电机学第18章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,东北电力大学,第,18,章 同步发电机的并联运行,18-1,并联投入的条件和方法,18-2,同步发电机与大电网并联的功角特性,18-3,同步发电机与大电网并联的有功调节,18-3,同步发电机与大电网并联的无功调节,第18章 同步发电机的并联运行 18-1 并联投入的条件,18-1,并联投入的条件和方法,无限大电网的概念：,现代电力系统（电网）通常总是由许多发电厂并联组成，每个电厂内又有多台发电机在一起并联运行。,并联运行：,把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并联运行。,提高供电的质量；,并联运行的优点：,提高供电的可靠性；,提高供电的经济性。,研究同步发电机与电网并联运行问题，不仅具有理论意义，而且还有很大的实际意义。,18-1 并联投入的条件和方法 无限大电网的概念：现代电,一、同步发电机投入并联的条件和方法,同步发电机投入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并联的发电机应当满足：,1.,投入并联的条件,（,1,）,发电机的相序应与电网一致；,（,2,）,发电机的频率应与电网相同；,（,3,）,发电机的激磁电动势应与电网电压大小相同，相位 相同，,一、同步发电机投入并联的条件和方法 同步发电机,分析：,1,）相序不同；,2,）频率不同；,3,）电压不同。,第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。,图,18-1,并连接线图和向量图,分析：1）相序不同；2）频率不同；3）电压不同。第一个条件必,如何才能达到这些条件？,关于相序问题：,一般大型同步发电机的转向和相序在出厂以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机，可以利用,相序指示器,来确定。,要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转速和发电机的励磁电流就可以达到。,关于电动势的频率和大小：,发电机的频率和励磁电动势为：,f,pn1,/60,和,E,0,4.44,fN,1,k,N1,0,电动势的相位：,可以调节发电机的瞬时速度来调整。,如何才能达到这些条件？关于相序问题：一般大型同步发电机的转向,2.,投入并联的方法,投入并联所进行的调节和操作过程称为整步。,实用的整步方法有两种：,准确整步法,和,自然整步法,准确整步法：,把发电机调整到完全合乎投入并联的条件，然后投入电网。,判断是否满足投入并联的条件方法,采用同步指示器,最简单的同步指示器由三个指示灯组成，可以有两种接法：,直接接法,和,交叉接法。,2.投入并联的方法投入并联所进行的调节和操作过程称为整步。,直接法,是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的对应相之间，即接在,之间。,（,1,）直接接法,图,18-2,灯光明灭的直接连接法,直接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。,频率：,调节发电机的转速，到三个灯的亮度不再闪烁或闪烁频率很低时，就表示,f,f,。,电压的大小：,调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。,电压的相位：,灯灭且,U,AA,=0,时即可合闸投入并联。,条件检查,相序：,灯光同时明暗，说明相序正确。,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压,(2),交叉接法,交叉接法,是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的,之间。,图,18-3,灯光旋转的交叉连接法,(2)交叉接法交叉接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。,频率：,调节发电机的转速，到灯光旋转速度很低时，就表示,f,f,。,电压的大小：,调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。,电压的相位：,A,相,灯灭且,BC,相等亮度相同时，即可合闸投入并联。,条件检查,相序：,灯光旋转，说明相序正确。,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压,1,号灯灭,2,号灯灭,3,号灯灭,若,f,f,若,f,f,1,号灯灭,3,号灯灭,2,号灯灭,图,18-4,灯光旋转的说明,1号灯灭,自整步法,准确整步法的优点是,投入瞬间电网和电机没有（或很少）,冲击；缺点是整步手续比较复杂，时间长，不能满足快速并网要求。,校验发电机的相序；,励磁绕组经限流电阻短路；,发电机的转速接近同步速；,并网；,加励磁电流。,图,18-5,自整步法,自整步法准确整步法的优点是投入瞬间电网和电机没有（或很少）,一、功率方程,I,f,B,0,p,Fe,铁心损耗,（转子铁心中磁场恒定，无铁耗）,P,1,-,p,mec,-,p,Fe,=,P,em,n,1,励磁损耗由另外的直流电源供给,P,em,-,p,cua,=,P,2,同步发电机的功率方程：,18-2,同步发电机与大电网并联运行的功角特性,机械能,损耗,电能,图,18-6,功率流程图,一、功率方程 I f B0 pFe 铁心损耗,二,、,转矩方程,P,1,(,p,mec,+,p,Fe,)=,P,em,T,1,T,0,=,T,em,两边同时除以同步角速度,1,=2,n,1,/60,二、转矩方程 P1(pmec+pFe)=PemT1,三、电磁功率,P,em,p,cua,=,P,2,P,em,=,P,2,+,p,cua,=,mI(U,cos,+,I r,a,),=,m I,E,Q,cos,0,=,m,U I,cos,+,mI,2,r,a,=,m I E,cos,=,mE,Q,I,q,图,18-7,电势向量图,三、电磁功率 Pempcua=P2 Pem=P2+,隐极同步发电机中,因为：,E,Q,=,E,0,P,em,=,m I E,cos,=,m I,E,Q,cos,0,=,mE,Q,I,q,=,mE,0,I,q,要进行能量转换，电枢电流中必须有有功分量,对,E,来说，,I,cos,就是电流的有功分量,对,E,Q,来说，,I,cos,=,I,q,就是电流的有功分量,与前的分析相符，交轴电流产生交轴电枢反应，使气隙磁场轴线移位，气隙磁场与主极磁场轴线间有相位差。,隐极同步发电机中因为：EQ=E0Pem=m I E c,I,q,决定了,（功率角）的大小。,：功率角,交轴电流越大，交轴电枢反映越强,也就越大。,交轴电枢电流对产生电磁转矩和进行能量转换具有直接关系。,图,18-8,功角示意图,Iq 决定了（功率角）的大小。：功率角交轴电流越大，,四、功角特性,当,E,0,和,U,保持不变时，发电机发出的电磁功率与功率角之间的关系,P,em,f(,),称为功角特性。,设法消去,I,d,和,I,q,四、功角特性当E0和U保持不变时，发电机发出的电磁功率与功率,图,18-9,凸极机功角特性曲线,为基本电磁功率,基本电磁功率与励磁电动势成正比，与端电压成正比，与功角的正弦成正比，与直轴同步电抗成反比。,当,时，达到最大值。,图18-9 凸极机功角特性曲线为基本电磁功率基本电磁功率与励,附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当 时 才存在，它是由凸极效应（即交、直轴磁阻不相等）所引起，故亦称为,磁阻功率,。在隐极同步电机中附加电磁功率等于零。,当,时达到最大值。,称为附加电磁功率,总的电磁功率，发电机运行时，在,为,4590,之间达到最大值,P,e(max),其具体位置和数值视,P,em1(max),和,P,em2(max),的相对大小而定。,附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当,对于隐极电机，由于,X,d,X,q,X,s,，附加电磁功率为零，故,P,em,就等于基本电磁功率,对于凸极电机，电磁功率,P,em,亦可以写成,要注意，式中的,E,Q,为虚拟电动势，,E,Q,本身也是功角,的函数。,对于隐极电机，由于XdXqXs，附加电磁功率为零，故Pe,功率角的空间含意,功率角,亦可近似的看作是合成磁场滞后空载磁场的角度。,图,18-10,功角的空间含义,功率角的空间含意功率角 亦可近似的看作是合成磁场滞后空载磁,例,18-1,有一台,70000kVA,、,13.8kV,（,Y,接）、,cos,=0.85,（滞后）的三相水轮发电机直接与电网相接，已知电机参数为：,X,d,2.272,，,X,q,=1.90,电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势,(,不计磁饱和,),。,额定相电压,额定相电流,解：先按算出额定负载时的,角,例18-1有一台70000kVA、13.8kV（Y接）、,电机学第18章课件,18-3,有功功率的调节和静态稳定,1.,有功功率的调节,以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时有功功率的调节。为简化分析，略去电枢电阻和磁饱和的影响。,准确整步法并网时,，,，功率角,0,图,18-11,有功功率的调节,18-3 有功功率的调节和静态稳定1.有功功率的调节以隐极,电磁转距,T,em,0,，发电机在电网上处于空载状态；原动机的驱动转矩仅用于克服发电机的空载阻转矩。,欲使发电机输出有功功率，根据能量守恒原理，应当增加发电机的输入功率，即调节原动机，这可以由开大汽轮机的汽门（或水轮机的水门）来实现。,原动机的功率增加时，驱动转矩,T,1,也增大，发电机的转子加速，于是与转子主磁场相对应的电动势,E,0,将超前于电网电压,U,以,角。,根据功角特性，此时发电机将向电网输出一定的有功功率,P,2,。,电磁转距Tem0，发电机在电网上处于空载状态；原动机的驱动,同时转子上将受到一个制动的电磁转矩,T,em,，使驱动转矩和制动的电磁转矩重新取得平衡；转子转速仍然保持为同步转速。此时发电机已处于负载运行状态，如图中的,A,点所示。,图,18-12,隐极机功角特性曲线,同时转子上将受到一个制动的电磁转矩Tem，使驱动转矩和制动的,由此可见，要增加发电机的输出有功功率，必须增加原动机的输出功率，使功率角,增大，电磁功率和输出功率便会相应的增加；直到,90,时，电磁功率达到最大值,P,em,（,max,）,。,在电机的最大功率增大到,P,em,（,max,）,时，不能再增加输入功率。否则驱动转矩与制动转矩不能实现平衡，发电机将会失去同步。,由此可见，要增加发电机的输出有功功率，必须增加原动机的输出功,2.,静态稳定,稳态运行于某一工作点的同步发电机，当外界（电网或原动机）发生微小的扰动时，工作点发生偏移，扰动消失后，发电机能回到原先状态稳定运行，称为,同步发电机静态是稳定的；,否则是,静态不稳定的,。,正常工作于,A,点或,B,点，看发电机的稳定运行情况。,图,18-13,整步功率和静态稳定,2.静态稳定 稳态运行于某一工作点的同步发电,当,90,时，,发电机就变为不稳定。,3.,整步功率系数,功率角越接近,90,越小，,发电机静态稳定程度也越低,当90时，发电机是静态稳定的。达到静态稳定极限。当,以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时无功功率的调节。,忽略电枢电阻，原动机的输入功率保持不变。,根据功率平衡关系可知，在调节励磁前后，发电机的电磁功率和输出的有功功率均应近似的保持不变。,1.,无功功率的调节,18-4,无功功率的调节和,U,形曲线,以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并,图,18-14,不同励磁电流时的相量图,图18-14 不同励磁电流时的相量图,正常励磁,cos,=1,过励,加大励磁电流，,电枢电流将滞后于电网电压。,欠励,减小励磁电流，电枢电流将超前于电网电压。,调节励磁电流就可以调节无功功率这一现象，还可以用磁动势平衡关系来解释。,发电机与无穷大电网并联时，其端电压恒为常值，所以无论励磁如何变化，电枢绕组的合成磁通近似不变。,正常励磁 cos=1过励 加大励磁电流，电枢电流将滞,反之，减小励磁电流而变为“,欠励,”时，主磁通减少，为了维持合成磁通不变，发电机必须输出超前电流，以减小去磁性的电枢反应，甚至使电枢反应变为增磁性，以补偿主磁通。,当增加励磁电流并达到“,过励,”时，主磁通增多，为维持电枢绕组的合成