第十七章同步發(fā)電機并聯(lián)運行

2/1/20231第一節(jié)投入并列運行的條件與方法第二節(jié)并網運行的同步發(fā)電機電磁功率與功角特性第三節(jié)并網運行時有功功率的調節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定第四節(jié)并網運行時無功功率的調節(jié)與V型曲線*第五節(jié)同步發(fā)電機并網后正常運行分析*第六節(jié)同步發(fā)電機的振蕩本章主要內容2/1/20232思考1、同步發(fā)電機單機供電有什么缺點？供電系統(tǒng)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(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電);

②無法實現(xiàn)供電的靈活性和經濟性。這些缺點可以通過多機并聯(lián)來改善。

單機供電的缺點2/1/20234

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

同步發(fā)電機并聯(lián)運行2/1/20235

電力系統(tǒng)示意圖2/1/20236同步發(fā)電機并聯(lián)運行的優(yōu)點①提高供電可靠性，一臺電機發(fā)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(fā)電機并聯(lián)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(fā)電機與電力系統(tǒng)并聯(lián)合閘時，為避免產生沖擊電流和并聯(lián)后能穩(wěn)定運行，需滿足一定條件，而待并發(fā)電機勵磁情況不同，并聯(lián)方法和條件也不同。第一節(jié)投入并聯(lián)運行的條件和方法

2/1/20238什么是同步發(fā)電機的投入并聯(lián)？同步發(fā)電機并聯(lián)運行把同步發(fā)電機并聯(lián)至電網的過程稱為投入并聯(lián)，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(fā)電機是與無窮大電網并聯(lián)。1）S→∞2）ZS→03）US=C4）fS=C2/1/202310同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件

從圖中可以看出同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件是什么？2/1/202311同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件11223344552/1/202312待并發(fā)電機的勵磁電勢應與電網電壓相等。同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件并聯(lián)合閘瞬間，待并發(fā)電機與電網的對應相的電壓應同相位，亦即發(fā)電機與電網回路電勢為零。待并發(fā)電機與電網相序相同。待并發(fā)電機電壓波形與電網電壓波形相同。待并發(fā)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(jié)發(fā)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(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件2/1/202314并聯(lián)條件不滿足時對發(fā)電機的影響電機和電網之間有環(huán)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(huán)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(fā)電機的并車方法1.準確同步并車將發(fā)電機調整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘并網操作過程稱為準確同步法。發(fā)電機在并車合閘前已加勵磁，當發(fā)電機電壓的幅值、頻率、相位分別與并車點系統(tǒng)側電壓的幅值、頻率、相位接近相等時，將發(fā)電機合閘，完成并車操作。2/1/202316將待并網的同步發(fā)電機由原動機拖動接近同步速度。調節(jié)勵磁電流，使發(fā)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(fā)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(lián)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)電機頻率2及電網頻率1有關，通過調節(jié)發(fā)電機轉速使燈光明暗變化十分緩慢時，說明同步發(fā)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(xiàn)象：1）頻率不等。相燈呈現(xiàn)同時暗、亮的變化很快，說明發(fā)電機與電網的頻率不同，需調節(jié)原動機轉速從而改變發(fā)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(jié)勵磁電流從而改變發(fā)電機的端電壓。3）相序不等。三個相燈明暗呈旋轉變化狀態(tài)，說明發(fā)電機與電網的相序不同，需對調發(fā)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(fā)電機和電網間燈光的明暗來判斷。相序相等時，發(fā)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(xù)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(fā)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(yōu)點：可以判斷fII>fI或fII<fI。還可用來判斷相序。如果出現(xiàn)燈光同時明暗，說明待并發(fā)電機與電網相序不符，絕對不允許投入并聯(lián)。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(jié)發(fā)電機勵磁電流使發(fā)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(fā)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(jié)發(fā)電機轉速改變頻率，直到燈光旋轉十分緩慢，說明發(fā)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(yōu)點：沖擊電流小，不會引起系統(tǒng)電壓變化。不足：并列操作過程中需要對發(fā)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(lián)法2/1/202334自同步法：用于事故狀態(tài)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(fā)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(lián)法特點：操作簡單迅速，但沖擊電流較大，所以用于事故狀態(tài)下并車。2/1/202335自同步并聯(lián)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(fā)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(lián)運行的條件及方法2/1/202337第二節(jié)并列運行的同步發(fā)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(fā)電機的功率及轉矩2/1/202340Pem為通過電磁感應作用轉變?yōu)槎ㄗ永@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(fā)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(fā)電機的功率及轉矩2/1/202341T1：發(fā)電機軸上輸入的機械轉矩T0：發(fā)電機空載時軸上的輸入轉矩T：電磁轉矩同步發(fā)電機的功率及轉矩2/1/202342

電機穩(wěn)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(fā)電機的功率及轉矩2/1/202343同步發(fā)電機的功率特性并聯(lián)于無窮大電網的同步發(fā)電機，當電網電壓和頻率恒定、參數(shù)為常數(shù)、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(fā)電機的功率特性凸極同步發(fā)電機的功率特性2/1/202344有功功率特性是同步發(fā)電機的基本特性之一，通過它可研究發(fā)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(wěn)定性和發(fā)電機與電動機之間的聯(lián)系與轉化。假定：發(fā)電機并聯(lián)于無窮大電網，磁路不飽和，忽略電樞繞組電阻。同步發(fā)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(fā)電機運行狀態(tài)；功角為負時，對應電動機運行狀態(tài)。發(fā)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(fā)出電功率，為發(fā)電機工作狀態(tài)。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(wěn)定性有重要意義。發(fā)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(tài)。SNδδ為負n1發(fā)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(fā)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(fā)電機的功角特性結論：隱極同步發(fā)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(fā)電機運行狀態(tài)的一個重要參數(shù)，它不僅決定發(fā)電機輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)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(lián)系起來。

隱極同步發(fā)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(fā)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(fā)電機電磁轉矩與功率關系又如何？2/1/202355凸極同步發(fā)電機的功率特性不飽和隱極同步發(fā)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(fā)電機的相量圖

凸極同步發(fā)電機的功率特性2/1/202357Rad軸凸極同步發(fā)電機的功率特性2/1/202358凸極同步發(fā)電機的功率特性2/1/202359凸極同步發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)電機的功率特性2/1/202362無功功率的功角特性定義

并聯(lián)于無窮大電網的同步發(fā)電機當電網電壓和頻率恒定、參數(shù)（xd、xq、xs）為常數(shù)、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(fā)電機發(fā)出感性無功（吸收容性）。當Q<0，發(fā)電機吸收感性無功（發(fā)出容性）。Pem

δ0QPemQ無功功率與功角的關系2/1/202364凸極同步發(fā)電機無功功率的功角特性隱極同步發(fā)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(jié)并列運行時有功功率的調節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定

2/1/202366功角特性Pem=f(δ)反映同步發(fā)電機電磁功率隨功角變化的情況。穩(wěn)態(tài)運行時，發(fā)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(jié)

T1=T0+T

要改變發(fā)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(jié)水輪機的進水量或汽輪機的汽門實現(xiàn)。2/1/202367假設發(fā)電機與無窮大電網并聯(lián)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(lián)運行的特點。以隱極同步發(fā)電機為例，投入并聯(lián)前，發(fā)電機處于空載。有功功率的調節(jié)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(jié)輸入機械功率↑，假設勵磁電流保持不變，則P1>P0，P1－P0>0，發(fā)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(wěn)定運行，機械功率轉化成電磁功率，發(fā)電機輸出有功功率P2。發(fā)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(lián)于無窮大電網的同步發(fā)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(jié)——結論2/1/202370發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定的定義：與電網并聯(lián)，運行在某一點的發(fā)電機，受一外界干擾偏離原工作點，當干擾消失后，發(fā)電機若能恢復到原來的工作點，稱之為靜態(tài)穩(wěn)定。否則稱之為不穩(wěn)定。注意：同步發(fā)電機遇到突然加負載、切除負載等正常操作時，或者發(fā)生短路、電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非常運行時，發(fā)電機能否繼續(xù)保持同步運行的問題，則屬于動態(tài)穩(wěn)定問題。2/1/202371Pemδ09001800A設發(fā)電機原工作點為A點，功角為δA。

此時T1=T+T0

發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202372若原動機輸入的能量增加

T1↑，T1>T0+T,則發(fā)電機轉子突然加速，δ↑，電磁功率↑，抑制功角增大。A’且↑，直到穩(wěn)定。Pemδ09001800A發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)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(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定A點是穩(wěn)定運行點。2/1/202374若發(fā)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(wěn)定運行點。Pemδ09001800ABB’輸入突然增加

發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202375失去同步后，同步發(fā)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(fā)電機頻率和電網頻率不一致，定子繞組中出現(xiàn)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(fā)電機是否靜態(tài)穩(wěn)定并衡量其穩(wěn)定程度，引入比整步功率(隱機機為例)發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202376功角0到m范圍內，↑，

Pem

↑，，同步發(fā)電機穩(wěn)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(fā)電機轉速越來越大，失去同步，不能穩(wěn)定運行。，，發(fā)電機處于極限位置。發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202377隱極機：當δ<900穩(wěn)定;δ>900不穩(wěn)定，δ=900穩(wěn)定極限。且δ越小，越大，穩(wěn)定性越好,δ越接近900穩(wěn)定度越低。結論：要提高穩(wěn)定性，可增大If，減小xs。Pemδ01800發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202378比整步功率Psyn越大，靜態(tài)越穩(wěn)定；空載時，δ=0，Psyn最大，最穩(wěn)定；

δ=π/2，Psyn=0，進入不穩(wěn)定狀態(tài)；

δ>π/2，Psyn<0，失去穩(wěn)定。并網運行發(fā)電機，短路比大（同步電抗?。┑陌l(fā)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(wěn)定性較好；輸出有功功率相同時，過勵狀態(tài)下功角較小，故過勵狀態(tài)下穩(wěn)定性好；輕載時功角較小，故輕載時穩(wěn)定性好。發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202379并網發(fā)電機輸出有功功率可通過調節(jié)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(fā)電機穩(wěn)定運行，應使最大電磁功率比額定電磁功率大得多。發(fā)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(fā)電機：發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202380過載能力越大，電機穩(wěn)定性越好。對于汽輪發(fā)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(tài)穩(wěn)定的能力，不是發(fā)電機可過載的倍數(shù)。設計時從提高穩(wěn)定觀點考慮，不是從發(fā)熱觀點考慮。發(fā)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(wěn)定性，可增大勵磁電流、減小同步電抗。發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202381若發(fā)電機經變壓器及輸電線與電網并聯(lián)，xT是變壓器短路電抗，XL為輸電線路電抗，且都折算到發(fā)電機側的數(shù)值，發(fā)電機最大電磁功率：過載能力降低，線路較長時，對穩(wěn)定運行很不利。為了提高遠距離輸電的靜態(tài)穩(wěn)定，除系統(tǒng)中采取措施外，從發(fā)電機角度來說，希望發(fā)電機有較小的同步電抗，即有較大的短路比。發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202382發(fā)電機的勵磁電流不變時，δ變化使無功功率發(fā)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(fā)生。只改變有功時，應在調節(jié)有功的同時適當調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202383功率調節(jié)：調節(jié)原動機的輸出功率（改變汽門或水門大?。泄β瘦敵鲎兓铅淖兓?，無功功率Q也變化。小結（1）靜態(tài)穩(wěn)定：1.定義：受到擾動后，擾動消失能恢復到原狀態(tài)。2.判據(jù)：比整步功率（隱極電機）…………穩(wěn)定運行…………不穩(wěn)定運行…………極限位置

結論：隨δ↓→Psyn↑→穩(wěn)定性好。

2/1/202384靜態(tài)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(fā)電機的勵磁電流，只能調節(jié)無功功率。 一并聯(lián)在無窮大電網上的同步電機，要想增加發(fā)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(jié)并列運行時無功功率的調節(jié)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(fā)電機共同分擔。2/1/202387同步發(fā)電機向系統(tǒng)輸出有功的同時也向系統(tǒng)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(jié)必須依靠勵磁電流的調節(jié)。保持原動機拖動轉矩不變(即不調節(jié)原動機的汽門、油門或水門)，原動機輸入功率不變，則發(fā)電機輸出有功亦不變。并列運行時無功功率的調節(jié)2/1/202388輸出有功功率為零，功角為零。發(fā)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(fā)電機正常勵磁。假設：不考慮電樞電阻，電網電壓為常數(shù)。發(fā)電機未帶有功時無功的調節(jié)2/1/202389勵磁電流If↑發(fā)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(fā)電機端電壓仍為電網電壓。結論：發(fā)電機發(fā)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(fā)電機未帶有功時無功的調節(jié)2/1/202390勵磁電流If↓Ff

減小，E0減小，發(fā)電機端電壓仍為電網電壓。發(fā)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(fā)電機發(fā)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(fā)電機未帶有功時無功的調節(jié)2/1/202391圖17-15無功輸出為零不同勵磁時的相量圖

發(fā)電機未帶有功時無功的調節(jié)2/1/202392發(fā)電機供恒定有功功率調節(jié)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(guī)定：當發(fā)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(tài)：電樞除有功分量外，還向電網輸出感性無功。發(fā)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(fā)電機吸收感性無功（發(fā)出容性無功）。發(fā)電機供恒定有功功率2/1/202395P2=常數(shù)，調節(jié)勵磁時的相量圖

發(fā)電機供恒定有功功率2/1/202396發(fā)電機與無窮大電網并聯(lián)時，如果發(fā)電機的輸入有功功率不變，只調節(jié)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(fā)電機發(fā)出感性無功功率。欠勵時，發(fā)電機發(fā)出容性無功功率。結論2/1/202397定義：并聯(lián)于無窮大電網的同步發(fā)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(fā)電機的V形曲線2/1/202398同步發(fā)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(fā)出感性無功，過勵;If↓時I↑，發(fā)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(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)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(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)電機的V形曲線2/1/2023101⑤cos=1的左邊屬欠勵區(qū)，電機發(fā)出容性無功，cos=1的右邊屬過勵區(qū)，電機發(fā)出感性無功；⑥隨If↓，↑，當If過小，

=900，電機將失去穩(wěn)定。IIf0欠勵過勵正常勵磁領先滯后cos=1不穩(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)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(wěn)定區(qū)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(guī)律為先減小后增大。2/1/2023104*第五節(jié)同步發(fā)電機并網后正常運行分析

發(fā)電機并網后，向電網輸送電能，電能的發(fā)、供、用在同一瞬間完成，必須保持系統(tǒng)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(tǒng)要穩(wěn)定運行，必須隨時保持系統(tǒng)有功、無功的平衡；并網發(fā)電機根據(jù)負載情況調整有功和無功輸出，調節(jié)時應控制發(fā)電機的有功和無功、電壓和電流及勵磁電流等參數(shù)處于允許運行的限度范圍內。2/1/2023105發(fā)電機工作狀態(tài)與有功輸出的關系有功調節(jié)依靠原動機輸入功率調節(jié)實現(xiàn)。發(fā)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(fā)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(jié)有功功率對發(fā)電機運行狀態(tài)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(jié)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(jié)有功功率對發(fā)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(jié)有功功率對發(fā)電機定子電流的影響2/1/2023110發(fā)電機工作狀態(tài)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(fā)電機發(fā)出的無功由感性到容性，稱為欠勵磁狀態(tài)，發(fā)電機向電網輸送有功，同時又向電網吸收無功。發(fā)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(fā)電機從欠勵過渡到正常勵磁。繼續(xù)增大勵磁，定子電流增大，發(fā)電機發(fā)出感性無功，運行在過勵狀態(tài)。發(fā)電機工作狀態(tài)與有功輸出的關系2/1/2023112一般發(fā)電機設計和運行在過勵狀態(tài)，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(shù)為0.8(滯后)，即發(fā)電機每發(fā)出l00kW有功，同時發(fā)出700-750kVar無功。以保證系統(tǒng)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(fā)送有功和無功，讓水流充沛的電站多發(fā)有功。但多發(fā)有功的發(fā)電機要注意定子電流不得超過允許值，同時為了運行穩(wěn)定性，功率因數(shù)一般不得超過0.95(滯后)。發(fā)電機工作狀態(tài)與有功輸出的關系2/1/2023113發(fā)電機工作狀態(tài)與工作電壓的關系

發(fā)電機并聯(lián)運行時，電網電壓波動導致發(fā)電機端電壓波動。假定原動機輸入到發(fā)電機軸上的功率不變，則發(fā)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(fā)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(fā)生變化。電網實際運行中，允許電壓波動，比如5%。發(fā)電機工作狀態(tài)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