同步電機(3)同步發(fā)電機并網(wǎng)運行

1、第六章 同步電機6.3 6.3 同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行n1 1 同步發(fā)電機理想并網(wǎng)條件同步發(fā)電機理想并網(wǎng)條件n2 2 同步發(fā)電機并網(wǎng)操作的方法同步發(fā)電機并網(wǎng)操作的方法n3 3 同步發(fā)電機的功率、轉矩關系同步發(fā)電機的功率、轉矩關系n4 4 同步發(fā)電機的功角特性同步發(fā)電機的功角特性n5 5 并網(wǎng)同步發(fā)電機的有功調(diào)節(jié)及靜態(tài)穩(wěn)定并網(wǎng)同步發(fā)電機的有功調(diào)節(jié)及靜態(tài)穩(wěn)定n6 6 并網(wǎng)同步發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)及并網(wǎng)同步發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)及V V形曲線形曲線第六章 同步電機 1 1 同步發(fā)電機理想并網(wǎng)條件同步發(fā)電機理想并網(wǎng)條件一、并聯(lián)運行的必要性(1)電能的供應可以相互調(diào)劑，合理使用，從而更合理地利用

2、動力電能的供應可以相互調(diào)劑，合理使用，從而更合理地利用動力資源和發(fā)電設備。資源和發(fā)電設備。 增加供電的可靠性。一臺發(fā)電機的故障，不致于造成停電事故增加供電的可靠性。一臺發(fā)電機的故障，不致于造成停電事故，同時，也減少了備用容量。，同時，也減少了備用容量。 供電的質量增加了。由于系統(tǒng)容量很大，一臺電動機的起動、供電的質量增加了。由于系統(tǒng)容量很大，一臺電動機的起動、加載、停機，對系統(tǒng)來說，幾乎就沒有影響，因此，電網(wǎng)的電壓加載、停機，對系統(tǒng)來說，幾乎就沒有影響，因此，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的恒定范圍內(nèi)。和頻率能保持在要求的恒定范圍內(nèi)。 第六章 同步電機一、并聯(lián)運行的必要性(2)系統(tǒng)愈大，負載就愈

3、趨均勻，不同性質的負載，相互起補償作系統(tǒng)愈大，負載就愈趨均勻，不同性質的負載，相互起補償作用。就以地區(qū)來說，地區(qū)大，時差也大，使用照明的時間也就錯用。就以地區(qū)來說，地區(qū)大，時差也大，使用照明的時間也就錯開了，負載均勻，發(fā)電機就能經(jīng)常滿載運行，提高了設備的利用開了，負載均勻，發(fā)電機就能經(jīng)常滿載運行，提高了設備的利用率，若電力系統(tǒng)處在尖峰負荷率，若電力系統(tǒng)處在尖峰負荷(短時用電量較大短時用電量較大)，可以用增開擔，可以用增開擔負尖峰負載的發(fā)電機來解決，不使電網(wǎng)中發(fā)電機的負載均衡性遭負尖峰負載的發(fā)電機來解決，不使電網(wǎng)中發(fā)電機的負載均衡性遭到破壞。到破壞。聯(lián)成大電力系統(tǒng)后，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理

4、。在產(chǎn)煤聯(lián)成大電力系統(tǒng)后，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理。在產(chǎn)煤區(qū)，多布置一些火力發(fā)電廠，在水力資源豐富的地方，多布置一區(qū)，多布置一些火力發(fā)電廠，在水力資源豐富的地方，多布置一些水力發(fā)電廠，然后，利用高壓輸電線對工業(yè)中心區(qū)域供電。些水力發(fā)電廠，然后，利用高壓輸電線對工業(yè)中心區(qū)域供電。 第六章 同步電機二、無限大電網(wǎng)無限大電網(wǎng)無限大電網(wǎng)：現(xiàn)代的電力系統(tǒng)容量很大，系統(tǒng)的電壓和頻率可以看作是不變現(xiàn)代的電力系統(tǒng)容量很大，系統(tǒng)的電壓和頻率可以看作是不變的，即的，即U= =常數(shù)，常數(shù)，f常數(shù)，常數(shù)， 這樣的電網(wǎng)稱為無限大電網(wǎng)，所以無限大電網(wǎng)實這樣的電網(wǎng)稱為無限大電網(wǎng)，所以無限大電網(wǎng)實際上是相當于一個內(nèi)阻抗等

5、于零的恒頻、恒壓電源。際上是相當于一個內(nèi)阻抗等于零的恒頻、恒壓電源。由于并網(wǎng)后的發(fā)電機運行情況要受到電力系統(tǒng)的制約，也就是它的電壓、頻由于并網(wǎng)后的發(fā)電機運行情況要受到電力系統(tǒng)的制約，也就是它的電壓、頻率要和電網(wǎng)一致而不能單獨變化。因此，對發(fā)電機的運行分析將與單機運行率要和電網(wǎng)一致而不能單獨變化。因此，對發(fā)電機的運行分析將與單機運行有所不同。有所不同。實際上，系統(tǒng)的容量是有限的無限大電網(wǎng)只是一個相對的概念負載增加實際上，系統(tǒng)的容量是有限的無限大電網(wǎng)只是一個相對的概念負載增加時，就必須增加發(fā)電量，否則，電壓和頻率就會下降，只是大容量系統(tǒng)中，時，就必須增加發(fā)電量，否則，電壓和頻率就會下降，只是大容量

6、系統(tǒng)中，電壓和頻率的變動很小而已。電壓和頻率的變動很小而已。第六章 同步電機三、研究并聯(lián)運行時所用的規(guī)定正方向AX0EGUSUGISI電網(wǎng)發(fā)電機一相繞組圖11-1 研究并聯(lián)運行的正方向第六章 同步電機三、并網(wǎng)情況分析第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機理想并網(wǎng)條件：第六章 同步電機 2 2 同步發(fā)電機并網(wǎng)操作的方法同步發(fā)電機并網(wǎng)操作的方法一、并網(wǎng)投入方法一、并網(wǎng)投入方法整步過程整步過程：把發(fā)電機投入到電網(wǎng)所進行的操作過程稱為整步過程：把發(fā)電機投入到電網(wǎng)所進行的操作過程稱為整步過程（或稱并車（或稱并車) )，整步方法：，整步方法：準整步和自整步準整步和自整步。 準整步準整步：把發(fā)電機

7、調(diào)整到完全合乎并聯(lián)投入，然后投入電網(wǎng)：把發(fā)電機調(diào)整到完全合乎并聯(lián)投入，然后投入電網(wǎng)，這種方法叫準整步。，這種方法叫準整步。自整步自整步：首先校驗發(fā)電機的相序，并按照規(guī)定的轉向：首先校驗發(fā)電機的相序，并按照規(guī)定的轉向( (和定和定子旋轉磁場的轉向一致子旋轉磁場的轉向一致) )把發(fā)電機拖動到接近同步速旋轉，把發(fā)電機拖動到接近同步速旋轉，把勵磁繞組通過一限流電阻短路把勵磁繞組通過一限流電阻短路( (不加勵磁不加勵磁) )，然后把發(fā)電機，然后把發(fā)電機投入電網(wǎng)，并立即加上勵磁，依靠定、轉子間形成的電磁力投入電網(wǎng)，并立即加上勵磁，依靠定、轉子間形成的電磁力矩，把轉子自動地拉入同步。矩，把轉子自動地拉入同步

8、。 第六章 同步電機討論：討論：1）進行自整步操作時要注意，發(fā)電機投入電網(wǎng)時，）進行自整步操作時要注意，發(fā)電機投入電網(wǎng)時，勵磁繞勵磁繞 組不組不 應開路，否則勵磁繞組中將感生危險高壓；勵應開路，否則勵磁繞組中將感生危險高壓；勵磁繞組也不直接磁繞組也不直接 短路，否則合閘時定子電流會有很大沖擊。短路，否則合閘時定子電流會有很大沖擊。 2）自整步法主要缺點是投網(wǎng)時沖擊電流稍大。自整步法主要缺點是投網(wǎng)時沖擊電流稍大。 一、并網(wǎng)投入方法一、并網(wǎng)投入方法第六章 同步電機二、準整步法二、準整步法準整步法并車方法準整步法并車方法： 為判斷發(fā)電機是否滿足并聯(lián)投入條件，常常采用同步指示器，最為判斷發(fā)電機是否滿足

9、并聯(lián)投入條件，常常采用同步指示器，最簡單的同步指示器由三組同步指示燈組成。同步指示器有兩種接簡單的同步指示器由三組同步指示燈組成。同步指示器有兩種接法，一種是法，一種是暗燈法暗燈法，另一種叫，另一種叫旋轉燈光法旋轉燈光法。第六章 同步電機二、準整步法二、準整步法第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機 3 3 同步發(fā)電機的功率、轉矩關系同步發(fā)電機的功率、轉矩關系一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式第六章 同步電機二、關于電磁功率的初步認識二、關于電磁功率的初步認識第六章 同步電機三、轉矩平衡方程式三、轉矩平衡方程式第六章 同步電機 4 4 同步發(fā)電機的功

10、角特性同步發(fā)電機的功角特性一、功角特性的定義及意義一、功角特性的定義及意義第六章 同步電機二、功角特性公式的推導二、功角特性公式的推導第六章 同步電機圖11-11 凸極同步發(fā)電機相量圖UI0EddxI jqqxI jdIqI第六章 同步電機三、關于功角特性的討論三、關于功角特性的討論第六章 同步電機第六章 同步電機討論：討論： 將凸極同步電動機的功角特性兩邊同除以同步機械角速度將凸極同步電動機的功角特性兩邊同除以同步機械角速度2011111sin()sin22MMMMdqdUEPUTmmTTxxx01sinMdUETmx 為基本電磁轉矩。為基本電磁轉矩。2sin)11(212dqMxxUmT

11、為附加電磁轉矩或凸極電磁轉矩為附加電磁轉矩或凸極電磁轉矩。第六章 同步電機若要求取無功功率若要求取無功功率QmUIsin的功角特性，可用類似方法推導的功角特性，可用類似方法推導出：出：當當E0、U和和xd為常數(shù)時，無功功率也是功率角為常數(shù)時，無功功率也是功率角的函數(shù)的函數(shù)220coscos222dqdqddqdqxxxxUEUmUQmmxx xx x第六章 同步電機四、功角的物理意義四、功角的物理意義1）對發(fā)電機而言，）對發(fā)電機而言， 角是勵磁電動勢超前于端角是勵磁電動勢超前于端電壓的時間角電壓的時間角2 2）的空間意義，的空間意義，是主磁場與電樞等效合成磁場之間的空間角。功率角可看是主磁場與

12、電樞等效合成磁場之間的空間角。功率角可看作轉子磁極軸線與電樞等效合成磁極軸線之間的空間角作轉子磁極軸線與電樞等效合成磁極軸線之間的空間角UIaB0Bar Ix I jaqqxI jaddxI j0EENS1n1nNS定子合成磁場等效電路(a)(b)圖11-14 功率角的時空意義第六章 同步電機UIaB0Bar Ix I jaqqxI jaddxI j0EENS1n1nNS定子合成磁場等效電路(a)(b)圖11-14 功率角的時空意義總之：總之：功率角功率角實際上反映了定子合成磁場扭斜的角度，它愈大，實際上反映了定子合成磁場扭斜的角度，它愈大，產(chǎn)生的電磁功率和電磁轉矩也愈大。而形成產(chǎn)生的電磁功率

13、和電磁轉矩也愈大。而形成角的原因是由于有交角的原因是由于有交軸電樞反應磁動勢軸電樞反應磁動勢 Faq（或或 Iq），所以，交軸電樞反應磁動勢是產(chǎn)，所以，交軸電樞反應磁動勢是產(chǎn)生電磁轉矩、進行機電能量轉換的必要條件。生電磁轉矩、進行機電能量轉換的必要條件。 第六章 同步電機 5 5 并網(wǎng)同步發(fā)電機的有功調(diào)節(jié)及靜態(tài)穩(wěn)定并網(wǎng)同步發(fā)電機的有功調(diào)節(jié)及靜態(tài)穩(wěn)定一、分析假設一、分析假設第六章 同步電機二、發(fā)出有功功率的調(diào)節(jié)過程二、發(fā)出有功功率的調(diào)節(jié)過程第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機三、并網(wǎng)同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定三、并網(wǎng)同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定第六章 同步電機第六章

14、 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機第六章 同步電機n例題例題 一臺凸極同步發(fā)電機，接在電網(wǎng)上額定運行，運行于（滯后）下，略去定子電阻，試求：n(1) n(2) 與n(3) 過載能力5 . 08 . 0qdxx，cos0.80EMPmaxMP第六章 同步電機*sin1.375cosqI xUtgU5417 0cos1.602ddEUIx2*011sinsin20.8MdqdE UPUxxx2011coscos20MdqdE UdPUdxxx66. 28 . 0125. 2maxMMMPPk2*max1.602 1111sin72.2sin

15、2 72.22.1250.820.50.8MP第六章 同步電機 6 6 并網(wǎng)同步發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)及并網(wǎng)同步發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)及V V形曲線形曲線一、調(diào)節(jié)無功功率的必要性一、調(diào)節(jié)無功功率的必要性 接到電網(wǎng)上的負載，除了少數(shù)電熱設備外，絕大多數(shù)都是電接到電網(wǎng)上的負載，除了少數(shù)電熱設備外，絕大多數(shù)都是電感性質的負載。所以，一個電力系統(tǒng)，除了要給負載有功功率外感性質的負載。所以，一個電力系統(tǒng)，除了要給負載有功功率外，還要給負載大量的感性無功功率。據(jù)大致估計，一個現(xiàn)代化的，還要給負載大量的感性無功功率。據(jù)大致估計，一個現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)，異步電機需要的無功功率占了電網(wǎng)給的總無功功率的電力系統(tǒng)，異步電機需要的無功功率占了電網(wǎng)給的總無功功率的7070，變壓器占了，變壓器占了2020，其它設備占，其它設備占1010。 電網(wǎng)給的總無功功率，應該由電網(wǎng)里的全部發(fā)電機共同負擔電網(wǎng)給的總無功功率，應該由電網(wǎng)里的全部發(fā)電機共同負擔。但是，每臺發(fā)電機究竟負擔多少，怎樣調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機的無功。但是，每臺發(fā)電機究竟負擔多少，怎樣調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機的無功功率呢？這是本節(jié)要研究的問題。功率呢？這是本節(jié)要研究的問題。 第六章 同步電機二、分析假設二、分析假