同步发电机的并网运行

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。
§3.5 同步发电机与无限大电网并联运行 时
➢分析前提
有功功率的调节和静态稳定
说明：转子(励磁)铜耗没有列入上列功率方程式
§3.3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
➢二、转矩方程式(1)
P 1 (p m p fe p a)d P M p 0 P M
T1 T0 TM
T1为原动机驱动转矩
T1

P1 1
T0为发电机空载转矩
T0

p fe pm 1
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(2)
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。 通常的做法是把灭磁电阻接入闭合的励磁回路作为限流电阻 。
2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(1)
▪１、频率相等，相序一致，但发电机电压和电网电压不相等。
I c ZG U ZS jxG U xS
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(2)
２、电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(1) 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。
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。
电压表读数为零时，就表示发电机巳经满足了并联投入条件，此时 就可合闸。
2. 灯光旋转法
在暗灯法中，如果相序 接错，相灯的灯光就会 旋转起来。如果把两组 相灯接在不同的相之间 ，使它们在正确的相序 下。出现旋转的灯光， 这种并联合闸的方法， 叫做灯光旋转法。
§3.3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
➢一、功率平衡方程式(1) 发电机对称稳态运行时，原动机投入到发电机的机械功率为P1 ，扣除发电机的机械损耗pm，铁耗pfe 和附加损耗pad后，通过电 磁感应和定、转子磁场的相互作用，机械能就转换为电能，这部 分转换的功率称为电磁功率PM，用方程式表示为
P 1(pmpfepa)dP M
P2 PMPcua
出的最大电磁功率，还可以用它来分析静态稳定等问题。
➢一、隐极式同步发电机的功角特性(1)
推导P M ： P 2mU co Is

P M m cU o ) m s I (( c U co o sI s s i s ) n i
cos Usin
Ixs
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(3) 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。
§3.2 同步发电机并联投入的条件和方 法
➢三、并联投入方法(4)
以隐极电机为例，饱和影响和电枢电阻略去不计，由于 把电网看作无限大电网．所以U＝常值，且f=常值。
➢有功功率的调节
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。
➢一、有功功率的调节(1) P2 PMmxEs0Usin
原动机输入的功率恰好补偿各种损耗 增加来自原动机输入功率
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。
P2mU coIs
§3.3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
➢一、功率平衡方程式(2)
U co sIraE co s
m U Ic o s m I2 r a m E Ic o s
PMmE Icos
pcua
P1
PM
P2
pm
p fe
pad
图11-8 同步发电机功率流程图
§3.4 同步电机的功角特性
➢二、凸极式同步发电机的功角特性(2)
P M m U x E d0sin m U 2 2(x 1 qx 1 d)sin2P M P M
PM
mUE0 xd
sin
基本电磁功率
PM
mU2 2
1 ( xq
1)sin2
xd
附加电磁功率
1 if if1 2 if if2 if1
讨1论）：若功角特性两边同除以同步机械角速度
TM
PM 1
mU0Esin
xs1
0
90
180
图 11-10 隐 极 同 步 发
电机的功角特性
2）不同的励磁电流产生不同的励磁电动势E0，因 此可以得到不 同的功角特性
3）若用标么值表PM 示* TM* Ux*Es* 0* sin
xs
§3.4 同步电机的功角特性
➢一、隐极式同步发电机的功角特性(2)
PM

mUE0 sin
xs
（1）保持励磁电流不
变时，电磁功率与功角
按正弦曲线变化，正半
波代表发电机工况。
（2）电磁功率一定时
，改变励磁电流 ，若
，则i f θ1 1＜iθf 22
§3.4 同步电机的功角特性 PM T M
➢一、隐极式同步发电机的功角特性(3)
第3章 同步发电机的并联运行
3.1 概述
一、并联运行的必要性(1)
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 特性(1)
PM mUI cos() mUI(coscos sinsin) mUIq cosmUId sin
Iqxq Usin
Iq
Usin
xq

Idxd E0Ucos
Id
E0
Ucos
xd

P M m U x E d0sin m U 2 2(x 1 qx 1 d)sin2P M P M
TM
m UE0 xd1
sin
为基本电磁转矩。
TM m2U21(x1q
1)sin2
xd
为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。
➢二、凸极式同步发电机的功角特性(4)
2）若要求取无功功率Q＝mUIsinφ的功角特性，可用类似方法推 导出：
Q m U E 0c o s m U 2x d x q m U 2x d x qc o s2
采用准整步法并车的判断方法：
1. 暗灯法
在并联刀闸的对应端接上三组灯泡，如图3-4所示，每一组灯 泡称为相灯，由于相灯两端电压最大可达两倍相电压，因此， 对于相电压为220伏的发电机，应用两个220伏的灯泡串联作为 一组相灯，如果发电机和电网电压较高，必须用电压互感器降 压后再接相灯，而且发电机和电网的电压互感器必须有相同的 联结组别。
θ<90’时，电磁功率就达到最大值。
§3.4 同步电机的功角特性
➢二、凸极式同步发电机的功角特性(3) 1）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：
T M P M 1 m x U d E 0 1s in m 2 U 2 1(x 1 q x 1 d)s in 2 T M T M
3.1 概述
➢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。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(3) ３、电压相等，频率相等，但发电机相位和电网相位不相等。
相序不同是绝对不允许投入的。因为即使某相满足了前面三个 条件，但其它两相由于相序不同而使电压相位相差120度 ，它 将引起很大的冲击环流，危害电机的安全运行。
由于汽轮机和水轮机有一定的转向，而且发电机出线都用颜色 黄、绿、红标明，在装置开关时，首先就要布置好相序，所以 在发电厂一般不会出现相序错误。
TM为发电机的电磁转矩 T M 126n012pf (电弧/秒 度 )

PM 1
§3.4 同步电机的功角特性
功率角：指励磁电动势 E0和电网电压 U这两个向量之间的夹角
功角特性：指同步电机接在电网上对称稳态运行时，电机的电磁 功率与功率角之间的关系。功角特性是同步电机并网运行的基本 特性之一。通过功角特性，就可以确定稳态运行时发电机所能发
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法