1、同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行 本章概述：?jiǎn)螜C(jī)供電的缺點(diǎn)： 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）; 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)來改通過并聯(lián)可將幾臺(tái)電機(jī)或幾個(gè)電站并成一個(gè)電網(wǎng)。 現(xiàn)代發(fā)電廠中都是 把幾臺(tái)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來接在共同的匯流排上， 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)強(qiáng)大的電力系統(tǒng) （電網(wǎng)）。并網(wǎng)運(yùn)行（Parallel Operation猶點(diǎn)： 提高了供電的可靠性，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。 提高了供電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。 提高了供電質(zhì)量，同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)后，它的運(yùn)行情況要受到 電網(wǎng)的制約，也就是說它的電壓

2、、頻率要和電網(wǎng)一致而不能單獨(dú)變化。17-1并聯(lián)條件及其方法一、并網(wǎng)條件把同步發(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。在并車時(shí)必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機(jī)受到損壞、 電網(wǎng)遭受干擾。并網(wǎng)條件： 電壓有效值應(yīng)相等即U=U1; 頻率和相位應(yīng)相等f=f1、j =j1； 雙方應(yīng)有一致的相序。若以上條件中的任何一個(gè)不滿足則在開關(guān) K的兩端，會(huì)出現(xiàn)差額電壓, 如果閉合K,在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)組成的回路中必然會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。 上述條件中，除相序一致是絕對(duì)條件外，其它條件都是相對(duì)的，因?yàn)?通常電機(jī)可以承受一些小的沖擊電流。二、并聯(lián)方法并車的準(zhǔn)備工作是檢查并車條件和確定合閘時(shí)刻。

3、通常用電壓表測(cè)量電網(wǎng)電壓，并調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=U1再借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和以確定合閘時(shí)刻同步指示器法（1）燈光明暗法（看動(dòng)畫）將三只燈泡直接跨接于電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相之間Pl1億3三相同步發(fā)電機(jī)整步（町燈光明暗法并車方法為： 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)的端電壓等于電網(wǎng)電壓； 電壓調(diào)整好后，如果相序一致，燈光應(yīng)表現(xiàn)為明暗交替，如果燈光不是明暗交替，則說明相序不一致，這時(shí)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； 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變其頻率，直到燈光明暗交替十分緩慢時(shí),說明和電網(wǎng)頻率已十分接近，等待燈光完全變暗的瞬間到來，即可合 閘并車(

4、2) 燈光旋轉(zhuǎn)法(看動(dòng)畫)燈1跨接于A1B,燈2跨接于B1A,燈3跨接于C1G17-3三相同步發(fā)電機(jī)整步(b)燈光旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)法并車方法為: 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使得發(fā)電機(jī)的端電壓等于電網(wǎng)電 壓； 電壓調(diào)整好后，如果相序一致，則燈光旋轉(zhuǎn)，否則說明相序不一致， 這時(shí)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; 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變其頻率， 直到燈光旋轉(zhuǎn)十分緩慢時(shí)，說 明與電網(wǎng)頻率已十分接近，這時(shí)等待燈3完全熄滅的瞬間到來，即可 合閘并車 燈光法又稱為理想整步法。由于它對(duì)并車條件逐一檢查和調(diào)整，所以 費(fèi)時(shí)較多。(3) 自整步法：在相序一致的情況下將勵(lì)磁繞組通過適當(dāng)?shù)碾娮瓒?/p>

5、接；用原動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速(相差25%);在沒有接通勵(lì)磁電流的情況下將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)；再接通勵(lì)磁并調(diào)節(jié)勵(lì)磁強(qiáng)弱，依靠定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的電磁轉(zhuǎn) 矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程即告結(jié)束。需要注意的是，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。自同步法的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單，方便快捷；缺點(diǎn)是： 合閘時(shí)有沖擊電流。功角特性及有功功率調(diào)節(jié)一、功率流程和功率平衡P1為自原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率，其中一部分提供機(jī)械損 耗，另一部分供給定子鐵心損耗 pFe,PM為通過電磁感應(yīng)作用由轉(zhuǎn)子邊傳遞到定子邊的電功率，稱

6、為電磁功率。如果是負(fù)載運(yùn)行，定子繞 組中還存在定子銅耗pCul, P2= PM pCul就是發(fā)電機(jī)的輸出功率 同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為P1 = PM+pFe+pmPM= P2+pCu1定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計(jì)，則有PM= P2= mUlcosj 二mUlcos(y-d)二、功角特性定義：PM=f(d)(1) 凸極電機(jī)=mil打 cos #5+mUla sin 屮sin3=mUI cos 6 + mUId sin/由相量圖知:=U sin 5 n 打I兒二Eq_U cos J Id =-U cos(V將以上兩式代入電磁功率式 后得:X,PM=mU*gUEu1-msin/ +

7、 /M X.2主電磁功率與附加電磁功率令(dPM/dd)=0可以求出對(duì)應(yīng)于最大電磁功率 PMmax的功角dm,一般來說凸極電機(jī)的dm在45o 90o之間9)ffl 17-9同步電機(jī)的功角特性 (町隱極電機(jī) (b)凸極電機(jī)(2) 隱極電機(jī)Xd=Xq=XsUE瓦-sin S(3) 過載能力 最大功率與額定功率的比值定義為同步發(fā)電機(jī)的過載能力。KM=PMmax/PN對(duì)隱極電機(jī)來說KM=PMmax/PN=1/sindN三、有功功率的調(diào)節(jié) 穩(wěn)態(tài)時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)的頻率決定，恒等于同步轉(zhuǎn)速，電 磁轉(zhuǎn)矩TM和電磁功率PM之間成正比關(guān)系：TM=PM/W1原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩T1與電磁轉(zhuǎn)矩TM以及空載阻

8、力轉(zhuǎn)矩TO相平衡T1=TM+TO要改變發(fā)電機(jī)輸送給電網(wǎng)的有功功率 PM,就必須改變?cè)瓌?dòng)機(jī)提供的 動(dòng)力轉(zhuǎn)矩T1，這一改變可以通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)的進(jìn)水量即水門或汽輪 機(jī)的汽門來達(dá)到。當(dāng) d 處于 O-dm 范圍時(shí)，隨著 d 的增大， PM 亦增大，發(fā)電機(jī)在這一 區(qū)間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。而當(dāng)d >dm時(shí)，隨著d的增大，PM反而減小， 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， 發(fā)電 機(jī)將失去同步，故在這一區(qū)間發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。重要結(jié)論： 在增加有功功率的同時(shí)也伴隨著無功功率的減少。 解釋如 下： 無功功率的功角特性 Q = f(d)以隱極電機(jī)為例，畫出相量圖并作輔助線，由相量圖知： E

9、0 cos d - U = I Xs sin jQ = m U I sin jQ =( m U E0 cos d - m U2) / Xs同步發(fā)電機(jī)失去同步后 ,必須立即減小原動(dòng)機(jī)輸入的機(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。另外，失步后， 發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率不一致， 定子繞組中將出現(xiàn)一個(gè)很大的電流 而燒壞定子繞組。因此，保持同步是十分重要的。綜上所述：并聯(lián)于電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率可以通過調(diào)節(jié)原動(dòng) 機(jī)輸入的機(jī)械功率來改變的。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是PMmax。當(dāng)0<d<dm時(shí)發(fā)電機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行；d>dm發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定 運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)注意

10、，當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流If不變時(shí)，d的變化也將無功功率的 變化。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)， 這是應(yīng)當(dāng)避免的。 因此如果只要求改變發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有 功功率。四、功角的物理意義y為內(nèi)功率因數(shù)角，d=y-j定義為功角。它表示發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì) E0和端電壓U之間相角差。功角 d 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。功角 d 的空間含義忽略定子漏磁電勢(shì)，認(rèn)為 A E0+E, E0對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢(shì)Ff, Ea對(duì)應(yīng)于電樞磁勢(shì)Fa,可近似認(rèn)為端電壓U由合成磁勢(shì)F=Ff+Ea所感應(yīng)。Ff 和Ea之間的空間相角差即為 E0和U之間的時(shí)間相角差d。1. 從相量圖

11、上看，功角d在時(shí)間上表示勵(lì)磁電勢(shì) E0和端電壓U之間 的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng) F軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)Ff軸線之間 的夾角。2. 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，轉(zhuǎn)子磁極軸線總是超前合成磁場(chǎng)軸線；磁力線是斜 著通過空氣隙，磁拉力的結(jié)果是在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3. 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，定子合成磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)不會(huì)改變，永遠(yuǎn)是以同 步速旋轉(zhuǎn)的如何增加功率，就是增大原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力因素。4同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍分析情況 d的范圍。有功功率的同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)一、無功功率的調(diào)節(jié)負(fù)載類型，多數(shù)負(fù)載除了消耗有功功率外，還要消耗電感性無功功率， 如異步電機(jī)/變壓器/電抗器等。電網(wǎng)除了供應(yīng)有功功

12、率外，還要供應(yīng) 大量滯后性的無功功率。電網(wǎng)所供給的全部無功功率一般由并網(wǎng)的所有發(fā)電機(jī)分擔(dān) 本節(jié)將討論發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的無功功率的調(diào)節(jié)方法。分析過程中，認(rèn)為發(fā)電機(jī)的電壓和頻率將維持常數(shù)。如果保持原動(dòng)機(jī)的拖動(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），那么發(fā)電機(jī)輸出的有功功率亦將保持不變。P2二mUlacosj = mUEOsi nd /Xs 數(shù)lacosj =常數(shù)EOsi nd =常數(shù)在有功功率不變時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則空載電勢(shì)也隨之變化隱極發(fā)電機(jī)的電勢(shì)相量圖中，la和E0的矢端必須落在直線AB和CD 如果在某一勵(lì)磁電流IfO時(shí)，la正好與平行，此時(shí)無功功率為0,發(fā)電機(jī)輸出的全部是有功功率，我們說發(fā)電機(jī)處于正常勵(lì)磁狀態(tài)。 如果增加勵(lì)磁電流到If1，則E0的矢端沿直線AB右移到E01, la 的矢端將沿直線CD下移至lai, Ia1滯后于U,我們說發(fā)電機(jī)處于過 勵(lì)狀態(tài)，輸出功率中除了有功功率外，還有滯后性的無功功率； 如將勵(lì)磁電流減少到If2，則E0的矢端沿BA左移到E02, la的矢端 將沿DC上移到Ia2，Ia2超前于U,我們說發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，發(fā) 電機(jī)輸出功率中除了有功功率外，還有超前性的無功功率。二、V形曲線通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)無功功率。勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的電樞電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。