同步发电机的并联运行.ppt

第十三章同步发电机在大容量电网上运行,同步发电机的并联运行发电机的整步同步发电机的功角特性隐极机、凸极机有功功率的调节、稳定概念无功功率的调节、V形曲线了解：同步电动机、同步补偿机,主要内容,13-1 同步发电机的并联运行,单机供电的缺点：不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电)，无法实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。,同步发电机并联运行的意义,减少发电厂的储备容量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。提高发电厂运行的经济性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。可提高电厂建设的效益 发电厂可以随工农业用电量的逐年发展，逐步增加发电机的台数。提高供用电的质量和可靠性 由许多发电厂组成的电力系统，容量大，负荷变化对系统的电压和频率的影响小，即U、f可以认为是常数。,一、并联运行的基本条件,必须与电网有相同的电压：电压大小、相序、相角相同；必须与电网有相同的额定频率。,若在不满足并联运行条件时，直接并联，则：发电机绕组有环流，引起发电机功率振荡，运行损耗增加，运行不稳定。,二、并联运行的方法,(并列、并车)整步 将发电机并联至电网的调节和操作过程。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。(即并车前必须检验条件是否满足),1、准确整步法,实际并车前，一般按以下顺序进行检验：1.相同的电压大小；2.相同的相序；3.相等或接近的频率；4.相同的电压相位。,使发电机调整到完全合乎并联条件，然后再并车，叫准确整步法。,准确整步法优点：投入电网瞬间，发电机和电网没有冲击。缺点：整步手续比较复杂。,并车的准备工作,1.检查并车条件通常用电压表测量电网电压U1，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。2.确定合闸时刻借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。,同步指示器,并车方法：通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等；电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替(因频率不完全相等)。如果灯光不是明暗交替，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，直到灯光明暗交替十分缓慢时(说明频率已十分接近)，等待灯光完全变暗的瞬间(说明相位相同)，即可合闸并车。,(又称灯光熄灭法),直接接法：A-A1、B-B1、C-C1,同步指示器,并车方法：通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等；电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，如灯光同步则说明相序不一致；(f不等)通过调节发电机的转速改变 频率，直到灯光旋转十分缓慢时(说明 频率十分接近)，这时等待灯 3 完全熄灭(即相位相同)，即可合闸并车。,交叉接法：C-C1、B-A1、A-B1,2、自整步法,检验：相序一致将励磁绕组通过电阻短接。(约为励磁电阻的10倍)拖动到接近同步速(相差25)，在无励磁电流的情况下，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电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。,适用于事故状态下的快速并车。,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的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。,优点：操作简单，方便快捷；缺点：合闸时有冲击电流。,13-2 隐极同步发电机的功角特性,功率流程图,(pcu2),电磁功率PM与励磁系统的情况有关：如是同轴励磁机，则P1中应扣除输入励磁机的全部功率；如是单独的励磁机组，则励磁损耗Pcu2与P1无关，由励磁机组供给。,等效电路,相量图,功角内功率因数角功率因数角,一、功率表示式,易知：,若略去电枢电阻ra，则,由右图的相量图知,则,功角的时空概念,在时间上：端电压（U与E相位基本相同）和空载电势之间的相位差；在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。稳定运行时，Ff和F 之间无相对运动，d固定。,(),二、隐极机的功角特性,发电机运行,考虑电枢电阻后的功角特性,电枢电阻的存在，使最大功率减小。使最大功率在小于90时出现。,三、隐极机的转矩特性,转矩特性与功角特性形状相同,过载能力kM：最大功率与额定功率之比,减小xs，可减小N，即有较大短路比，则电机过载能力大。,例题13-1(P257),思考题13-1，2作业 13-1,13-3 凸极机的功角特性,相量图,一、功率表达式,因,故,发电机,电动机,二、功角特性,附加电磁功率原因：由于直轴和交轴位置的磁阻不一样引起，故又称磁阻功率。与励磁(E0)无关。,基本电磁功率,由同步机的功角特性知，功角是同步电机的重要变量：1、功角的大小决定同步机电磁功率的大小；2、功角正、负决定着同步机的运行方式。,设转子磁场超前合成磁场，为正；转子磁场滞后合成磁场，为负。则易知：为“”，发电机运行方式；为“”，电动机运行方式。,例13-2(P260),注意：对应最大功率的功角,13-4 同步发电机有功功率调节,空载时，P1=P0，PM=0，处于平衡状态 若增加输入功率P1，PMP1-P0，TMT1-T0，则转子加速；另一方面，由于发电机连接的无穷大电网的电压、频率不变，即发电机内的合成磁场的大小和转速不变。这样，磁场出现位移角(或功角)，发电机便输出有功功率。在未达平衡前，将一直增大。(因转子在加速)当增大到某一值，使PM足以产生新的平衡PM=P1-P0。这时，转子加速趋势停止，发电机达新的平衡。,一、有功功率调节,；P0空载损耗,由上分析知，发电机内部自动改变位移角，相应改变电磁功率和输出功率，达到新的功率平衡。,电机的极限功率,P=PM=P1-P0,若连续不断地增加P1，直到使PM达到PM=PMmax。若再增加P1，则继续增加，但PM却减小。这样就无法达到功率平衡，P1 PM+P0，发电机就无法稳定运行。,故隐极发电机稳定运行范围是：090；不稳定运行范围是：90180。,同理，隐极电动机稳定运行范围是：-900；不稳定运行范围是：-180-90。,二、静态稳定,(小)扰动比如：发电机输入功率的微动静态稳定小扰动消除后继续保持原来的平衡运行状态,结论：处于功角特性的曲线上升部分的工作点，是静态稳定的，即,故a点静态稳定。,同理可知，d点静态不稳定。,定义：比整步功率,空载时，=0，Pss最大，最稳定=/2，Pss=0，将进入不稳定状态/2，Pss0，失去稳定,s,三、动态稳定,(大)扰动突然遇到负载变化、短路、失磁、电压突变等非正常运行时，发电机能否保持同步运行，称为动态稳定问题。,原正常工作(曲线1)，运行在a点曲线2：电网电压因事故明显降低曲线3：电压降低很大,以电压突变为例：,分析：比较下列情况电机的稳定性,短路比大小：短路比 大，则同步电抗 小，Pmax大，一定P时，角 较小，稳定性好。过激与欠激：有功一定时，过激时E0大，角小，稳定性好。轻载与满载：激磁相同时，PMmax相同，轻载时角小，稳定性好。直接接电网或通过电抗接电网：通过外电抗接电网，则最大输出功率由电抗分配，较直接接电网时小，一定P时，角较大，稳定性差。,13-5 无功功率的调节和V形曲线,不计电枢电阻时隐极电机的无功功率,隐极机的无功功率功角特性,设功率为PT，运行于a点，功角a,假设原动机有功功率不变，减小励磁电流，则E0减小 功角特性幅值降低，运行点变为b点，功角为b，相应无功变为Qb，即减小了无功输出。（静态稳定度降低）,有功不变时的无功调节,当调节励磁时，E0发生变化，使定子电流I和功率因数同时变化。,无功功率调节特性,当发电机与无穷大电网并联时，调节激磁电流的大小，就可以改变发电机输出的无功功率，不仅能改变无功功率的大小，而且能改变无功功率的性质。当过激时，电枢电流是滞后电流，发电机输出感性无功功率。当欠激时，发电机输出容性无功功率，电枢电流是超前电流。,V形曲线,在有功功率保持不变时，表示电枢电流和激磁电流之间关系的曲线If(If)，称为V形曲线。对应于不同的有功功率，有不同的V形曲线。当输出的功率值愈大时，曲线愈向上移。,cos=0.8超前,cos=0.8滞后,过激,欠激,结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少激磁，进一步减小激磁将使发电机失去稳定。,例题13-3(P266),注意：当电网电压不变时，若：(1)只改变原动机有功输入，则可调节有功功率输出，但同时无功功率也会随之改变(由有功、无功功角特性可知)。故若只要求改变有功功率，则在调节原动机有功输入的同时，应适当改变激磁；(2)若只改变激磁电流的大小，则只有无功输出会发生变化，有功功率输出不会改变(这时，E0、会同时发生变化)。,思考题,发电机的定子电流的功率因数的确定1.单独给对称负载供电时，由负载阻抗决定2.与大电网并联时，负载由电网供给，发电机担负的有功由其原动机的功率大小决定；担负的无功功率决定于发电机的励磁电流，过激时功率因数滞后，欠激时超前。,13-6 同步电动机,由前面的电枢反应分析知，同步电动机运行时：90o 270o,同步电动机的优点：通过调节励磁，可以改变电动机无功功率的大小和性质。把过激的同步电动机接到电网上，可以改善电网的功率因数。,同步电动机的起动,起动时，转子磁场转速为0，定子磁场转速为同步速。则必然一段时间，转子磁场超前定子磁场；另一段时间，转子磁场滞后定子磁场。即转子将受到一个方向交变的电磁转矩，其平均转矩为0。,同步电动机本身无起动转矩，不能自己起动,异步起动法,产生异步转矩：在转子上装阻尼绕组类似异步机。起动的过程：1.短接激磁绕组：经过电阻（约激磁电阻10倍。目的：为了防止半同步胶住）短接。2.异步起动至接近于同步速度定子绕组接通电源，起动绕组产生异步转矩而起动。转速能达到同步转速的95左右。(可以全压或者降压起动)3.牵入同步接通直流激磁电源，在转子上产生转差频率的交变转矩。转子磁场与定子磁场间的相互吸引力使转子跟随定子旋转磁场以同步转速旋转，即牵入同步。起动过程结束后，调节激磁电流，使同步电动机的定子电流有正常数值和合适的功率因数。,辅助电动机起动法,选用极对数和同步电动机相同的异步电动机(容量为主机的515%)作为辅助电动机。1.用辅助电动机将主机拖到接近于同步转速；2.用自整步法将其投入电网，切断辅助电动机电源。,变频起动法,起动时，励磁绕组加励磁。定子绕组施加变频电源，频率很低(磁场转速很慢)，定转子磁场间能产生一定的同步转矩，转子可以起动；逐步增加电源频率直到额定频率，转子的转速将随着定子旋转磁场转速的上升而同步上升。,同步补偿机专门用来供给无功功率,实质上是空载运行的电动机：不吸收有功功率，过激时，对电网供给感性无功功率。运行状况：电磁功率接近零，且在零功率因数特殊应用：在电网基本空载，由于长输电线电容影响，使受电端电压偏高时，可将同步补偿机在欠激下运行，以保持电网电压的稳定。,同步电机不同运行情况小结,思考题,同步电机的内功率与电磁功率有何关系？磁阻转矩应可看同步转矩还是异步转矩？,作业,13-213-313-413-6,