第十七章同步电机并网运行(章节讲课)课件.ppt

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1、1,第十七章 同步发电机并联运行,Parallel connecting operation of synchronous generatorOperation of synchronous generator with grid,1,章节课件,掌握同步发电机投入并联的条件和方法；掌握同步发电机并联运行的基本电磁关系、功率及转矩平衡方程式；掌握有功功率的调节、稳定概念；掌握无功功率的调节、V形曲线.,本章教学要求,2,章节课件,同步发电机的并联运行,把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车或整步。现代发电厂中都是把几台同步发电机并联起来接在共同的汇流排上如图。,一台发电机的等

2、效电路,多台发电机并联的等效电路,3,章节课件,4,一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(即电网)，如图为系统的一角。,同步发电机的并联运行,4,章节课件,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。这些缺点可以通过多机并联来改善。,5,同步发电机的并联运行,5,章节课件,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情况，确定投入并联运行的发电机台数。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，负荷变化时对系统的电

3、压和频率的影响就小。,并联运行的优点,查阅资料思考：1.哪些属于可再生能源、哪些属于清洁能源？各自特点如何？2.并联运行有什么缺点？,6,章节课件,第一节 投入并联运行的条件和方法,无穷大电网：1）S2）ZS 03）US=C 4）fS=C,前提：同步发电机与无穷大电网并联,(与变压器并联运行对照）,无穷大电网的图形表示,7,章节课件,各变压器的一次和二次额定电压相等，即各变压器变比相等；各变压器连接组别相同；各变压器的短路阻抗标幺值相等，短路阻抗角也相等。,8,回忆：变压器理想的并联条件,8,章节课件,一、并联投入的条件,下标“I”代表为电网下标“”代表发电机,同步发电机并网前情况,9,章节课

4、件,一、并联投入的条件,下标“I”代表为电网下标“”代表发电机,分三部分讨论：1.投入并联的条件 2.不满足条件的影响 3.并车的准备工作,10,章节课件,1）发电机的励磁电势应与电网电压相等即E0=U2=UI2）发电机的频率与电网频率相等f=fI,下标“I”代表为电网下标“”代表发电机,1.投入并联的条件,11,章节课件,3）并联合闸瞬间，发电机与电网的对应相的电压应同相位(瞬时值相等），亦即发电机与电网回路电势为零。,下标“I”代表为电网下标“”代表发电机,3,3,1.投入并联的条件,12,章节课件,1,1,下标“I”代表为电网下标“”代表发电机,3,3,4）相序相同,4,4,5）电压波形

5、相同,5,5,1.投入并联的条件,13,章节课件,若任何一个不满足则在开关的两端，会出现差额电压，如果闭合开关，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。发电机并网时避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网的安全运行。,2.不满足并联投入条件的影响,14,章节课件,2.不满足并联投入条件的影响,上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。电压差不应超过额定电压的5%10%；频率差不应超过额定频率的0.2%0.5%；相位误差不应大于5。,15,章节课件,3.并联投入的准备,检查并车条件和确定合闸时刻：通常用电压表测

6、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。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。,16,章节课件,3.并联投入的准备,合闸时刻的确定发电机与电网之间相序、电压满足条件时，合闸,17,章节课件,合闸瞬间开关两端电位差为：,3.并联投入的准备,18,章节课件,I,而合闸属于暂态过程，此时回路阻抗很小，即便 很小，回路中也会产生很大的冲击电流，最佳时刻,3.并联投入的准备,电压差用相量表示，频率有较小差异时，,19,章节课件,三、投入并联的方法,1.准确同步法：将发电机调整到符合并联条件后的合闸并网操作过程称为准确同步法(quasi-synchronous m

7、ethod)。最基本的方法分为：1）灯光熄灭法 2）灯光旋转法2.自同步法(self synchronizing method),20,章节课件,步骤：,将待并网的同步发电机由原动机拖动接近同步速度；,调励磁使发电机空载电压与电网电压相等；,确认相序相同，调原动机转速使发电机电压频率fII约等于电网频率fI；,在对应相电压相位相同的瞬间，合闸并网。,1、准确同步法,如何确认？,为什么,21,章节课件,22,（1）灯光熄灭法,在电网与发电机的对应相间接三组灯,f约等于电网频率f，变化，灯的明暗程度变化,22,章节课件,（1）灯光熄灭法,故三组灯同时明或暗。,U同时变化,加在3组灯上电压的特点:,

8、U相同,1,2,原理：,灯泡忽明忽暗的频率取决于？,23,章节课件,灯光熄灭法原理：电机各端与电网同相端对应，三灯泡同时亮、暗，灯泡熄灭的瞬间为合闸的最佳时机。,（1）灯光熄灭法,24,章节课件,（1）灯光熄灭法,当不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象,a.频率不等，且相差较大：,b.电压不等,如果3个相灯呈现同时熄灭、同时亮，但明暗交替很快，这时需调发电机的转速，使得明暗变化慢些。,三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮和最暗范围闪烁。需调节励磁电流。,25,章节课件,26,d.相序不等,c.相角不等,（1）灯光熄灭法,当不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象,三个相灯明暗程度不一致且呈旋

9、转状态，需对调发电机或电网的任意两根接线。,电网电压与发电机段电瞬时值不等，三个相灯不熄灭，不能合闸并网。,26,章节课件,27,并车步骤：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。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，等待灯光完全熄灭的瞬间（相位相同），即可合闸并车,（1）灯光熄灭法,电网,同步指示灯,G,S,27,章节课件,28,（2）灯光旋转法,一相灯泡同端连接，另外两个交叉连接,2,I,28,章节课件,

10、（2）灯光旋转法,加在此3组灯上电压不等，,故三组灯不是同时亮暗，此时3最亮，2次之，1最暗。,若21，以电网为参照，相当于发电机电压顺时针旋转。,2,I,增加，减小，增加。,29,章节课件,当3最亮后，1亮度继续，2变暗；下一个最亮为1；再又轮到 2最亮。,灯的亮度变换为顺时针旋转。,30,章节课件,（2）灯光旋转法,原理：若21，灯的亮度变换为顺时针旋转。,31,章节课件,（2）灯光旋转法,思考：若21，灯的亮度变换如何？灯光旋转速度取决于？,灯光旋转法寻找合闸时间：调发电机转速，使灯光旋转速度慢，然后在A相灯熄灭，合闸并网。,电网,同步指示灯,G,S,A,B,C,32,章节课件,2,I,

11、合闸时，对应A相灯灭，其他两组灯光度相同。,问题：合闸的时候，发电机频率与电网频率不同，也就是其转子速度不是同步速度。如何解决？,33,章节课件,（2）灯光旋转法,电网,同步指示灯,G,S,旋转法并车步骤为：通过调节发电机励磁电流的大小使得发电机的端电压等于电网电压；电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序；通过调节发电机的转速改变其频率，直到灯光旋转缓慢时，这时等待对应相相接的灯完全熄灭的瞬间到来，合闸并车。,34,章节课件,准确同步法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐一检查和调整，所以费时较多。准确同步并列的优点是并列时冲击电

12、流小，不会引起系统电压变化。灯光旋转和灯管熄灭属于手工操作，随着检测技术和控制技术的不断发展，手工并网已很少，而是广泛采用自动并网装置。准确同步并列法按自动化程度不同，分为手动准同步、半自动准同步和自动准同步。,1、准确同步法,35,章节课件,随着检测技术和控制技术的不断进步，手工并网操作已很少使用了，而是广泛采用自动并网装置。自动装置不但使并网合闸瞬间的各项要求能最大限度地得到满足、电磁冲击和机械冲击最小、杜绝了手工操作的种种不足，而且可对电网故障作出最快速、最恰当的反应，提高了电力系统的综合自动化能力和运行可靠性。,1、准确同步法,36,章节课件,1、准确同步法,微机智能准同期控制保护器：

13、正常工作时，数码管可以显示发电机电压、发电机频率、电网电压、电网频率、发电机与电网电压差、发电机与电网频率差、发电机与电网相位差。,37,章节课件,2、自同步法,接线图如图，1）将励磁绕组通过电阻（约为励磁电阻的10倍）短接。,2)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。,38,章节课件,2、自同步法,3)再接通励磁并调节励磁，如图，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。,39,章节课件,40,2、自同步法：用于事故状态下的并车,前提：相序一致将励磁绕组通过电阻短接拖动到接近同步速(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。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。,约为励磁电阻的10倍,40,章节课件,41,并联运行的条件和方法,条件：1.电压大小相位相同2.频率相同 3.电压波形相同4.相序相同5.发电机与电网的对应相的电压应同相位,方法1.准同期法2.自同期法,41,章节课件,