1、第十三章同步發電機在大容量電網上運行1. 并聯運行2. 功角特性3. 有功功率調節4. 無功功率調節5. 同步電機的其他運行方式主要內容l同步發電機的并聯運行l發電機的整步l同步發電機的功角特性隱極機、凸極機l有功功率的調節、穩定概念l無功功率的調節、V形曲線l了解：同步電動機、同步補償機一、同步發電機的并聯運行一、同步發電機的并聯運行l單機供電的缺點：不能保證供電質量(電壓和頻率的穩定性)和可靠性(發生故障就得停電)，無法實現供電的靈活性和經濟性。l通過并聯可將幾臺發電機或幾個電站并成一個電網。1.1同步發電機并聯運行的意義 l 減少發電廠的儲備容量 發電廠可以根據負荷的發展，相應地逐步增加

2、發電機的臺數。l 提高發電廠運行的經濟性發電廠可按照負荷變化倩況，確定投入并聯運行的發電機臺數。l 提高供用電的質量和可靠性由許多發電廠組成的電力系統，容量大，負荷變化時對系統的電壓和頻率的影響就小。 1.2 并聯運行的基本條件并聯運行的基本條件l必須必須與電網有相同的額定電壓和相同的額定頻率l因激磁可以自由調節、空載電勢可以不相同因激磁可以自由調節、空載電勢可以不相同（同步電抗的數值并不能決定負載電流的分（同步電抗的數值并不能決定負載電流的分配配與變壓器并聯運行對照與變壓器并聯運行對照）。l同步電抗有不同數值的發電機可并聯運行，并獲得合理的負載分配通過功率的調節手段。 電壓幅值相同電壓幅值相

3、同電壓相序一致電壓相序一致初相角一樣初相角一樣二、同步發電機的整步二、同步發電機的整步l并列、并車、整步 將發電機并聯至電網的手續l在并車時必須避免產生巨大的沖擊電流避免產生巨大的沖擊電流，以防止同步發電機受到損壞、電網遭受干擾。 2.1 并車條件并車條件l使發電機每相電勢瞬時值與電網電壓瞬時值保持一直相等1.相同的相序2.相等的電壓波形、大小和相位3.相等或接近的頻率波形由設計、制造自行滿足頻率不同，矢量E與U將產生相對運動，即產生一直變化的環流，引起發電機內的功率震蕩波形不同，如發電機中有高次諧波，將產生高次諧波環流，增加運行時損耗如電壓大小、相位不同，也產生一換流。如在極性相反時投入，環

4、流將達到20-30IN，在電磁沖力作用下，定子繞組端部將受到大的沖擊2.2 并車的準備工作并車的準備工作1.檢查并車條件通常用電壓表測量電網電壓 ，并調節發電機的勵磁電流調節發電機的勵磁電流使得發電機的輸出電輸出電壓壓U=U1。2.確定合閘時刻借助同步指示器檢查并調整頻調整頻率和相位率和相位以確定合閘時刻。 同步指示燈同步指示燈并車方法并車方法：通過調節發電機勵磁電流的大小使電壓相等 ；電壓調整好后，如果相序一致，燈光應表現為明暗交替。如果燈光如果燈光不是明暗交替，則說明相序不一致不是明暗交替，則說明相序不一致，應調整發電機的出線相序或電網的引線相序，嚴格保證相序一致；通過調節發電機的轉速改變

5、頻率，直到燈光明暗交替十分緩慢時，說燈光明暗交替十分緩慢時，說明頻率已十分接近明頻率已十分接近，等待燈光完全變暗的瞬間（相位相同），即可合閘并車 同步指示燈同步指示燈并車方法并車方法：通過調節發電機勵磁電流的大小使電壓相等 ；電壓調整好后，如果相序一致，則燈光旋轉，如燈光同步燈光同步則說明相序不一致則說明相序不一致；通過調節發電機的轉速改變 頻率，直到燈光旋轉十分緩慢燈光旋轉十分緩慢時，說明時，說明 頻率十分接近頻率十分接近，這時等待燈 3 完全熄滅的瞬間到來，即可合閘并車。2.3 自整步法自整步法l前提：相序一致l將勵磁繞組通過電阻短接l拖動到接近同步速(相差25)，在無勵磁電流的情況下，將

6、發電機接入電網l再接通勵磁并調節勵磁，依靠定子磁場和轉子磁場之間的電磁轉矩將轉子拉入同步轉速，并車過程結束。l需要注意的是，勵磁繞組必須通過一限流電阻短接，因為直接開直接開路，將在其中感應出危險的高壓路，將在其中感應出危險的高壓；直接短路，將在定、轉子繞組直接短路，將在定、轉子繞組間產生很大的沖擊電流間產生很大的沖擊電流。l優點：操作簡單，方便快捷；l缺點：合閘時有沖擊電流。約為勵磁電阻的10倍適用于事故狀態下的并車 三、隱極同步發電機的功角特性三、隱極同步發電機的功角特性l功率流程圖l等效電路l相量圖pcu2電磁功率PM與勵磁系統的情況有關。如是同軸勵磁機，則P1中應扣除輸入勵磁機的全部功率

7、；如是單獨拖動的電動機-勵磁機組，則勵磁損耗pcu2與P1無關，由勵磁機組供給。sax I jr IUE0 等效電路 相量圖功角內功率因數角功率因數角3.1 功率關系式功率關系式sinsinsinsin0coscoscos2002022002100002ssMssssssssaaMzEzUEPzUzUEPzUzEZUEIzZxrtgEEUUIEIErIUIPIUUIP ，則，則設sinsin0max0PxUEPPrsMa，則如忽略取實部，有功3.2 功角的時空概念功角的時空概念l在時間上：端電壓（U與與E相位基本相同相位基本相同）和勵磁磁勢之間的相位差l在空間上：合成磁場軸線與轉子磁場軸線之間

8、夾角。 l穩定運行時， Ff和F 之間無相對運動，固定。 l功角為正值時，為發電機運行。3.3 隱極機的功角特性隱極機的功角特性sinsinmax0PxUEPPsM發電機運行電動機運行過載能力過載能力kMl最大功率與額定功率之比越大越小，則，則設額定功率時功角MNNMNsNNkkxUEPsin1sin0減小xs，可減小N ，即有較大短路比，則電機過載能力大考慮電樞電阻后的功角特性考慮電樞電阻后的功角特性l電樞電阻的存在，使最大功率減小23.4 隱極機的轉矩特性隱極機的轉矩特性l轉矩特性與功角特性形狀相同pppnnzUEpPpPTsMM1602602sin110電角速度例題例題13-1思考題思考

9、題13-1，2作業作業 13-1四、凸極機的功角特性四、凸極機的功角特性cossin0UExIUxIddqq2sin2sinsincoscoscos20qdqdddqMxxxxUxUEUIUIUIUIPP磁阻功率原因：凸機極電機直軸和交軸位置的磁阻不一樣，電樞磁密矢量Ba與磁勢磁勢Fa不重合1. 作出相量圖作出相量圖2. 推導推導關鍵：關鍵：先作出先作出E0的方向的方向2sin2sin20qdqddxxxxUxUEP發電機發電機電動機電動機例例13-2l注意注意：對應最大功率的功角與隱極電機進行比較計算出：根據極值條件：90700ddPM五、有功功率的調節五、有功功率的調節穩定穩定不穩定5.1

10、 有功功率的調節有功功率的調節10MPPP功率平衡P=電機的極限功率電機的極限功率1空載時空載時：P=PM=0P1=P0，處于平衡狀態=02增加機械功率輸入增加機械功率輸入：P1P0， P1-P00過渡過程過渡過程：電機加速，轉子磁場位置將超前合成磁場， 0 隨著 增加，P=PM0增加，當達到P1-P0=PM時，電機加速過程結束穩定運行穩定運行：轉化來的電磁功率，使輸出有功功率輸出有功功率P發電機內部自動改變位移角自動改變位移角，相應改變電磁功率和輸出功率，達到新的功率平衡（如保持勵磁電流不變）P1-P0PM問題：問題：l若輸入機械功率發生突然變化，發電機的運行狀況l若輸出端發生突然變化，5.

11、2 靜態穩定靜態穩定l擾動發電機輸入功率的微動l靜態穩定瞬時擾動消除后繼續保持原來的平衡運行狀態MbaPPa，轉子加速，點：01，達到原有的功率平衡，轉子減速擾動消失后，abMbPPP01ad點正常工作點點靜態不穩定結論：處于功角特性的曲線上升部分的工作點，是靜態穩定的，即0ddPM概念：比整步功率概念：比整步功率l空載時， =0，Pss最大，最穩定l =/2，Pss=0，將進入不穩定狀態l /2，Pss0，失去穩定ddPPMsss2cos11coscos200dqdsssssxxUxUEPxUEP凸極機：隱極機：5.3 動態穩定動態穩定l擾動負載突然變化（加、卸、短路、失磁、電壓突變）a點：

12、原正常運行點曲線2：電網電壓因事故明顯降低曲線3：電壓降低很大分析：比較下列情況電機的穩定性l短路比大小：短路比 大，則同步電抗 小，Pmax大，一定P時，角 較小，穩定性好。l過激與欠激：有功一定時，過激時E0大，角 小，穩定性好。l輕載與滿載：激磁相同時，Pmax相同，輕載時角小，穩定性好。l直接接電網或通過電抗接電網：通過外電抗接電網，則最大輸出功率由電抗分配，較直接接電網時小，一定P時，角 較大，穩定性差。六、無功功率的調節六、無功功率的調節六、無功功率的調節六、無功功率的調節l不計電樞電阻時隱極電機的無功功率sssxUxUEQxUEIUIQ200coscossinsin6.1 隱極機

13、的無功功率功角特性隱極機的無功功率功角特性l設功率為PT，運行于a點，功角aPTaQa假設原動機有功功率不變，減小勵磁電流減小勵磁電流，則E0減小 功角特性幅值降低，運行點變為b點，功角為b，相應無功變為Qb，即減小了無功輸出減小了無功輸出。（靜態穩定度降低）b6.2 有功不變時的無功調節的無功調節constEconstxUEPconstIconstUIPsMsincoscoscos00當調節勵磁時，E0發生變化，使定子電流I和功率因數同時變化6.3 無功功率的無功功率的V形曲線曲線l電樞電流和激磁電流之間關系的曲線。（有功功率保持不變時）l對應于不同的有功功率，有不同的V形曲線。當輸出的功率

14、值愈大時，曲線愈向上移。 cos =0.8超前超前cos =0.8滯后滯后過激欠激結論結論：對于每一給定的有功功率都有一允許的最少激磁，進一步減小激磁將使發電機失去穩定。 結論：無功功率調節特性結論：無功功率調節特性l當發電機與無窮大電網并聯時，調節激磁電流當發電機與無窮大電網并聯時，調節激磁電流的大小，就可以改變發電機輸出的無功功率，的大小，就可以改變發電機輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功功率的性質功率的性質。l當過激時，電樞電流是滯后電流，發電機輸出感性無功功率。l當欠激時，發電機輸出容性無功功率，電樞電流是超前電流。 例題1

15、3-3講解例題分析例題分析 （13.3） l一汽輪發電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗為xs*=1.0，并聯在無窮大電網上運行（1）供結90%額定電流時的輸出有功和無功（額定功率因數），空載電動勢E0和功角；（2）調節機械輸入，使輸出有功功率達到額定的110%，如勵磁保持不變，則角和無功如何變化；（3）如需無功保持不變，如何調節勵磁電流，求此時的空載電動勢E0和功角。例題分析例題分析 （13.3） l一汽輪發電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗為xs*=1.0，并聯在無窮大電網上運行*1 010Uj 分析分析：1. 并聯在無窮大電網上，不論輸入機械功率、勵磁電流和負載如何變化

16、，則輸出電壓保持為額定電壓；輸出電壓保持為額定電壓；2. 計算空載電動勢 需先知道輸出電流的相量*0sxI jUE*rajIIII解：90%額定電流，且有額定功率因數，則輸出有功功率為0.72，無功功率為0.54空載電動勢例題分析例題分析 （13.3） l一汽輪發電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗為xs*=1.0，并聯在無窮大電網上運行（1）供結90%額定電流時的輸出有功和無功（額定功率因數），空載電動勢E0和功角；54. 072. 0)6 . 08 . 0(*9 . 0)(8 . 0cos9 . 0*jjIII滯后1 .2570. 172. 054. 11*)54. 072. 0(

17、1*0jjjE解：有功為額定的110%，則P*=0.8*1.1=0.88 勵磁保持不變，則空載電動勢E0=1.70（大小不變）根據電壓方程式，反過來計算輸出電流例題分析例題分析 （13.3） l一汽輪發電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗為xs*=1.0，并聯在無窮大電網上運行（2）調節機械輸入，使輸出有功功率達到額定的110%，如勵磁保持不變，則角和無功如何變化；0*sin,sE UPx由功角特性計算出=31.2*0*1.70(cos31.2sin31.2)1(0.720.54) 10.4540.88sjI xEUjjjj 勵磁不變，有功增加，勵磁不變，有功增加，則則增加，無功減少增

18、加，無功減少解：有功為額定的110%，則Ia*=0.8*1.1=0.88 保持無功不變，即Ir*=0.54 根據電壓方程式計算空載電動勢空載電動勢的有效值有1.7增加到1.77，則需要增加勵磁電流需要增加勵磁電流。例題分析例題分析 （13.3） l一汽輪發電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗為xs*=1.0，并聯在無窮大電網上運行（3）如需無功保持不變，如何調節勵磁電流，求此時的空載電動勢E0和功角。*0.880.54Ij0*1(0.880.54)*11.540.881.77 29.8sEUjI xjjj 思考題思考題l發電機的定子電流的功率因數的確定發電機的定子電流的功率因數的確定1.單獨給對稱負載供電時，由負載阻抗決定2.與大電網并聯時，負載由電網供給，發電機擔負的有功由其原動機的功率大小決定；擔負的無功功率決定于發電機的勵磁電流，過激時功率因數滯后，欠激時超前。七、同步補償機七、同步補償機供給無功功率供給無功