同步发电机的并联运行

第第16章章 同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行 16.1 投入并联运行的条件和方法 16.1.1 投入并联的条件 为了避免发电机投入电网时，在电网与发电机所组成的回路内产生冲击电流和由此使转轴受 到冲击扭矩，必须保证发电机相电动势与电网相电压在任何瞬时都相等，这是投入并联的理想条件。此条件对发电机和电网 来说包含以下内容：相序相同；频率相等；电压的大小相同；电压的相位相同；电压波形相同。不满足任一条，都会造成瞬时值不等而出现环流。其中相序相同必须严格遵守，否则一相满足其余四条时，另两相则存在很大相位差，必然引起巨大环流。波形不同会出现高次谐波环流，增加损耗。一般说来，相序和波形可由设计制造及安装自动满足，并联时主要检查频率及电压的大小和相位。16.1.2 投入并联的方法（1）准确同步法（2）自同步法图16-1 同步指示灯交叉接法线路图图16-2 旋转灯光法的分析 16.2 同步发电机的功率和转矩方程式 同步发电机在对称负载下稳定运行时，由原动机输入的机械功率P1，除去发电机的机械损耗pmec、铁耗pFe和附加损耗pad后，转化为电磁功率Pem，即 Pem是通过气隙合成磁场由转子方传到定子方的功率，再扣除定子绕组的铜耗pCu1=3I2Ra后，才是输出的电功率P2，即(16-1)或 式中m为定子相数，为功率因数角，为内功率因数角（与 间的相位角）。由式（16-1）各项除以可得转矩平衡方程式，即(16-2)(16-3)（16-4）式中 T0=Tmec+TFe+Tad称为空载损耗转矩。16.3 同步发电机的稳态功角特性 由于电枢绕组电阻远小于同步电抗，可忽略不计，Ra=0，于是电磁功率就等于输出功率，即（16-5）图16-3 同步电机的功率角和电磁转矩 由图16-3(a)可知Ix=UsinIdxd=E0-Ucos 或 将式（16-6）代入式（16-5），得 式中 称为基本电磁功率，称为附加电磁功率。主要由交、直轴磁路磁阻不（16-6）（16-7）等引起的，它与E0无关，故又称为磁阻功率。对于隐极同步电机，xd=x=x t,，其电磁功率只有基本电磁功率，即 由于同步发电机总是运行在同步转速下，具有不变的角速度1，因此电磁转矩Tem为（16-8）图16-4 同步发电机的功角特性（a）隐极电机（b）凸极电机 式中 。对于隐极电机，后面一项为零。16.4 同步发电机与大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定 16.4.1 有功功率的调节（16-9）图16-5 与大电网并联时同步发电机有功功率的调节 16.4.2 静态稳定图16-6 和大电网并联时同步发电机的静态稳定 在稳定运行区内，Pem与同时增减，因此静态稳定的判据可写成 在实际运行中，为了供电的可靠性，发电机的极限功率应比额定功率大一定的倍数，二者之比称为静态过载能力kM，即(16-10)(16-11)一般要求kM1.7。16.5 无功功率的调节和V形曲线 同步发电机输出的无功功率为 由隐极电机的相量图图16-7（a）可见(16-12)(16-13)或 将式（16-13）代入式（16-12）得 由于Ra0，故P2Pem=常数，且 而m,U,xt均为定值，所以(16-14)(16-15)(16-16)图16-7 U及P2为常数不同If时同步发电机的相量图图16-8 同步发电机的V形曲线*16.6 同步发电机的振荡和动态稳定的概念 16.6.1 同步发电机的振荡图16-11 由同步电机功角特性说明振荡现象图16-12 同步电机负载突然变化时，角和转子电角速度的振动情况 16.6.2 动态稳定的概念图16-13 输电系统图G发电机 T1、T2变压器 L输电线图16-14 切除一条支路后发电机的功角和相对速度的振荡图16-15 发电机失去同 步的过程