同步发电机并网操作的方法 §3 同步发电机的功率、转矩关系 §4 同步发电机的功角特性 §5 并网同步发电机的有功调节及静态稳定 §6 并网同步发电机的无功调节及V形曲线
第六章 同步电机
§1 同步发电机理想并网条件 ➢一、并联运行的必要性(1)
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
➢三、并网同步发电机的静态稳定
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机