1、第18章同步发电机的并网运行 单机供电的单机供电的缺点缺点：不能保证供电质量：不能保证供电质量(电压和频率电压和频率的稳定性的稳定性)和可靠性和可靠性(发生故障就得停电发生故障就得停电)，无法实，无法实现供电的灵活性和经济性。现供电的灵活性和经济性。通过并联可将几台发电机或几个电站并成一个电网。通过并联可将几台发电机或几个电站并成一个电网。18 18 同步电机的并联运行同步电机的并联运行第18章同步发电机的并网运行并联运行的含义并联运行的含义1 1、提高供电的可靠性；、提高供电的可靠性；2 2、提高供电的经济性；、提高供电的经济性；3 3、提高电能的质量。、提高电能的质量。无穷大电网的含义无穷
2、大电网的含义0cccSUCfCZ 将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。供电。并联运行的优点并联运行的优点并列方法并列方法1.1.准同期法准同期法2.2.自同期法自同期法第18章同步发电机的并网运行同步发电机并联运行的意义同步发电机并联运行的意义 减少发电厂的储备容量减少发电厂的储备容量发电厂可以根据负荷发电厂可以根据负荷的发展，相应地逐步增加发电机的台数。的发展，相应地逐步增加发电机的台数。提高发电厂运行的经济性提高发
3、电厂运行的经济性 发电厂可按照负荷变发电厂可按照负荷变化倩况，确定投入并联运行的发电机台数。化倩况，确定投入并联运行的发电机台数。提高供用电的质量和可靠性提高供用电的质量和可靠性由许多发电厂组由许多发电厂组成的电力系统，容量大，负荷变化时对系统的电成的电力系统，容量大，负荷变化时对系统的电压和频率的影响就小。压和频率的影响就小。第18章同步发电机的并网运行18.118.1 并联运行的条件并联运行的条件一一、准同期并列的条件、准同期并列的条件1.1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；待并发电机电压相位相同与电
4、网电压相位相同；3.3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；待并发电机电压频率与电网电压频率相同；4.4.待并发电机的相序与电网的相序相同。待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件（上述条件（4 4）一般在安装发电机时，根据发电机）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。产生严重的危害。重点重点内容内容第18章同步发
5、电机的并网运行1.1.电压大小不等电压大小不等此时此时,ab,ab两端有电位差两端有电位差gcUUU 在电位差的作用下发电机产生在电位差的作用下发电机产生冲击电流，即冲击电流，即gccddUUUIjxjx 冲击电流为无功冲击电流为无功分量，不会加重原动分量，不会加重原动机的负担，但会在电机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用端部受冲击力的作用而变形。而变形。第18章同步发电机的并网运行2.2.相位不同相位不同如如图图反反相相和和若若,UUcg 电位差可达发电机电位差可达发电机电压的两倍，若此时并电压的两倍，若此时并列，会产生
6、很大的冲击列，会产生很大的冲击电流，发电机会因遭受电流，发电机会因遭受巨大的冲击力而损坏。巨大的冲击力而损坏。如如图图稍稍超超前前若若,UUcg冲击电流的影响：冲击电流的影响：1)1)电枢绕组端电枢绕组端部受部受力力变形变形;2);2)转轴上受冲击转轴上受冲击转矩转矩的作用的作用,使机轴扭曲变形使机轴扭曲变形;)电枢绕组电枢绕组发热发热.此时此时,ab,ab两端有电位差两端有电位差gcUUU第18章同步发电机的并网运行3.3.频率不同频率不同。UUcg同同为为大大小小相相等等而而角角速速度度不不和和。、U变变化化的的拍拍振振电电压压时时小小时时大大为为瞬瞬时时值值的的幅幅值值有有规规律律转轴上
7、时而产生制动转矩、时而产转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。生驱动转矩，结果是电机振动。拍振电流使电枢绕组端拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕部受力变形，使电枢绕组发热。组发热。第18章同步发电机的并网运行 频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠自整步作用，可以把发电机拉入同步。作用，可以把发电机拉入同步。.cgcaccgcgff，II，UU,ff 直直到到使使转转子子减减速速矩矩转转轴轴产产生生制制动动转转对对的的有有功功分分量量冲冲击击电电流流前前超超时时当当.cgcaccgff，II,ff 直直到到速速使使转转子子加加
8、矩矩轴轴产产生生驱驱动动转转对对转转功功分分量量的的有有击击电电流流冲冲时时当当第18章同步发电机的并网运行4.4.相序不同相序不同.,UU,UU,gcg流流而而危危及及电电机机它它将将产产生生巨巨大大的的冲冲击击电电等等于于恒恒恒恒差差与与因因为为此此时时能能并并列列相相序序不不同同的的发发电电机机绝绝不不31200 发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如许有一定的偏差，如U U不超过不超过10%10%，相位差不超过，相位差不超过10%10%，频率，频率偏差不超过偏差不超过0.2%0.2%0.5%0.5%（0.10.
9、10.25Hz)0.25Hz)。二、自同期法 相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，当其转速接近同相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，当其转速接近同步速时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁步速时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵入同步。并网前，励磁绕组需经限流电阻闭合。将发电机牵入同步。并网前，励磁绕组需经限流电阻闭合。第18章同步发电机的并网运行同步发电机的整步同步发电机的整步 并列、并车、整步并列、并车、整步 将发电机并联至电网的手将发电机并联至电网的手续续 在并车时必须在并车时必须避免产生巨大的冲击电流避免产生巨大的冲击电流，以防止，以防止同步发电
10、机受到损坏、电网遭受干扰。同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。第18章同步发电机的并网运行并车条件并车条件 使发电机每相电势瞬时值与电网电压瞬时值保持一直使发电机每相电势瞬时值与电网电压瞬时值保持一直相等相等1.1.相同的相序相同的相序2.2.相等的电压相等的电压波形、大小和相位波形、大小和相位3.3.相等或接近的频率相等或接近的频率波形波形由设计、制造自行满足由设计、制造自行满足频率不同，矢量频率不同，矢量E E与与U U将产生相对运动，即产生一直变化的环流，将产生相对运动，即产生一直变化的环流，引起发电机内的功率震荡引起发电机内的功率震荡波形不同，如发电机中有高次谐波，将产生高次谐波环流，增
11、波形不同，如发电机中有高次谐波，将产生高次谐波环流，增加运行时损耗加运行时损耗如电压大小、相位不同，也产生一换流。如在极性相反时投入，如电压大小、相位不同，也产生一换流。如在极性相反时投入，环流将达到环流将达到20-30I20-30IN N，在电磁冲力作用下，定子绕组端部将受到，在电磁冲力作用下，定子绕组端部将受到大的冲击大的冲击第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行gCgAgBGAgUsCsAsBSAsUAUAIGAASUIZZ冲击电流冲击电流：第18章同步发电机的并网运行AUBUCUAgUBgUCgUCsUBsUAsUsg第18章同步发电机的并网运行并车的准备工作并车的准
12、备工作1.1.检查并车条件检查并车条件 通常用电压表测量电网电压通常用电压表测量电网电压 ，并，并调节发电机的励磁电流调节发电机的励磁电流使得发电机的使得发电机的输出电压输出电压U=U1U=U1。2.2.确定合闸时刻确定合闸时刻 借助同步指示器检查并借助同步指示器检查并调整频率调整频率和相位和相位以确定合闸时刻。以确定合闸时刻。第18章同步发电机的并网运行同步指示灯同步指示灯并车方法并车方法：通过调节发电机励磁电流的大小通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等使电压相等 ；电压调整好后，如果相序一致，电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替。灯光应表现为明暗交替。如果灯光如果灯光不是明暗
13、交替，则说明相序不一致不是明暗交替，则说明相序不一致，应调整发电机的出线相序或电网的应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速改变频率，通过调节发电机的转速改变频率，直到直到灯光明暗交替十分缓慢时，说灯光明暗交替十分缓慢时，说明频率已十分接近明频率已十分接近，等待灯光完全，等待灯光完全变暗的瞬间（相位相同），即可合变暗的瞬间（相位相同），即可合闸并车闸并车 第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行SCUSBUSAUSGAUGBUGCUG第18章同步发电机的并网运行SCUSBUSAUSGAUGBUGCUG某时刻，发电
14、机电压相量和电网电压相量同相位某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位a.a.只是只是频率不等频率不等第18章同步发电机的并网运行SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开相位差第18章同步发电机的并网运行 结论结论：相灯会呈现同时灭、相灯会呈现同时灭、再同时亮起的交替变再同时亮起的交替变化现象，说明发化现象，说明发 电电机与电网的频率机与电网的频率 不不同。同。需调节原动机转速需调节原动机转速从而改变发电机频从而改变发电机频率。率。SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU发电机电压相量和电网发电机电压相量和电网电压相量反
15、相位时刻电压相量反相位时刻第18章同步发电机的并网运行b.b.只是电压不等（发电机频率已调整到很接只是电压不等（发电机频率已调整到很接 近电网频率）近电网频率）SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU第18章同步发电机的并网运行SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU此时，此时，3 3个相灯灭最暗个相灯灭最暗第18章同步发电机的并网运行SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU结论：结论：三个相灯没有绝对三个相灯没有绝对熄灭的状态，而是熄灭的状态，而是在最亮和最暗范围在最亮和最暗范围内缓慢交替变化。内缓慢交替
16、变化。需调节励磁电流从需调节励磁电流从而改变发电机的端而改变发电机的端电压。电压。第18章同步发电机的并网运行c.c.只是相序只是相序不等不等（发电（发电机频率已调整到很接近机频率已调整到很接近于电网频率）于电网频率）SGSAUGAUGCUSCUGBUSBU10U3U2U1 1号相灯灭，号相灯灭，2 2、3 3号相灯亮号相灯亮第18章同步发电机的并网运行SGSAUGAUGCUSCUGBUSBU3U20U1U2 2号相灯灭，号相灯灭，3 3、1 1号相灯亮号相灯亮第18章同步发电机的并网运行结论：结论：三个相灯依次呈明暗三个相灯依次呈明暗交替变化状态，即灯交替变化状态，即灯光旋转状态。光旋转状态
17、。说明发电机与电网的说明发电机与电网的相序不同。相序不同。通过相灯旋状方向还通过相灯旋状方向还可以判定可以判定频率大小频率大小。需对调发电机出线需对调发电机出线的任意两根接线。的任意两根接线。SGSAUGAUGCUSCUGBUSBU1U2U30U3 3号相灯灭，号相灯灭，1 1、2 2号相灯亮号相灯亮第18章同步发电机的并网运行d.d.相角不等（发电机频率已调整到很接近相角不等（发电机频率已调整到很接近于电网频率）于电网频率）SGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCU三个相灯不同时熄三个相灯不同时熄灭，不能合闸并网。灭，不能合闸并网。第18章同步发电机的并网运行SCUSBUSAUSG
18、AUGBUGCUG结论：结论：等待三个相灯都完等待三个相灯都完全熄灭的一刻，说全熄灭的一刻，说明发电机电压和电明发电机电压和电网电压同相位，就网电压同相位，就可以合上并网开关，可以合上并网开关，完成发电机的整个完成发电机的整个并网操作。并网操作。第18章同步发电机的并网运行同步指示灯并车方法并车方法：通过调节发电机励磁电流的通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等大小使电压相等 ；电压调整好后，如果相序一电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，如致，则灯光旋转，如灯光同步灯光同步则说明相序不一致则说明相序不一致；通过调节发电机的转速改变通过调节发电机的转速改变 频率，直到频率，直到灯光旋转十分缓
19、慢灯光旋转十分缓慢时，说明时，说明 频率十分接近频率十分接近，这时，这时等待灯等待灯 3 3 完全熄灭的瞬间到来，完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。即可合闸并车。第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行a.a.当（当（1 1）号相灯完全熄灭时，（）号相灯完全熄灭时，（2 2）、（）、（3 3）相灯亮）相灯亮 度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网 电压相位相同；电压相位相同；b.b.可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于 或低于电网频率。或低于电网频率。旋转灯光法相比暗灯法的优点
20、：旋转灯光法相比暗灯法的优点：第18章同步发电机的并网运行自整步法自整步法 前提：相序一致前提：相序一致 将励磁绕组通过电阻短接将励磁绕组通过电阻短接 拖动到接近同步速拖动到接近同步速(相差相差2 25 5)，在无励磁电流的情况下，在无励磁电流的情况下，将发电机接入电网将发电机接入电网 再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁场之间的再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险
21、的高压直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流定、转子绕组间产生很大的冲击电流。优点：操作简单，方便快捷；优点：操作简单，方便快捷；缺点：合闸时有冲击电流。缺点：合闸时有冲击电流。约为励磁电阻的约为励磁电阻的1010倍倍适用于适用于事故状态下的并车事故状态下的并车 第18章同步发电机的并网运行空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流CjIXIaF00,90EU 减少励磁减少励磁UB0E0cEUjIXF增加励磁增加励磁0cEUIjX1fFCjIXFU0EIBaF00,90EU 1fF第18章同步发电机的并网运行 原动机输出转矩不
22、变时，改变发电机的励原动机输出转矩不变时，改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或领先的纯无功磁电流只能使电枢绕助产生落后或领先的纯无功电流，发电机不输出有功功率。电流，发电机不输出有功功率。结论：结论：发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁磁动势基波同相位。磁动势基波同相位。原如果在合闸前，发电机空载电压与电网原如果在合闸前，发电机空载电压与电网电压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机电压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还会有无功电流，即向电网发出无功功率。还会有无功电流，即向电网发出无功功率。第18章同步发电机的并网运行18.1 有功功角特
23、性及有功功率调节18.2 同步电机的并联运行一、功率和转矩平衡110212emmecFeademcuPP(PPP)PPPPPPmUI cos 输入输入功率功率P1机械损机械损耗耗pmec附加损附加损耗耗p padad铁损铁损pFe电磁功电磁功率率Pem定子铜损定子铜损pcu1输出功输出功率率P P2 2第18章同步发电机的并网运行6021101nPPPem角速度两边同时除以同步机械在01111emPPP 可得转矩平衡方程为可得转矩平衡方程为10emTTT 10emTTT 或 上式说明，电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩与制上式说明，电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩与制动性质的电磁转矩和空
24、载转矩之和平衡。动性质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。第18章同步发电机的并网运行22cosemcuPPPmUImI R0coscosUIRE20cosemcuPPPmE I思考：内功率因数角？思考：内功率因数角？0EUIcjIXIr第18章同步发电机的并网运行二、有功功率功角特性二、有功功率功角特性 功角功角 它表示发电机的励它表示发电机的励磁电势磁电势E E0 0和端电压和端电压U U之间相角差。之间相角差。功角功角d d对于研究同步对于研究同步电机的功率变化和电机的功率变化和运行的稳定性有重运行的稳定性有重要意义。要意义。功角功角d d的空间含义的空间含义功角的空间概念第18章同步发电机的
25、并网运行 忽略定子漏磁电势，认为忽略定子漏磁电势，认为UEUE0 0+E+Ea a，E E0 0对应于转子磁势对应于转子磁势F Ff f，E Ea a对应于电枢磁势对应于电枢磁势F Fa a，可近似认为端电压，可近似认为端电压U U由合成磁势由合成磁势F=FF=Ff f+E+Ea a所感应。所感应。F Ff f和和E Ea a之间的空间相角差即为之间的空间相角差即为E E0 0和和U U之间的之间的时间相角差时间相角差d d。1.1.从相量图上看，功角从相量图上看，功角d d在时间上表示励磁电势在时间上表示励磁电势E E0 0和端电和端电压压U U之间的相位差，在空间上表现为合成磁场之间的相位
26、差，在空间上表现为合成磁场F F轴线与转子轴线与转子磁场磁场F Ff f轴线之间的夹角。轴线之间的夹角。2.2.在发电机内部在发电机内部,转子磁极轴线总是超前合成磁场轴线；转子磁极轴线总是超前合成磁场轴线；磁力线是斜着通过空气隙，磁拉力的结果是在转子上产生磁力线是斜着通过空气隙，磁拉力的结果是在转子上产生了制动转矩。了制动转矩。3.3.发电机并网运行后，定子合成磁场的转速永远不会改变发电机并网运行后，定子合成磁场的转速永远不会改变,永远是以同步速旋转的永远是以同步速旋转的.如何增加功率如何增加功率,就是增大原动机的就是增大原动机的动力因素。动力因素。4.4.同步发电机稳定运行范围分析情况同步发
27、电机稳定运行范围分析情况.d.d的范围的范围.。第18章同步发电机的并网运行1.1.凸极电机凸极电机第18章同步发电机的并网运行第18章同步发电机的并网运行定义定义：tqd、X、XX0EfI)(fPem 并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、参数（参数（）为常数、空载电动势）为常数、空载电动势 不变（即不变（即 不变）时，不变）时，为有功功率功角特性。为有功功率功角特性。凸极发电机的有功功率功角特性凸极发电机的有功功率功角特性2021122emdqdE UUPPmUIcosmsinmsinXXX 隐极发电机的有功功率功角特性隐极
28、发电机的有功功率功角特性0emtE UPmUI cosmsinX 第18章同步发电机的并网运行水轮发电机有功功水轮发电机有功功率功角特性曲线率功角特性曲线 水轮发电机的有功水轮发电机的有功功率功角特性分两部分功率功角特性分两部分:基基本本电电磁磁功功率率 sinXUEmPdem0附加电磁功率的特点附加电磁功率的特点:;时附加电磁功率最大045;E 无关附加电磁功率与0.XXqd产生的附加电磁功率是由于附附加加电电磁磁功功率率 21122sin)XX(UmPdqem第18章同步发电机的并网运行汽轮发电机的功角特汽轮发电机的功角特性曲线性曲线汽轮发电机的有功功汽轮发电机的有功功率功角特性的特点率功
29、角特性的特点:;sinP)em成成正正比比的的正正弦弦函函数数与与功功角角电电磁磁功功率率1;XUmEP,)tmaxem00902功率达到极限值时.,P,)em动机运行电机转为电为负值01803第18章同步发电机的并网运行1 1、是电动势、是电动势 和电压和电压 间的时间相位角间的时间相位角;0EUfFuF或称是励磁磁势或称是励磁磁势 和合成磁势和合成磁势 间的空间夹角。间的空间夹角。2 2、是感应电动势、是感应电动势 的主磁通和产生电压的主磁通和产生电压 的电枢等效假想的电枢等效假想磁通之间的夹角。磁通之间的夹角。0EU0u。FF,)(,、,U,ufuauuu间间的的空空间间夹夹角角之之与与
30、定定子子合合成成磁磁极极极极之之间间的的夹夹角角即即为为转转子子磁磁由由因因此此所所产产生生简简称称定定子子合合成成磁磁极极个个等等效效合合成成磁磁极极并并假假定定它它是是由由定定子子的的一一合合成成和和由由产产生生的的是是假假定定发发电电机机的的端端电电压压是是一一个个虚虚拟拟磁磁通通00功角功角 的双重物理意义的双重物理意义第18章同步发电机的并网运行用图示功角的双重物理意义用图示功角的双重物理意义第18章同步发电机的并网运行）。（，。),(UE,制动转矩制动转矩极一个反作用力极一个反作用力定子合成磁极给转子磁定子合成磁极给转子磁转转磁极同步旋磁极同步旋转子磁极拖动定子合成转子磁极拖动定子
31、合成稳定运行时稳定运行时角角磁极轴线一个磁极轴线一个合成合成转子磁极轴线超前定子转子磁极轴线超前定子超前超前在发电机运行时在发电机运行时000 转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动转矩而作功,实现机电能量转换,将由原动机输入的机械能转变为电能输出。可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电它不仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机机转子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。械运动紧密联系
32、起来。第18章同步发电机的并网运行 发电机空载运行时，原动机输入的功率用来平衡各种损耗，发电机空载运行时，原动机输入的功率用来平衡各种损耗，此时此时 ，定、转子磁极轴线重合，它们之间只有径向力而无，定、转子磁极轴线重合，它们之间只有径向力而无切向力，所以切向力，所以 ，在功角特性的，在功角特性的0 0点上。点上。0000emPemP0。a,TT，TP，TT，P),(emememem点点如如图图为为止止直直到到逐逐渐渐增增大大和和电电磁磁转转矩矩功功率率逐逐渐渐变变大大输输出出增增大大入入功功率率发发电电机机输输开开大大汽汽门门增增大大原原动动转转矩矩 111aa1P 可见，并联于无穷大电网的同
33、步发可见，并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只需调节原电机要调节有功功率输出，只需调节原动转矩。在功率极限角范围内，输入转动转矩。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。矩越大，有功功率输出就越大。18.3并网后有功功率及无功功率的调节、并网后有功功率及无功功率的调节、V形曲线形曲线一、有功功率调节一、有功功率调节第18章同步发电机的并网运行 当当 处于处于0-dm0-dm范围时，随着范围时，随着d d的增大，的增大，P PM M亦增大，发电机在亦增大，发电机在这一区间能够稳定运行。而当这一区间能够稳定运行。而当d dmd dm时，随着时，随着d d的增大，的增大，
34、P PM M反反而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转速越来越大，发电机将失去同步，故在这一区间发电机不能速越来越大，发电机将失去同步，故在这一区间发电机不能稳定运行。稳定运行。重要结论：在增加有功功率的同时也伴随着无功功率的减少。重要结论：在增加有功功率的同时也伴随着无功功率的减少。解释如下：解释如下：无功功率的功角特性无功功率的功角特性 Q=fQ=f（d d）以隐极电机为例，画出相量图并作辅助线，由相量图知：以隐极电机为例，画出相量图并作辅助线，由相量图知：E E0 0 cos cos d-U=I Xs sin d-U=I
35、Xs sin Q=m U I sin Q=m U I sin =（m U Em U E0 0 cos cos d-m U d-m U2 2）/X/Xs s 第18章同步发电机的并网运行 同步发电机失去同步后同步发电机失去同步后,必须立即减小原动机输入的机械功率必须立即减小原动机输入的机械功率,否则将使转子达到极高转速否则将使转子达到极高转速,以致离心力过大而损坏转子。另以致离心力过大而损坏转子。另外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此，保持同步是十分出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此
36、，保持同步是十分重要的。重要的。综上所述：并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调综上所述：并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率来改变的。而且电机承担的有功功率节原动机输入的机械功率来改变的。而且电机承担的有功功率的极限是的极限是P PMmaxMmax。当。当0ddm0ddmddm发电机发电机不能稳定运行。不能稳定运行。应当注意，当发电机的励磁电流应当注意，当发电机的励磁电流I If f不变时，不变时，d d的变化也将无功功的变化也将无功功率的变化。无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导率的变化。无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导致无功功率改变
37、符号，这是应当避免的。因此如果只要求改变致无功功率改变符号，这是应当避免的。因此如果只要求改变发电机所承担的有功功率。发电机所承担的有功功率。第18章同步发电机的并网运行 发电机励磁电流发电机励磁电流 =常常数时，励磁电势数时，励磁电势 =常数，常数，调节发电机输出有功功率时，调节发电机输出有功功率时，因因 角的不同，使得不仅输出角的不同，使得不仅输出的有功功率的有功功率 不同，而且输出的无功功率也不同，而且输出的无功功率也会不同。会不同。fi0E0McUEPmsinXU0ECjIXI00ECjIXI0ECjIXICUjX0调节有功功率时发电机输出无功功率的变化调节有功功率时发电机输出无功功率
38、的变化第18章同步发电机的并网运行结论结论1 1：当励磁电流当励磁电流 =常数时，常数时，调节发电机输出的有功功率，发电调节发电机输出的有功功率，发电机的无功功率也会改变，输出有功机的无功功率也会改变，输出有功功率增大时，输出落后性无功功率功率增大时，输出落后性无功功率会减小。会减小。fiU0EI0EICjIXCjIXCjIXI0CUjX00E结论结论2 2：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流为常数，调节发电机输出的有功功率，电动势向量为常数，调节发电机输出的有功功率，电动势向量的轨迹是一个圆的轨迹是一个圆(圆心是圆心是 )，电枢电流，电枢电流 向量的
39、向量的轨迹也是一个圆轨迹也是一个圆(圆心是圆心是 )，把它们称为同步电机，把它们称为同步电机的圆图。的圆图。fi0EI00第18章同步发电机的并网运行静态稳定的概念静态稳定：指并联在电网上稳定运行的同步发电机，当受电指并联在电网上稳定运行的同步发电机，当受电网或原动机方面某些微小扰动时，能在这种干扰消失后，继网或原动机方面某些微小扰动时，能在这种干扰消失后，继续保持原来稳定运行状态的能力。续保持原来稳定运行状态的能力。emP0aa1Pbb在在a a点运行时电机具有静态稳定的能力。点运行时电机具有静态稳定的能力。若干扰使功角若干扰使功角增大到增大到aa点，点，P Pemem和和T Temem增大
40、，迫使电机减速，功角增大，迫使电机减速，功角变小，电机变小，电机回到回到a a点。点。a干扰使功角干扰使功角减小时，有同样结论。所以减小时，有同样结论。所以a a点称为稳定运行点。点称为稳定运行点。而而b b点为不稳定运行点，分析略。点为不稳定运行点，分析略。第18章同步发电机的并网运行静态稳定的判据：比整步功率(kW/rad)0emsyndPPd 对汽轮发电机，对汽轮发电机，比整步功率为比整步功率为0emsyntdPE UPmcosdx emP0synPsynPemP090在电机稳定区域内，在电机稳定区域内，越大，电机稳定增越大，电机稳定增长性越好。长性越好。synP第18章同步发电机的并网
41、运行过载能力汽轮发电机的过载能力汽轮发电机的过载能力em maxNPP 001em maxtNNNtE UmPxE UPsinmsinx 最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。过载能力越大，电机的稳定性越好。过载能力是表达静态稳过载能力越大，电机的稳定性越好。过载能力是表达静态稳定的能力，不是发电机可以过载的倍数。定的能力，不是发电机可以过载的倍数。过载能力设计得在一点，是从提高称定观点考虑的，不是从过载能力设计得在一点，是从提高称定观点考虑的，不是从发热观点考虑的。发热观点考虑的。第18章同步发电机的并网运行无功功角特性及V形曲线无功功率功角特性
42、 并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（数（x xd d、x xq q、x xt t）为常数、空载电势）为常数、空载电势E E0 0不变（即不变（即 I If f 不变）时，不变）时，Q=f(Q=f()为无功功率功角特性为无功功率功角特性。水轮发电机无功功率的功角特性水轮发电机无功功率的功角特性2201111222dqdqdE UUUQmUI sinmcosmmsinxxxxx 汽轮发电机无功功率的功角特性汽轮发电机无功功率的功角特性20ttE UUQmUI sinmcosmxx 第18章同步发电机的并网运行汽轮发电机无功功
43、率的功角特性曲线汽轮发电机无功功率的功角特性曲线tXUmQ2t0XU)U(EmQQ001EUcos 090 几个特殊点几个特殊点:001EUcos0Q090第18章同步发电机的并网运行QPem1P1emP1Qaabb2Qb2emP 从能量守恒观点看，并从能量守恒观点看，并网运行的同步发电机调节无网运行的同步发电机调节无功功率，不需调节原动机来功功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变励磁的输入功率，只需改变励磁电流。电流。调节 前，aemaemQ，QPP fIbemaembemQ，QPPP 增大 后fI调节调节 不影响发电机的有功功率输出不影响发电机的有功功率输出,但影响电机的稳定性能。但影
44、响电机的稳定性能。fI调节无功时不影响有功功率的输出调节无功时不影响有功功率的输出,但是调节有功时影响无功功但是调节有功时影响无功功率输出率输出.第18章同步发电机的并网运行相量分析1.1.正常励磁正常励磁0100,cos,P,QUI0EtXI j2.2.过励磁过励磁01E1tXI j11I)Q(QP),(cos,CL或吸发滞后003.3.欠励磁欠励磁tXI j202E22I)Q(QP),(cos,LC或吸或吸发发超前超前00 303E3ItXI j3第18章同步发电机的并网运行同步发电机无功功率的调节第18章同步发电机的并网运行V形曲线 并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表并
45、联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流示电枢电流 和励磁电流和励磁电流 的关系曲线的关系曲线 称为称为“V”V”形形曲线。曲线。IfI)f(IIf 发电机运行时，发电机运行时，定子电流定子电流和和励磁电流励磁电流是运行人员主要监视的是运行人员主要监视的两个物理量，这两个量关系到定子绕组和励磁绕组的温度，又两个物理量，这两个量关系到定子绕组和励磁绕组的温度，又牵涉到功率因数的超前或滞后以及运行的稳定性问题。牵涉到功率因数的超前或滞后以及运行的稳定性问题。对于一个给定的有功功率输出就有一条对于一个给定的有功功率输出就有一条V V形曲线，有功功率形曲线，有功功率越大，曲线向上移
46、，因此可是以得到一簇越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇“V”V”形曲线。形曲线。第18章同步发电机的并网运行励磁正常IfI01cos欠励过励eemememmPPPP 区域不稳定0900emP emPemPemP第18章同步发电机的并网运行V形曲线的特点2.2.不稳定区域边缘：不稳定区域边缘：=90=900 0，连线向右倾斜连线向右倾斜;1.1.每条曲线的最低点每条曲线的最低点,定子电流最小定子电流最小,且全为有功电流且全为有功电流，这些点的这些点的连线向右倾斜；连线向右倾斜；1cos3.3.每条曲线上的电流变化量每条曲线上的电流变化量I I 为无功分量为无功分量;4.4.励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小后增大。后增大。表明要输出纯有功功率，必须相应增加一些励磁电流。表明要输出纯有功功率，必须相应增加一些励磁电流。表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。
