第十七章同步發電機并聯運行

2/1/20231第一節投入并列運行的條件與方法第二節并網運行的同步發電機電磁功率與功角特性第三節并網運行時有功功率的調節與靜態穩定第四節并網運行時無功功率的調節與V型曲線*第五節同步發電機并網后正常運行分析*第六節同步發電機的振蕩本章主要內容2/1/20232思考1、同步發電機單機供電有什么缺點？供電系統怎樣克服單機供電的這些缺點？2/1/20233①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);

②無法實現供電的靈活性和經濟性。這些缺點可以通過多機并聯來改善。

單機供電的缺點2/1/20234

并聯可將幾臺電機或幾個電站并成一個電網。現代發電廠都是把幾臺同步發電機并起來接在共同匯流排上，一個地區總是有好幾個發電廠并聯起來組成一個大系統(電網)。

同步發電機并聯運行2/1/20235

電力系統示意圖2/1/20236同步發電機并聯運行的優點①提高供電可靠性，一臺電機發生故障或定期檢修不會引起停電事故。

②提高供電經濟性和靈活性。

③提高供電質量。同步發電機并聯到電網后，它的運行情況受到電網的制約，也就是說它的電壓、頻率要和電網一致而不能單獨變化。2/1/20237

同步發電機與電力系統并聯合閘時，為避免產生沖擊電流和并聯后能穩定運行，需滿足一定條件，而待并發電機勵磁情況不同，并聯方法和條件也不同。第一節投入并聯運行的條件和方法

2/1/20238什么是同步發電機的投入并聯？同步發電機并聯運行把同步發電機并聯至電網的過程稱為投入并聯，或稱為并列、并車、整步。2/1/20239無窮大電網無窮大電網的定義：很多場合都可認為同步發電機是與無窮大電網并聯。1）S→∞2）ZS→03）US=C4）fS=C2/1/202310同步發電機投入并聯運行的條件

從圖中可以看出同步發電機投入并聯運行的條件是什么？2/1/202311同步發電機投入并聯運行的條件11223344552/1/202312待并發電機的勵磁電勢應與電網電壓相等。同步發電機投入并聯運行的條件并聯合閘瞬間，待并發電機與電網的對應相的電壓應同相位，亦即發電機與電網回路電勢為零。待并發電機與電網相序相同。待并發電機電壓波形與電網電壓波形相同。待并發電機的頻率與電網頻率相等。2/1/202313相序一致是絕對條件。電機可承受小沖擊電流，斷路器合閘瞬間，電壓差不應超過額定電壓的5%~10%，頻率差不應超過額定頻率的0.2%~0.5%，相位誤差不應大于5°。并車準備工作：檢查并車條件和確定合閘時刻。通常用電壓表測量電網電壓，調節發電機勵磁使U=U1。借助同步指示器檢查并調整頻率和相位以確定合閘時刻。同步發電機投入并聯運行的條件2/1/202314并聯條件不滿足時對發電機的影響電機和電網之間有環流，使定子繞組端部受力變形。電機和電網之間有高次諧波環流，增加損耗，電機溫度升高，效率降低。產生拍振電流和電壓，引起電機內功率振蕩。2/1/202315同步發電機的并車方法1.準確同步并車將發電機調整到完全符合并聯條件后的合閘并網操作過程稱為準確同步法。發電機在并車合閘前已加勵磁，當發電機電壓的幅值、頻率、相位分別與并車點系統側電壓的幅值、頻率、相位接近相等時，將發電機合閘，完成并車操作。2/1/202316將待并網的同步發電機由原動機拖動接近同步速度。調節勵磁電流，使發電機空載電壓與電網電壓相等。確認相序相同，調原動機轉速使發電機電壓頻率約等于電網頻率。在對應相電壓相位相同的瞬間，合閘并網，完成并網操作。準同步并車的操作步驟2/1/202317準同步并聯法的操作步驟為得到合閘并網瞬間，常采用同步指示裝置。燈光裝置---最常用的同步指示裝置

燈光熄滅法燈光旋轉法2/1/202318燈光熄滅法2/1/202319VAⅡCⅡBⅡAIBICI

按照圖中的連接方式，指示燈在什么情況下熄滅？燈光熄滅法2/1/202320VAⅡCⅡBⅡAIBICI

在電網與發電機的對應相間接三組燈，三組燈全暗時合閘。燈光熄滅法2/1/202321

時大時小，則燈光時亮時暗，且三組燈所加相同，故三組燈同時明或暗。燈光熄滅法

ⅡI2/1/202322

ⅡI

I與

II的差值越大，燈光明暗變化頻率越快，此時調整發電機轉速。使燈光明暗的頻率很低（說明

I≠

II

），當三組燈光全部暗時，表明發電機與電網對應相電壓相等且同相位，迅速合閘。燈光熄滅法2/1/202323如果燈光不是明、暗交替，表明相序不一致，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；相燈明暗快慢和發電機頻率2及電網頻率1有關，通過調節發電機轉速使燈光明暗變化十分緩慢時，說明同步發電機和電網的頻率十分接近，這時等待燈光完全變暗的瞬間到來，即可合閘并車。燈光熄滅法2/1/202324不滿足并網條件時，燈光熄滅法所見的現象：1）頻率不等。相燈呈現同時暗、亮的變化很快，說明發電機與電網的頻率不同，需調節原動機轉速從而改變發電機頻率。2）電壓不等。三個相燈沒有絕對熄滅的時候，而是在最亮和最暗范圍閃爍，需調節勵磁電流從而改變發電機的端電壓。3）相序不等。三個相燈明暗呈旋轉變化狀態，說明發電機與電網的相序不同，需對調發電機或電網的任意兩根接線。4）相位不等。三組相燈不熄滅，不能合閘并網，需微調轉速。燈光熄滅法2/1/202325燈光旋轉法2/1/202326燈光旋轉法VAⅡCⅡBⅡAIBICI321

ⅡI利用跨接在發電機和電網間燈光的明暗來判斷。相序相等時，發電機頻率和電網不同時，三只燈端電壓交替變化。2/1/202327

ⅡI加在此3組燈上電壓顯然不等。三組燈不是同時亮暗，此時⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗。231燈光旋轉法2/1/202328

ⅡI①燈1繼續亮，燈2漸暗，燈3更亮，，燈3最亮。當燈3最亮后，燈1亮度↑，燈2更暗，下一個最亮燈為1，再又輪到燈2最亮，逆時針轉，最亮燈順序為3-1-2-3-1-2。231燈光旋轉法2/1/202329②下個最亮燈為2，再下個為1，燈光最亮順序為321321，燈光順時針旋轉。

ⅡI123⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗③I與愈接近，燈光旋轉速度越慢。燈光旋轉法2/1/202330

ⅡI123

燈光旋轉法用來尋找合閘時間，調發電機轉速，使燈光旋轉速度極慢，然后在A相燈熄滅，另2組燈亮度相等時，合閘并網。燈光旋轉法2/1/202331優點：可以判斷fII>fI或fII<fI。還可用來判斷相序。如果出現燈光同時明暗，說明待并發電機與電網相序不符，絕對不允許投入并聯。燈光旋轉法若按燈光熄滅法接線，但燈光不是同時明暗而是旋轉→相序不符。2/1/202332旋轉法并車方法為：調節發電機勵磁電流使發電機電壓與電網電壓相等；如果相序一致，燈光旋轉，否則說明相序不一致，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；調節發電機轉速改變頻率，直到燈光旋轉十分緩慢，說明發電機頻率2和電網頻率1十分接近，這時等待燈1完全熄滅的瞬間到來，即可合閘并車。燈光旋轉法2/1/202333又稱理想整步法。需對并車條件逐一檢查和調整，費時較多。優點：沖擊電流小，不會引起系統電壓變化。不足：并列操作過程中需要對發電機電壓、頻率進行調整，并列時間較長且操作復雜，若合閘時刻不準確，可能造成非同步合閘。按自動化程度不同，有：手動準同步、半自動準同步和自動準同步。準同步并聯法2/1/202334自同步法：用于事故狀態下的并車。準確同步法并網時無沖擊電流，但很麻煩，對危急情況不適用。自同步法：先檢查發電機相序，將勵磁回路串一電阻，大小約為10倍勵磁繞組電阻rm(限流)，拖動轉子使：n≈n1，(拖動方向與n1一致)直接合閘，然后加勵磁，通過自整步作用由電網將其拉入同步。自同步并聯法特點：操作簡單迅速，但沖擊電流較大，所以用于事故狀態下并車。2/1/202335自同步并聯法注意：勵磁繞組必須通過一限流電阻短接，因為直接開路，將在其中感應出危險的高壓；直接短路，將在定、轉子繞組間產生很大的沖擊電流。

2/1/202336條件：電壓大小相位相同頻率相同電壓波形相同相序相同發電機與電網的對應相的電壓應同相位方法準同步法自同步法并聯運行的條件及方法2/1/202337第二節并列運行的同步發電機電磁功率與功角特性

2/1/202338輸入功率P1機械損耗pm附加損耗ps鐵損pFe電磁功率Pem定子銅損pcu1輸出功率P2有功功率的平衡P0：空載損耗2/1/202339P1：由原動機輸入的機械功率。

P0：空載損耗

pm機械損耗

pFe

鐵心損耗

pf：勵磁繞組銅耗由直流電源供給。P1PemP2P0=pFe+pmpcu同步發電機的功率及轉矩2/1/202340Pem為通過電磁感應作用轉變為定子繞組上的電功率，稱為電磁功率。負載運行時，定子繞組中還存在定子銅耗pCu1，p2是發電機的輸出功率。勵磁回路消牦功率由原動機或其他電源供給，故不包括在功率流程圖中。同步發電機的功率及轉矩2/1/202341T1：發電機軸上輸入的機械轉矩T0：發電機空載時軸上的輸入轉矩T：電磁轉矩同步發電機的功率及轉矩2/1/202342

電機穩定運行時，驅動性質的原動機轉矩與制動性質的電磁轉矩和空載轉矩之和平衡。同步發電機的功率及轉矩2/1/202343同步發電機的功率特性并聯于無窮大電網的同步發電機，當電網電壓和頻率恒定、參數為常數、空載電勢E0不變（即If

不變）時，電磁功率和功率角之間的關系Pem=f(δ)為有功功率特性（也稱功角特性）。功率特性的定義隱極同步發電機的功率特性凸極同步發電機的功率特性2/1/202344有功功率特性是同步發電機的基本特性之一，通過它可研究發電機接在無窮大電網上運行時，輸出功率的情況，并進一步揭示機組的穩定性和發電機與電動機之間的聯系與轉化。假定：發電機并聯于無窮大電網，磁路不飽和，忽略電樞繞組電阻。同步發電機的功率特性2/1/202345勵磁電勢與端電壓的夾角忽略漏抗，δ’=δ，δ：轉子磁極中軸線與氣隙磁極中軸線的夾角（與的夾角）超前時，δ取正值。δ′δδ′功角為正時，對應發電機運行狀態；功角為負時，對應電動機運行狀態。發電機的功角2/1/202346δ為正時，主磁極磁場拖動氣隙磁場旋轉（同時對有向后拖動的力）此時Pem>0，同步機向電網發出電功率，為發電機工作狀態。SNδδ為正n1功角δ對于研究同步電機的功率變化和運行的穩定性有重要意義。發電機的功角2/1/202347δ為負，氣隙磁場拖動勵磁磁場旋轉，此時電磁轉矩Tem<0，同步電機從電網吸收電功率，為電動機工作狀態。SNδδ為負n1發電機的功角2/1/202348功角δ的雙重物理意義是勵磁電勢和電壓間的時間相角差。是勵磁磁勢和合成磁勢間的空間相角差。2/1/202349功角δ物理意義圖示A2/1/202350

功角δ

是轉子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角。功角δ物理意義圖示B2/1/202351假定：電機不飽和，且忽略定子電阻ra，即忽略定子銅耗隱極同步發電機的功角特性δ2/1/202352當功角=90時，電磁功率達到最大值，稱為功率極限。功率極限正比于勵磁電壓，反比于同步電抗。隱極同步發電機的功角特性結論：隱極同步發電機電磁功率與功角為正弦關系。PemδmUE0/Xs02/1/202353

功角是研究同步發電機運行狀態的一個重要參數，它不僅決定發電機輸出有功功率的大小，而且還反映發電機轉子的相對空間位置，它把同步電機的電磁關系和機械運動緊密聯系起來。

隱極同步發電機的功角特性2/1/202354電磁轉矩和功率成正比，電磁轉矩為：隱極同步發電機的轉矩特性轉矩特性曲線與功率特性曲線相同。標么值表示時取速度基值為同步轉速，所以同步電機正常運行時轉速標么值為1，轉矩和功率便有相同標么值。轉矩與功率是什么樣關系？同步發電機電磁轉矩與功率關系又如何？2/1/202355凸極同步發電機的功率特性不飽和隱極同步發電機凸極同步電機功角特性的表示就有所不同2/1/202356凸極同步發電機的相量圖

凸極同步發電機的功率特性2/1/202357Rad軸凸極同步發電機的功率特性2/1/202358凸極同步發電機的功率特性2/1/202359凸極同步發電機的功率特性凸極機電磁功率Pem由兩部分組成：：隱極機的功角特性，為勵磁功率；：與勵磁無關，但需要有端電壓，以及d,q軸磁導要有差異。為附加電磁功率（磁阻功率）。無論凸極機、隱極機，當功角δ=0時，Pem=0。2/1/202360Pemδ0321123基本電磁功率（勵磁功率）附加電磁功率（磁阻功率）總電磁功率凸極同步發電機的功率特性2/1/202361

最大電磁功率比具有相同的E0、U及xd的隱極同步發電機略大。當同步電機的E0愈大，附加電磁電磁功率在整個電磁功率中所占的比例就愈小，在正常情況下，附加電磁功率僅占百分之幾。Pemδ0321凸極同步發電機的功率特性2/1/202362無功功率的功角特性定義

并聯于無窮大電網的同步發電機當電網電壓和頻率恒定、參數（xd、xq、xs）為常數、空載電勢E0不變（即If

不變）時，Q=f(δ)為無功功率功角特性。無功功率與功角的關系2/1/202363δ當E0，U，Xs一定時，Q=f(δ)

當Q>0，發電機發出感性無功（吸收容性）。當Q<0，發電機吸收感性無功（發出容性）。Pem

δ0QPemQ無功功率與功角的關系2/1/202364凸極同步發電機無功功率的功角特性隱極同步發電機無功功率的功角特性無功功率與功角的關系2/1/202365第三節并列運行時有功功率的調節與靜態穩定

2/1/202366功角特性Pem=f(δ)反映同步發電機電磁功率隨功角變化的情況。穩態運行時，發電機電磁轉矩T

和電磁功率Pem之間成正比關系：

T=Pem/1

有功功率的調節

T1=T0+T

要改變發電機輸送給電網的有功功率，必須改變原動機提供的動力轉矩，可通過調節水輪機的進水量或汽輪機的汽門實現。2/1/202367假設發電機與無窮大電網并聯運行，并網后，電壓和頻率與電網保持一致，這是與無窮大電網并聯運行的特點。以隱極同步發電機為例，投入并聯前，發電機處于空載。有功功率的調節δ,δ=0;Pem=0()2/1/202368剛并網時：原動機輸入功率用來平衡各種損耗，此時δ=0，定、轉子磁極軸線重合，Pem=0，在功角特性原點上。有功功率的調節輸入機械功率↑，假設勵磁電流保持不變，則P1>P0，P1－P0>0，發電機轉子加速，轉子磁場超前氣隙合成磁場，δ＞0。δ↑，P2=Pem

↑>0，當P1－P0=Pem時，加速過程結束，穩定運行，機械功率轉化成電磁功率，發電機輸出有功功率P2。發電機內部自動改變位移角，相應改變電磁功率和輸出功率，達到新的功率平衡。2/1/202369并聯于無窮大電網的同步發電機要增加有功功率輸出，只有增加原動機輸入功率，使轉子加速，功角δ增加，電磁功率和輸出功率相應增加，直到δ=900，電磁功率達到功率最大值。功率極限范圍內，輸入轉矩越大，有功功率輸出就越大。Pemax也稱功率極限。有功功率的調節——結論2/1/202370發電機的靜態穩定靜態穩定的定義：與電網并聯，運行在某一點的發電機，受一外界干擾偏離原工作點，當干擾消失后，發電機若能恢復到原來的工作點，稱之為靜態穩定。否則稱之為不穩定。注意：同步發電機遇到突然加負載、切除負載等正常操作時，或者發生短路、電壓突變、發電機失去勵磁電流等非常運行時，發電機能否繼續保持同步運行的問題，則屬于動態穩定問題。2/1/202371Pemδ09001800A設發電機原工作點為A點，功角為δA。

此時T1=T+T0

發電機的靜態穩定2/1/202372若原動機輸入的能量增加

T1↑，T1>T0+T,則發電機轉子突然加速，δ↑，電磁功率↑，抑制功角增大。A’且↑，直到穩定。Pemδ09001800A發電機的靜態穩定2/1/202373當干擾消失，輸入轉矩又降為T1，T1<T’+T0，轉速下降，δ’↓，直至T1=T+T0，又回到A點。A’Pemδ09001800A發電機的靜態穩定A點是穩定運行點。2/1/202374若發電機工作在B點，，T1=T+T0干擾消失，T1>T’+T0，電機加速，T’↓，電機失去同步。B點不是穩定運行點。Pemδ09001800ABB’輸入突然增加

發電機的靜態穩定2/1/202375失去同步后，同步發電機必須立即減小原動機輸入機械功率，否則將使轉子達到極高轉速，以致離心力過大而損壞轉子。失步后，發電機頻率和電網頻率不一致，定子繞組中出現大電流而燒壞定子繞組。保持同步是十分重要的。為了判斷同步發電機是否靜態穩定并衡量其穩定程度，引入比整步功率(隱機機為例)發電機的靜態穩定2/1/202376功角0到m范圍內，↑，

Pem

↑，，同步發電機穩定運行。當功角達到m時，↑（勵磁電流不變），Pem↓，，電磁功率無法與輸入的機械功率相平衡，發電機轉速越來越大，失去同步，不能穩定運行。，，發電機處于極限位置。發電機的靜態穩定2/1/202377隱極機：當δ<900穩定;δ>900不穩定，δ=900穩定極限。且δ越小，越大，穩定性越好,δ越接近900穩定度越低。結論：要提高穩定性，可增大If，減小xs。Pemδ01800發電機的靜態穩定2/1/202378比整步功率Psyn越大，靜態越穩定；空載時，δ=0，Psyn最大，最穩定；

δ=π/2，Psyn=0，進入不穩定狀態；

δ>π/2，Psyn<0，失去穩定。并網運行發電機，短路比大（同步電抗小）的發電機，較短路比小的同步電機比，有功功率相同時，功角要小些，故短路比大的同步電機穩定性較好；輸出有功功率相同時，過勵狀態下功角較小，故過勵狀態下穩定性好；輕載時功角較小，故輕載時穩定性好。發電機的靜態穩定2/1/202379并網發電機輸出有功功率可通過調節原動機輸入機械功率來改變。電機有功功率極限是Pemax。為使發電機穩定運行，應使最大電磁功率比額定電磁功率大得多。發電機的最大電磁功率與額定電磁功率之比，稱為過載能力，用Km表示，對于隱極發電機：發電機的靜態穩定2/1/202380過載能力越大，電機穩定性越好。對于汽輪發電機，額定情況下功角為30~40

，過載能力為1.6-2.0。過載能力表示靜態穩定的能力，不是發電機可過載的倍數。設計時從提高穩定觀點考慮，不是從發熱觀點考慮。發電機功率極限和比整步功率都正比于勵磁電勢，反比于同步電抗，所以要提高穩定性，可增大勵磁電流、減小同步電抗。發電機的靜態穩定2/1/202381若發電機經變壓器及輸電線與電網并聯，xT是變壓器短路電抗，XL為輸電線路電抗，且都折算到發電機側的數值，發電機最大電磁功率：過載能力降低，線路較長時，對穩定運行很不利。為了提高遠距離輸電的靜態穩定，除系統中采取措施外，從發電機角度來說，希望發電機有較小的同步電抗，即有較大的短路比。發電機的靜態穩定2/1/202382發電機的勵磁電流不變時，δ變化使無功功率發生變化。感性無功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導致無功功率改變符號，要避免發生。只改變有功時，應在調節有功的同時適當調節發電機的勵磁電流。發電機的靜態穩定2/1/202383功率調節：調節原動機的輸出功率（改變汽門或水門大小）→有功功率輸出變化→功角δ變化，無功功率Q也變化。小結（1）靜態穩定：1.定義：受到擾動后，擾動消失能恢復到原狀態。2.判據：比整步功率（隱極電機）…………穩定運行…………不穩定運行…………極限位置

結論：隨δ↓→Psyn↑→穩定性好。

2/1/202384靜態過載能力(隱極電機）:小結（2）①δ=25-35°；②提高Km(δN)的方法：提高E0或Xs；2/1/202385課堂練習—判斷對錯改變同步發電機的勵磁電流，只能調節無功功率。 一并聯在無窮大電網上的同步電機，要想增加發電機的輸出功率，必須增加原動機的輸入功率，因此原動機輸入功率越大越好。答錯答錯2/1/202386第四節并列運行時無功功率的調節與V型曲線

接在電網負載除了消耗有功功率外，還要消耗感性無功功率，如異步電機、變壓器、電抗器等。所以電網除了供應有功功率外，還要供應大量滯后性的無功功率。電網所供給的絕大部份無功功率是由并網的同步發電機共同分擔。2/1/202387同步發電機向系統輸出有功的同時也向系統輸出感性無功，此時電樞反應是去磁性質，要維持機端電壓不變，需增加勵磁電流。因此無功調節必須依靠勵磁電流的調節。保持原動機拖動轉矩不變(即不調節原動機的汽門、油門或水門)，原動機輸入功率不變，則發電機輸出有功亦不變。并列運行時無功功率的調節2/1/202388輸出有功功率為零，功角為零。發電機勵磁電勢等于端電壓，電樞電流為零，且不存在電樞電勢，勵磁繞組的主磁勢與合成磁勢相等，此時稱發電機正常勵磁。假設：不考慮電樞電阻，電網電壓為常數。發電機未帶有功時無功的調節2/1/202389勵磁電流If↑發電機產生一滯后電流，此電流產生去磁電樞磁勢，以保證端電壓不變。Ff↑，E0↑，發電機端電壓仍為電網電壓。結論：發電機發出感性無功功率，且勵磁電流

If越大，I越大，無功功率也越大。發電機未帶有功時無功的調節2/1/202390勵磁電流If↓Ff

減小，E0減小，發電機端電壓仍為電網電壓。發電機產生一超前純電容性電流，此電流產生助磁電樞磁勢，以保證端電壓不變。結論：發電機發出容性無功功率，且勵磁電流

If越小，I越大，無功功率也越大。發電機未帶有功時無功的調節2/1/202391圖17-15無功輸出為零不同勵磁時的相量圖

發電機未帶有功時無功的調節2/1/202392發電機供恒定有功功率調節無功時，不改變原動機輸入，有功保持不變。即：在改變無功時，電樞電流的終點必在BB’上，而勵磁電勢的終點必在AA’上。BAA’B’δ2/1/202393BAA’B’①正常勵磁電流If0。規定：當發電機輸入不變有功，輸出電樞電流，當時的勵磁電流定義為正常勵磁電流，此時與同相。②若If，則E0↑，設E0↑至E02,滯后于，過勵狀態：電樞除有功分量外，還向電網輸出感性無功。發電機供恒定有功功率2/1/202394BAA’B’③若If↓<If0，欠勵:E0至E03

，超前于，發電機吸收感性無功（發出容性無功）。發電機供恒定有功功率2/1/202395P2=常數，調節勵磁時的相量圖

發電機供恒定有功功率2/1/202396發電機與無窮大電網并聯時，如果發電機的輸入有功功率不變，只調節勵磁電流，不僅能改變無功功率的大小，也能改變無功功率的性質。過勵時，發電機發出感性無功功率。欠勵時，發電機發出容性無功功率。結論2/1/202397定義：并聯于無窮大電網的同步發電機，保持有功功率不變時，表示電樞電流I和勵磁電流If

的關系曲線I=f（If）。同步發電機的V形曲線2/1/202398同步發電機的V形曲線2/1/202399①cos=1,I最小，不論If↑或者If↑，I都將增加；②正常勵磁對應于空載，I=0,當If↑時I↑，發出感性無功，過勵;If↓時I↑，發出容性無功，欠勵；③Pem↑，U形曲線上抬，Pem2>Pem1>Pem0

；IIf0欠勵過勵正常勵磁領先滯后cos=1不穩定區Pem2Pem1Pem0同步發電機的V形曲線2/1/2023100④cos=1的連線，隨有功輸出的增加，該線向右傾斜，是由于有功功率與定子電流成正比，隨著P增加，I也增加，IxS增大，其中端電壓不變，則必須增加一些勵磁電流，才能保證cos=1,即當Pem↑，正常勵磁電流增加；IIf0欠勵過勵正常勵磁領先滯后cos=1不穩定區Pem2Pem1Pem0同步發電機的V形曲線2/1/2023101⑤cos=1的左邊屬欠勵區，電機發出容性無功，cos=1的右邊屬過勵區，電機發出感性無功；⑥隨If↓，↑，當If過小，

=900，電機將失去穩定。IIf0欠勵過勵正常勵磁領先滯后cos=1不穩定區Pem2Pem1Pem0同步發電機的V形曲線2/1/2023102V形曲線的幾個特點有功功率越大，U形曲線越高;每條曲線的最低點，cosφ=1，定子電流最小，不管勵磁電流增加或減小，定子電流都將增大;勵磁電流增大受繞組最大允許電流限制，否則電樞繞組過熱損壞;各U形曲線最低點連接線，為cosφ=1的線，該連線向右傾斜;

因為隨著有功功率的增加，IxS

也增加需相應增加勵磁電流，以維持cosφ=1。2/1/2023103V形曲線的幾個特點不穩定區域邊緣：δ=900，連線向右傾斜；每條曲線上的電流變化量ΔI為無功分量；勵磁電流增大時，電樞電流變化規律為先減小后增大。2/1/2023104*第五節同步發電機并網后正常運行分析

發電機并網后，向電網輸送電能，電能的發、供、用在同一瞬間完成，必須保持系統功率的平衡；有功不平衡影響電網頻率，無功不平衡影響電網電壓。系統要穩定運行，必須隨時保持系統有功、無功的平衡；并網發電機根據負載情況調整有功和無功輸出，調節時應控制發電機的有功和無功、電壓和電流及勵磁電流等參數處于允許運行的限度范圍內。2/1/2023105發電機工作狀態與有功輸出的關系有功調節依靠原動機輸入功率調節實現。發電機并網后，若勵磁不變，只開大汽門（或水門），即原動機出力↑，轉子軸上機械轉矩↑，輸入的機械轉矩T1大于電磁轉矩T，轉子升速，功角δ↑，電磁功率↑，發電機輸出功率↑。新條件下保持,得到新的平衡，這時定子電流和無功都將改變。2/1/2023106調節有功功率對發電機運行狀態的影響調原動機輸入功率對無功的影響以隱極機為例PemδQ02/1/2023107Pemδδ1δ2Q120①②③④①Pem=0，

最大值，感性；②Pem↑，↑,Q↓③當Pem↑，E0cos=U，Q=0，此時

<900；④當Pem↑，E0cos<U；Q<0，可見，Pem↑，Q↓，甚至由感性至容性。調節有功功率對無功的影響2/1/2023108設If不變，則E0不變。①Pem=0，=0,,滯后90°1調節有功功率對發電機定子電流的影響2/1/2023109δ21δ3②E0不變，P1，Pem,δ

，軌跡為一圓。由知P1，

Pem↑,

δ

，IXs，

I,感性），Pem

，（容性）。

調節有功功率對發電機定子電流的影響2/1/2023110發電機工作狀態與有功輸出的關系2/1/2023111若只開大汽門（或水門），不調勵磁，發電機發出的無功由感性到容性，稱為欠勵磁狀態，發電機向電網輸送有功，同時又向電網吸收無功。發電機一般不允許欠勵運行，這時應增加勵磁，使定子電流大小和相位變化，發電機從欠勵過渡到正常勵磁。繼續增大勵磁，定子電流增大，發電機發出感性無功，運行在過勵狀態。發電機工作狀態與有功輸出的關系2/1/2023112一般發電機設計和運行在過勵狀態，即向電網輸送有功的同時，輸送感性無功。正常情況下，功率因數為0.8(滯后)，即發電機每發出l00kW有功，同時發出700-750kVar無功。以保證系統對有功、無功的需求。在運行期，電站可按調度要求或實際情況發送有功和無功，讓水流充沛的電站多發有功。但多發有功的發電機要注意定子電流不得超過允許值，同時為了運行穩定性，功率因數一般不得超過0.95(滯后)。發電機工作狀態與有功輸出的關系2/1/2023113發電機工作狀態與工作電壓的關系

發電機并聯運行時，電網電壓波動導致發電機端電壓波動。假定原動機輸入到發電機軸上的功率不變，則發電機輸出有功不變，同時勵磁電流無改變，勵磁電勢E0不變。2/1/2023114CD正比于有功輸出，DC不變，則發電機有功輸出不變，勵磁電勢E0不變，端電壓U改為U，端電壓U的端點軌跡在直線上。端電壓從C降到C，功角變大，定子電流略增加且更加滯后，相應的無功輸出也必然發生變化。電網實際運行中，允許電壓波動，比如5%。發電機工作狀態與工作電壓的關系

2/1/2023115電機電壓下降5%，鐵心磁密↓，鐵心溫升↓，允許定子電流略增，一般不超過額定值的5%，否則會因繞組銅耗增大而引起電機溫升增加；電壓增大5%，鐵心磁密↑，漏磁↑，轉子鐵心表面產生附加損耗↑，轉子過熱，同時定子鐵心溫升↑，電機溫升