同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行

第十七章同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行

2/1/20231第一節(jié)投入并列運(yùn)行的條件與方法第二節(jié)并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)電磁功率與功角特性第三節(jié)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定第四節(jié)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)與V型曲線*第五節(jié)同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后正常運(yùn)行分析*第六節(jié)同步發(fā)電機(jī)的振蕩本章主要內(nèi)容2/1/20232思考1、同步發(fā)電機(jī)單機(jī)供電有什么缺點(diǎn)？供電系統(tǒng)怎樣克服單機(jī)供電的這些缺點(diǎn)？2/1/20233①不能保證供電質(zhì)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(shí)現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。這些缺點(diǎn)可以通過多機(jī)并聯(lián)來改善。

單機(jī)供電的缺點(diǎn)2/1/20234

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

同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行2/1/20235

電力系統(tǒng)示意圖2/1/20236同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)①提高供電可靠性，一臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障或定期檢修不會(huì)引起停電事故。

②提高供電經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

③提高供電質(zhì)量。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)后，它的運(yùn)行情況受到電網(wǎng)的制約，也就是說它的電壓、頻率要和電網(wǎng)一致而不能單獨(dú)變化。2/1/20237

同步發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)并聯(lián)合閘時(shí)，為避免產(chǎn)生沖擊電流和并聯(lián)后能穩(wěn)定運(yùn)行，需滿足一定條件，而待并發(fā)電機(jī)勵(lì)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(yùn)行的條件和方法

2/1/20238什么是同步發(fā)電機(jī)的投入并聯(lián)？同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)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(wǎng)無窮大電網(wǎng)的定義：很多場(chǎng)合都可認(rèn)為同步發(fā)電機(jī)是與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)。1）S→∞2）ZS→03）US=C4）fS=C2/1/202310同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件

從圖中可以看出同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件是什么？2/1/202311同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件11223344552/1/202312待并發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)應(yīng)與電網(wǎng)電壓相等。同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件并聯(lián)合閘瞬間，待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的對(duì)應(yīng)相的電壓應(yīng)同相位，亦即發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)回路電勢(shì)為零。待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序相同。待并發(fā)電機(jī)電壓波形與電網(wǎng)電壓波形相同。待并發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相等。2/1/202313相序一致是絕對(duì)條件。電機(jī)可承受小沖擊電流，斷路器合閘瞬間，電壓差不應(yīng)超過額定電壓的5%~10%，頻率差不應(yīng)超過額定頻率的0.2%~0.5%，相位誤差不應(yīng)大于5°。并車準(zhǔn)備工作：檢查并車條件和確定合閘時(shí)刻。通常用電壓表測(cè)量電網(wǎng)電壓，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁使U=U1。借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和相位以確定合閘時(shí)刻。同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件2/1/202314并聯(lián)條件不滿足時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)的影響電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，使定子繞組端部受力變形。電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，電機(jī)溫度升高，效率降低。產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩。2/1/202315同步發(fā)電機(jī)的并車方法1.準(zhǔn)確同步并車將發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘并網(wǎng)操作過程稱為準(zhǔn)確同步法。發(fā)電機(jī)在并車合閘前已加勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的幅值、頻率、相位分別與并車點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、相位接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)合閘，完成并車操作。2/1/202316將待并網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)接近同步速度。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)空載電壓與電網(wǎng)電壓相等。確認(rèn)相序相同，調(diào)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使發(fā)電機(jī)電壓頻率約等于電網(wǎng)頻率。在對(duì)應(yīng)相電壓相位相同的瞬間，合閘并網(wǎng)，完成并網(wǎng)操作。準(zhǔn)同步并車的操作步驟2/1/202317準(zhǔn)同步并聯(lián)法的操作步驟為得到合閘并網(wǎng)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(zhuǎn)法2/1/202318燈光熄滅法2/1/202319VAⅡCⅡBⅡAIBICI

按照?qǐng)D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(wǎng)與發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相間接三組燈，三組燈全暗時(shí)合閘。燈光熄滅法2/1/202321

時(shí)大時(shí)小，則燈光時(shí)亮?xí)r暗，且三組燈所加相同，故三組燈同時(shí)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(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。使燈光明暗的頻率很低（說明

I≠

II

），當(dāng)三組燈光全部暗時(shí)，表明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)對(duì)應(yīng)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(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴(yán)格保證相序一致；相燈明暗快慢和發(fā)電機(jī)頻率2及電網(wǎng)頻率1有關(guān)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使燈光明暗變化十分緩慢時(shí)，說明同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的頻率十分接近，這時(shí)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(wǎng)條件時(shí)，燈光熄滅法所見的現(xiàn)象：1）頻率不等。相燈呈現(xiàn)同時(shí)暗、亮的變化很快，說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻率不同，需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變發(fā)電機(jī)頻率。2）電壓不等。三個(gè)相燈沒有絕對(duì)熄滅的時(shí)候，而是在最亮和最暗范圍閃爍，需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從而改變發(fā)電機(jī)的端電壓。3）相序不等。三個(gè)相燈明暗呈旋轉(zhuǎn)變化狀態(tài)，說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的相序不同，需對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)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(wǎng)，需微調(diào)轉(zhuǎn)速。燈光熄滅法2/1/202325燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202326燈光旋轉(zhuǎn)法VAⅡCⅡBⅡAIBICI321

ⅡI利用跨接在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)間燈光的明暗來判斷。相序相等時(shí)，發(fā)電機(jī)頻率和電網(wǎng)不同時(shí)，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(shí)亮暗，此時(shí)⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗。231燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202328

ⅡI①燈1繼續(xù)亮，燈2漸暗，燈3更亮，，燈3最亮。當(dāng)燈3最亮后，燈1亮度↑，燈2更暗，下一個(gè)最亮燈為1，再又輪到燈2最亮，逆時(shí)針轉(zhuǎn)，最亮燈順序?yàn)?-1-2-3-1-2。231燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202329②下個(gè)最亮燈為2，再下個(gè)為1，燈光最亮順序?yàn)?21321，燈光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

ⅡI123⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗③I與愈接近，燈光旋轉(zhuǎn)速度越慢。燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202330

ⅡI123

燈光旋轉(zhuǎn)法用來尋找合閘時(shí)間，調(diào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光旋轉(zhuǎn)速度極慢，然后在A相燈熄滅，另2組燈亮度相等時(shí)，合閘并網(wǎng)。燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202331優(yōu)點(diǎn)：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(shí)明暗，說明待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序不符，絕對(duì)不允許投入并聯(lián)。燈光旋轉(zhuǎn)法若按燈光熄滅法接線，但燈光不是同時(shí)明暗而是旋轉(zhuǎn)→相序不符。2/1/202332旋轉(zhuǎn)法并車方法為：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等；如果相序一致，燈光旋轉(zhuǎn)，否則說明相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴(yán)格保證相序一致；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變頻率，直到燈光旋轉(zhuǎn)十分緩慢，說明發(fā)電機(jī)頻率2和電網(wǎng)頻率1十分接近，這時(shí)等待燈1完全熄滅的瞬間到來，即可合閘并車。燈光旋轉(zhuǎn)法2/1/202333又稱理想整步法。需對(duì)并車條件逐一檢查和調(diào)整，費(fèi)時(shí)較多。優(yōu)點(diǎn)：沖擊電流小，不會(huì)引起系統(tǒng)電壓變化。不足：并列操作過程中需要對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，并列時(shí)間較長(zhǎng)且操作復(fù)雜，若合閘時(shí)刻不準(zhǔn)確，可能造成非同步合閘。按自動(dòng)化程度不同，有：手動(dòng)準(zhǔn)同步、半自動(dòng)準(zhǔn)同步和自動(dòng)準(zhǔn)同步。準(zhǔn)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(zhǔn)確同步法并網(wǎng)時(shí)無沖擊電流，但很麻煩，對(duì)危急情況不適用。自同步法：先檢查發(fā)電機(jī)相序，將勵(lì)磁回路串一電阻，大小約為10倍勵(lì)磁繞組電阻rm(限流)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子使：n≈n1，(拖動(dòng)方向與n1一致)直接合閘，然后加勵(lì)磁，通過自整步作用由電網(wǎng)將其拉入同步。自同步并聯(lián)法特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)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(lì)磁繞組必須通過一限流電阻短接，因?yàn)橹苯娱_路，將在其中感應(yīng)出危險(xiǎn)的高壓；直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)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(jī)與電網(wǎng)的對(duì)應(yīng)相的電壓應(yīng)同相位方法準(zhǔn)同步法自同步法并聯(lián)運(yùn)行的條件及方法2/1/202337第二節(jié)并列運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)電磁功率與功角特性

2/1/202338輸入功率P1機(jī)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(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率。

P0：空載損耗

pm機(jī)械損耗

pFe

鐵心損耗

pf：勵(lì)磁繞組銅耗由直流電源供給。P1PemP2P0=pFe+pmpcu同步發(fā)電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩2/1/202340Pem為通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率，稱為電磁功率。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，定子繞組中還存在定子銅耗pCu1，p2是發(fā)電機(jī)的輸出功率。勵(lì)磁回路消牦功率由原動(dòng)機(jī)或其他電源供給，故不包括在功率流程圖中。同步發(fā)電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩2/1/202341T1：發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0：發(fā)電機(jī)空載時(shí)軸上的輸入轉(zhuǎn)矩T：電磁轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩2/1/202342

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和平衡。同步發(fā)電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩2/1/202343同步發(fā)電機(jī)的功率特性并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、參數(shù)為常數(shù)、空載電勢(shì)E0不變（即If

不變）時(shí)，電磁功率和功率角之間的關(guān)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(jī)的功率特性凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性2/1/202344有功功率特性是同步發(fā)電機(jī)的基本特性之一，通過它可研究發(fā)電機(jī)接在無窮大電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，輸出功率的情況，并進(jìn)一步揭示機(jī)組的穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。假定：發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)，磁路不飽和，忽略電樞繞組電阻。同步發(fā)電機(jī)的功率特性2/1/202345勵(lì)磁電勢(shì)與端電壓的夾角忽略漏抗，δ’=δ，δ：轉(zhuǎn)子磁極中軸線與氣隙磁極中軸線的夾角（與的夾角）超前時(shí)，δ取正值。δ′δδ′功角為正時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；功角為負(fù)時(shí)，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)的功角2/1/202346δ為正時(shí)，主磁極磁場(chǎng)拖動(dòng)氣隙磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)（同時(shí)對(duì)有向后拖動(dòng)的力）此時(shí)Pem>0，同步機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出電功率，為發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)。SNδδ為正n1功角δ對(duì)于研究同步電機(jī)的功率變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義。發(fā)電機(jī)的功角2/1/202347δ為負(fù)，氣隙磁場(chǎng)拖動(dòng)勵(lì)磁磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩Tem<0，同步電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率，為電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。SNδδ為負(fù)n1發(fā)電機(jī)的功角2/1/202348功角δ的雙重物理意義是勵(lì)磁電勢(shì)和電壓間的時(shí)間相角差。是勵(lì)磁磁勢(shì)和合成磁勢(shì)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)的功角特性δ2/1/202352當(dāng)功角=90時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值，稱為功率極限。功率極限正比于勵(lì)磁電壓，反比于同步電抗。隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性結(jié)論：隱極同步發(fā)電機(jī)電磁功率與功角為正弦關(guān)系。PemδmUE0/Xs02/1/202353

功角是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅決定發(fā)電機(jī)輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)空間位置，它把同步電機(jī)的電磁關(guān)系和機(jī)械運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來。

隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性2/1/202354電磁轉(zhuǎn)矩和功率成正比，電磁轉(zhuǎn)矩為：隱極同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性曲線與功率特性曲線相同。標(biāo)么值表示時(shí)取速度基值為同步轉(zhuǎn)速，所以同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速標(biāo)么值為1，轉(zhuǎn)矩和功率便有相同標(biāo)么值。轉(zhuǎn)矩與功率是什么樣關(guān)系？同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與功率關(guān)系又如何？2/1/202355凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性不飽和隱極同步發(fā)電機(jī)凸極同步電機(jī)功角特性的表示就有所不同2/1/202356凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖

凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性2/1/202357Rad軸凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性2/1/202358凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性2/1/202359凸極同步發(fā)電機(jī)的功率特性凸極機(jī)電磁功率Pem由兩部分組成：：隱極機(jī)的功角特性，為勵(lì)磁功率；：與勵(lì)磁無關(guān)，但需要有端電壓，以及d,q軸磁導(dǎo)要有差異。為附加電磁功率（磁阻功率）。無論凸極機(jī)、隱極機(jī)，當(dāng)功角δ=0時(shí)，Pem=0。2/1/202360Pemδ0321123基本電磁功率（勵(lì)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(jī)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(jī)略大。當(dāng)同步電機(jī)的E0愈大，附加電磁電磁功率在整個(gè)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(jī)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(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、參數(shù)（xd、xq、xs）為常數(shù)、空載電勢(shì)E0不變（即If

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

當(dāng)Q>0，發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功（吸收容性）。當(dāng)Q<0，發(fā)電機(jī)吸收感性無功（發(fā)出容性）。Pem

δ0QPemQ無功功率與功角的關(guān)系2/1/202364凸極同步發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性隱極同步發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性無功功率與功角的關(guān)系2/1/202365第三節(jié)并列運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)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(jī)電磁功率隨功角變化的情況。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T

和電磁功率Pem之間成正比關(guān)系：

T=Pem/1

有功功率的調(diào)節(jié)

T1=T0+T

要改變發(fā)電機(jī)輸送給電網(wǎng)的有功功率，必須改變?cè)瓌?dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，可通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)的進(jìn)水量或汽輪機(jī)的汽門實(shí)現(xiàn)。2/1/202367假設(shè)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，并網(wǎng)后，電壓和頻率與電網(wǎng)保持一致，這是與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)。以隱極同步發(fā)電機(jī)為例，投入并聯(lián)前，發(fā)電機(jī)處于空載。有功功率的調(diào)節(jié)δ,δ=0;Pem=0()2/1/202368剛并網(wǎng)時(shí)：原動(dòng)機(jī)輸入功率用來平衡各種損耗，此時(shí)δ=0，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，Pem=0，在功角特性原點(diǎn)上。有功功率的調(diào)節(jié)輸入機(jī)械功率↑，假設(shè)勵(lì)磁電流保持不變，則P1>P0，P1－P0>0，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前氣隙合成磁場(chǎng)，δ＞0。δ↑，P2=Pem

↑>0，當(dāng)P1－P0=Pem時(shí)，加速過程結(jié)束，穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)械功率轉(zhuǎn)化成電磁功率，發(fā)電機(jī)輸出有功功率P2。發(fā)電機(jī)內(nèi)部自動(dòng)改變位移角，相應(yīng)改變電磁功率和輸出功率，達(dá)到新的功率平衡。2/1/202369并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)要增加有功功率輸出，只有增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，使轉(zhuǎn)子加速，功角δ增加，電磁功率和輸出功率相應(yīng)增加，直到δ=900，電磁功率達(dá)到功率最大值。功率極限范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)——結(jié)論2/1/202370發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定的定義：與電網(wǎng)并聯(lián)，運(yùn)行在某一點(diǎn)的發(fā)電機(jī)，受一外界干擾偏離原工作點(diǎn)，當(dāng)干擾消失后，發(fā)電機(jī)若能恢復(fù)到原來的工作點(diǎn)，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(jī)遇到突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作時(shí)，或者發(fā)生短路、電壓突變、發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁電流等非常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題，則屬于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題。2/1/202371Pemδ09001800A設(shè)發(fā)電機(jī)原工作點(diǎn)為A點(diǎn)，功角為δA。

此時(shí)T1=T+T0

發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202372若原動(dòng)機(jī)輸入的能量增加

T1↑，T1>T0+T,則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202373當(dāng)干擾消失，輸入轉(zhuǎn)矩又降為T1，T1<T’+T0，轉(zhuǎn)速下降，δ’↓，直至T1=T+T0，又回到A點(diǎn)。A’Pemδ09001800A發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定A點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。2/1/202374若發(fā)電機(jī)工作在B點(diǎn)，，T1=T+T0干擾消失，T1>T’+T0，電機(jī)加速，T’↓，電機(jī)失去同步。B點(diǎn)不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。Pemδ09001800ABB’輸入突然增加

發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202375失去同步后，同步發(fā)電機(jī)必須立即減小原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，否則將使轉(zhuǎn)子達(dá)到極高轉(zhuǎn)速，以致離心力過大而損壞轉(zhuǎn)子。失步后，發(fā)電機(jī)頻率和電網(wǎng)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(jī)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(jī)機(jī)為例)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202376功角0到m范圍內(nèi)，↑，

Pem

↑，，同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)功角達(dá)到m時(shí)，↑（勵(lì)磁電流不變），Pem↓，，電磁功率無法與輸入的機(jī)械功率相平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越大，失去同步，不能穩(wěn)定運(yùn)行。，，發(fā)電機(jī)處于極限位置。發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202377隱極機(jī)：當(dāng)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(jié)論：要提高穩(wěn)定性，可增大If，減小xs。Pemδ01800發(fā)電機(jī)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(shí)，δ=0，Psyn最大，最穩(wěn)定；

δ=π/2，Psyn=0，進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)；

δ>π/2，Psyn<0，失去穩(wěn)定。并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)，短路比大（同步電抗小）的發(fā)電機(jī)，較短路比小的同步電機(jī)比，有功功率相同時(shí)，功角要小些，故短路比大的同步電機(jī)穩(wěn)定性較好；輸出有功功率相同時(shí)，過勵(lì)狀態(tài)下功角較小，故過勵(lì)狀態(tài)下穩(wěn)定性好；輕載時(shí)功角較小，故輕載時(shí)穩(wěn)定性好。發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202379并網(wǎng)發(fā)電機(jī)輸出有功功率可通過調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率來改變。電機(jī)有功功率極限是Pemax。為使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)使最大電磁功率比額定電磁功率大得多。發(fā)電機(jī)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(duì)于隱極發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202380過載能力越大，電機(jī)穩(wěn)定性越好。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，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(jī)可過載的倍數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)從提高穩(wěn)定觀點(diǎn)考慮，不是從發(fā)熱觀點(diǎn)考慮。發(fā)電機(jī)功率極限和比整步功率都正比于勵(lì)磁電勢(shì)，反比于同步電抗，所以要提高穩(wěn)定性，可增大勵(lì)磁電流、減小同步電抗。發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202381若發(fā)電機(jī)經(jīng)變壓器及輸電線與電網(wǎng)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(jī)側(cè)的數(shù)值，發(fā)電機(jī)最大電磁功率：過載能力降低，線路較長(zhǎng)時(shí)，對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行很不利。為了提高遠(yuǎn)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(jī)角度來說，希望發(fā)電機(jī)有較小的同步電抗，即有較大的短路比。發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202382發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，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(dǎo)致無功功率改變符號(hào)，要避免發(fā)生。只改變有功時(shí)，應(yīng)在調(diào)節(jié)有功的同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定2/1/202383功率調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸出功率（改變汽門或水門大?。泄β瘦敵鲎兓铅淖兓瑹o功功率Q也變化。小結(jié)（1）靜態(tài)穩(wěn)定：1.定義：受到擾動(dòng)后，擾動(dòng)消失能恢復(fù)到原狀態(tài)。2.判據(jù)：比整步功率（隱極電機(jī)）…………穩(wěn)定運(yùn)行…………不穩(wěn)定運(yùn)行…………極限位置

結(jié)論：隨δ↓→Psyn↑→穩(wěn)定性好。

2/1/202384靜態(tài)過載能力(隱極電機(jī)）:小結(jié)（2）①δ=25-35°；②提高Km(δN)的方法：提高E0或Xs；2/1/202385課堂練習(xí)—判斷對(duì)錯(cuò)改變同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，只能調(diào)節(jié)無功功率。 一并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上的同步電機(jī)，要想增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率，因此原動(dòng)機(jī)輸入功率越大越好。答錯(cuò)答錯(cuò)2/1/202386第四節(jié)并列運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)與V型曲線

接在電網(wǎng)負(fù)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(jī)、變壓器、電抗器等。所以電網(wǎng)除了供應(yīng)有功功率外，還要供應(yīng)大量滯后性的無功功率。電網(wǎng)所供給的絕大部份無功功率是由并網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)共同分擔(dān)。2/1/202387同步發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸出有功的同時(shí)也向系統(tǒng)輸出感性無功，此時(shí)電樞反應(yīng)是去磁性質(zhì)，要維持機(jī)端電壓不變，需增加勵(lì)磁電流。因此無功調(diào)節(jié)必須依靠勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)。保持原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變(即不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的汽門、油門或水門)，原動(dòng)機(jī)輸入功率不變，則發(fā)電機(jī)輸出有功亦不變。并列運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)2/1/202388輸出有功功率為零，功角為零。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電勢(shì)等于端電壓，電樞電流為零，且不存在電樞電勢(shì)，勵(lì)磁繞組的主磁勢(shì)與合成磁勢(shì)相等，此時(shí)稱發(fā)電機(jī)正常勵(lì)磁。假設(shè)：不考慮電樞電阻，電網(wǎng)電壓為常數(shù)。發(fā)電機(jī)未帶有功時(shí)無功的調(diào)節(jié)2/1/202389勵(lì)磁電流If↑發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一滯后電流，此電流產(chǎn)生去磁電樞磁勢(shì)，以保證端電壓不變。Ff↑，E0↑，發(fā)電機(jī)端電壓仍為電網(wǎng)電壓。結(jié)論：發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功功率，且勵(lì)磁電流

If越大，I越大，無功功率也越大。發(fā)電機(jī)未帶有功時(shí)無功的調(diào)節(jié)2/1/202390勵(lì)磁電流If↓Ff

減小，E0減小，發(fā)電機(jī)端電壓仍為電網(wǎng)電壓。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一超前純電容性電流，此電流產(chǎn)生助磁電樞磁勢(shì)，以保證端電壓不變。結(jié)論：發(fā)電機(jī)發(fā)出容性無功功率，且勵(lì)磁電流

If越小，I越大，無功功率也越大。發(fā)電機(jī)未帶有功時(shí)無功的調(diào)節(jié)2/1/202391圖17-15無功輸出為零不同勵(lì)磁時(shí)的相量圖

發(fā)電機(jī)未帶有功時(shí)無功的調(diào)節(jié)2/1/202392發(fā)電機(jī)供恒定有功功率調(diào)節(jié)無功時(shí)，不改變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸入，有功保持不變。即：在改變無功時(shí)，電樞電流的終點(diǎn)必在BB’上，而勵(lì)磁電勢(shì)的終點(diǎn)必在AA’上。BAA’B’δ2/1/202393BAA’B’①正常勵(lì)磁電流If0。規(guī)定：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸入不變有功，輸出電樞電流，當(dāng)時(shí)的勵(lì)磁電流定義為正常勵(lì)磁電流，此時(shí)與同相。②若If，則E0↑，設(shè)E0↑至E02,滯后于，過勵(lì)狀態(tài)：電樞除有功分量外，還向電網(wǎng)輸出感性無功。發(fā)電機(jī)供恒定有功功率2/1/202394BAA’B’③若If↓<If0，欠勵(lì):E0至E03

，超前于，發(fā)電機(jī)吸收感性無功（發(fā)出容性無功）。發(fā)電機(jī)供恒定有功功率2/1/202395P2=常數(shù)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)的相量圖

發(fā)電機(jī)供恒定有功功率2/1/202396發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，如果發(fā)電機(jī)的輸入有功功率不變，只調(diào)節(jié)勵(lì)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(zhì)。過勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功功率。欠勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出容性無功功率。結(jié)論2/1/202397定義：并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表示電樞電流I和勵(lì)磁電流If

的關(guān)系曲線I=f（If）。同步發(fā)電機(jī)的V形曲線2/1/202398同步發(fā)電機(jī)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(lì)磁對(duì)應(yīng)于空載，I=0,當(dāng)If↑時(shí)I↑，發(fā)出感性無功，過勵(lì);If↓時(shí)I↑，發(fā)出容性無功，欠勵(lì)；③Pem↑，U形曲線上抬，Pem2>Pem1>Pem0

；IIf0欠勵(lì)過勵(lì)正常勵(lì)磁領(lǐng)先滯后cos=1不穩(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)電機(jī)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(lì)磁電流，才能保證cos=1,即當(dāng)Pem↑，正常勵(lì)磁電流增加；IIf0欠勵(lì)過勵(lì)正常勵(lì)磁領(lǐng)先滯后cos=1不穩(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)電機(jī)的V形曲線2/1/2023101⑤cos=1的左邊屬欠勵(lì)區(qū)，電機(jī)發(fā)出容性無功，cos=1的右邊屬過勵(lì)區(qū)，電機(jī)發(fā)出感性無功；⑥隨If↓，↑，當(dāng)If過小，

=900，電機(jī)將失去穩(wěn)定。IIf0欠勵(lì)過勵(lì)正常勵(lì)磁領(lǐng)先滯后cos=1不穩(wěn)定區(qū)Pem2Pem1Pem0同步發(fā)電機(jī)的V形曲線2/1/2023102V形曲線的幾個(gè)特點(diǎn)有功功率越大，U形曲線越高;每條曲線的最低點(diǎn)，cosφ=1，定子電流最小，不管勵(lì)磁電流增加或減小，定子電流都將增大;勵(lì)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(diǎn)連接線，為cosφ=1的線，該連線向右傾斜;

因?yàn)殡S著有功功率的增加，IxS

也增加需相應(yīng)增加勵(lì)磁電流，以維持cosφ=1。2/1/2023103V形曲線的幾個(gè)特點(diǎn)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(lì)磁電流增大時(shí)，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(jī)并網(wǎng)后正常運(yùn)行分析

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，向電網(wǎng)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(wǎng)頻率，無功不平衡影響電網(wǎng)電壓。系統(tǒng)要穩(wěn)定運(yùn)行，必須隨時(shí)保持系統(tǒng)有功、無功的平衡；并網(wǎng)發(fā)電機(jī)根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整有功和無功輸出，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)控制發(fā)電機(jī)的有功和無功、電壓和電流及勵(lì)磁電流等參數(shù)處于允許運(yùn)行的限度范圍內(nèi)。2/1/2023105發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與有功輸出的關(guān)系有功調(diào)節(jié)依靠原動(dòng)機(jī)輸入功率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，若勵(lì)磁不變，只開大汽門（或水門），即原動(dòng)機(jī)出力↑，轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械轉(zhuǎn)矩↑，輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1大于電磁轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)子升速，功角δ↑，電磁功率↑，發(fā)電機(jī)輸出功率↑。新條件下保持,得到新的平衡，這時(shí)定子電流和無功都將改變。2/1/2023106調(diào)節(jié)有功功率對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的影響調(diào)原動(dòng)機(jī)輸入功率對(duì)無功的影響以隱極機(jī)為例PemδQ02/1/2023107Pemδδ1δ2Q120①②③④①Pem=0，

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

<900；④當(dāng)Pem↑，E0cos<U；Q<0，可見，Pem↑，Q↓，甚至由感性至容性。調(diào)節(jié)有功功率對(duì)無功的影響2/1/2023108設(shè)If不變，則E0不變。①Pem=0，=0,,滯后90°1調(diào)節(jié)有功功率對(duì)發(fā)電機(jī)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(diào)節(jié)有功功率對(duì)發(fā)電機(jī)定子電流的影響2/1/2023110發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與有功輸出的關(guān)系2/1/2023111若只開大汽門（或水門），不調(diào)勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功由感性到容性，稱為欠勵(lì)磁狀態(tài)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送有功，同時(shí)又向電網(wǎng)吸收無功。發(fā)電機(jī)一般不允許欠勵(lì)運(yùn)行，這時(shí)應(yīng)增加勵(lì)磁，使定子電流大小和相位變化，發(fā)電機(jī)從欠勵(lì)過渡到正常勵(lì)磁。繼續(xù)增大勵(lì)磁，定子電流增大，發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功，運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)。發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與有功輸出的關(guān)系2/1/2023112一般發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)，即向電網(wǎng)輸送有功的同時(shí)，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(jī)每發(fā)出l00kW有功，同時(shí)發(fā)出700-750kVar無功。以保證系統(tǒng)對(duì)有功、無功的需求。在運(yùn)行期，電站可按調(diào)度要求或?qū)嶋H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(jī)要注意定子電流不得超過允許值，同時(shí)為了運(yùn)行穩(wěn)定性，功率因數(shù)一般不得超過0.95(滯后)。發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與有功輸出的關(guān)系2/1/2023113發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與工作電壓的關(guān)系

發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端電壓波動(dòng)。假定原動(dòng)機(jī)輸入到發(fā)電機(jī)軸上的功率不變，則發(fā)電機(jī)輸出有功不變，同時(shí)勵(lì)磁電流無改變，勵(lì)磁電勢(shì)E0不變。2/1/2023114CD正比于有功輸出，DC不變，則發(fā)電機(jī)有功輸出不變，勵(lì)磁電勢(shì)E0不變，端電壓U改為U，端電壓U的端點(diǎn)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(yīng)的無功輸出也必然發(fā)生變化。電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，允許電壓波動(dòng)，比如5%。發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)與工作電壓的關(guān)系

2/1/2023115電機(jī)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(huì)因繞組銅耗增大而引起電機(jī)溫升增加；電壓增大5%，鐵心磁密↑，漏磁↑，轉(zhuǎn)子鐵心表面產(chǎn)生附加損耗↑，轉(zhuǎn)子過熱，同時(shí)定子鐵心溫升↑，電機(jī)溫升