同步发电机的并联运行(1)
简述同步发电机并联运行的条件
简述同步发电机并联运行的条件同步发电机并联运行是指将两个或多个同步发电机连接到同一电力系统中，共同向负载提供电力。
以下是同步发电机并联运行的条件：
1.相序一致：并联运行的同步发电机必须具有相同的相序，即各相之间的电压波形和相位关系必须一致。
这确保了发电机之间的电力传输和共享负载的稳定性。
2.频率一致：并联运行的同步发电机必须具有相同的频率，即输出电压的频率必须一致。
频率一致性是保持电力系统稳定运行的关键因素。
3.电压幅值一致：并联运行的同步发电机在额定负载下应具有相似的电压幅值。
如果电压幅值差异较大，可能会导致电流流向错误或负载不均衡的问题。
4.相序、频率和电压幅值调整：在并联运行之前，需要对各个同步发电机进行相序、频率和电压幅值的调整，以确保它们满足相应的要求。
这可以通过调整励磁系统、调节同步发电机的机械负荷等方式实现。
5.调压和调频系统：在并联运行的过程中，需要使用调压和调频系统来监测和调节各个同步发电机的电压和频率，以保持稳定的电力系统运行。
这些系统能够自动调整发电机的励磁电流和机械负荷，以响应负载变化和维持电力系统的稳定性。
总的来说，同步发电机并联运行的关键在于确保相序、频率和电压幅值一致，并使用调压和调频系统进行实时监测和调节。
这样可以实现同步发电机之间的平衡负载和电力共享。
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同步发电机并联运行的条件
同步发电机并联运行的条件
船舶同步发电机并联运行时，待并发电机组与运行发电机组之间必须满足如下条件:
(1)待并发电机的电压有效值U，与运行发电机的电压有效值U相等，即U，=Us
(2)待并发电机的频率f与运行发电机的频率f相等，即f=f。
(3)待并发电机电压的相位8，与运行发电机电压的相位δ一致，即δ1=δ2。
(4)待并发电机电压的相序与运行发电机的相序相同。
由于船舶发电机在安装时已经对发电机的相序及电网的相序进行了测定，保证了相序一-致的条件，通常船舶发电机的并联运行时，并不检测相序条件。
准同步并车操作就是通过检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使之在基本满足上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。
这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定的同步运行。
实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投人并联运行。
下面来分析这三个并车条件。
同步发电机并联运行连接示意图和单相等效电路图，G为已在电网运行发电机，G为待并发电机。
同步发电机并联运行条件及其方法
同步发电机并联运行条件及其方法单机供电的缺点：①不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和牢靠性(发生故障就得停电);②无法实现供电的敏捷性和经济性。
这些缺点可以通过多机并联来改善。
通过并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。
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，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(电网)。
并网运行(Parallel Operation)优点：①提高了供电的牢靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。
②提高了供电的经济性和敏捷性。
③提高了供电质量，同步发电机并联到电网后，它的运行状况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网全都而不能单独变化。
一、并网条件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、整步。
在并车时必需避开产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网患病干扰。
并网条件：① 电压有效值应相等即U=U1；② 频率和相位应相等f=f1、j =j1；③ 双方应有全都的相序。
若以上条件中的任何一个不满意则在开关K的两端，会消失差额电压，假如闭合K，在发电机和电网组成的回路中必定会消失瞬态冲击电流。
上述条件中，除相序全都是肯定条件外，其它条件都是相对的，由于通常电机可以承受一些小的冲击电流。
二、并联方法并车的预备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。
通常用电压表测量电网电压，并调整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以确定合闸时刻。
同步指示器法(1) 灯光明暗法将三只灯泡直接跨接于电网与发电机的对应相之间。
并车方法为：①通过调整发电机励磁电流使得发电机的端电压等于电网电压；②电压调整好后，假如相序全都，灯光应表现为明暗交替，假如灯光不是明暗交替，则说明相序不全都，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序全都；③通过调整发电机的转速转变其频率，直到灯光明暗交替非常缓慢时，说明和电网频率已非常接近，等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。
同步发电机的励磁方式和并联运行
同步指示器灯光熄灭 法接线图
三相同步电机
旋转整流器励磁特点： 随着同步发电机的容量进一步扩大，励磁电流也很大，当较 大的电流流过集电环时，将使集电环产生高温而损坏，于是，采 用了旋转整流器励磁。其主要的差别是主励磁机采用旋转电枢式， 与一般同步发电机相反，即主励磁机的电枢与主发电机的励磁绕 组同转速旋转。当三相交流绕组将产生的三相交流电经过整流后， 可以直接送入到主发电机的励磁绕组，取消了电刷与集电环，故 又称为无刷励磁系统。
三相同步电机
§ 同步发电机的励磁方式和并联运行
一、同步发电机的励磁方式简述 同步发电机的励磁方式就是指直流励磁电流的产生及流进励
磁绕组的方式。 传统的励磁方式都是采用直流发电机作为励磁电源的直流励
磁机励磁系统。 伴随半导体整流技术的发展，产生了新的励磁方式，即用硅
整流装置将交流电转变成直流电后，提供励磁的整流器励磁系 统。
三相同步电机
二、同步发电机并联运行 1．同步发电机并联运行的优点 (1)提高了供电的可靠性。 (2)提高了发电厂的运行效率。
2．同步发电机并联运行的条件 (1)发电机的相序与电网的相序一致。 (2)发电机电压的有效值、极性与电网 电压的有效值、极性相等，且相位相同。 (3)发电机的频率与电网的频率相同。
三相同步电机
直
流
励
磁
同
机
步
励
发
磁
电
静止
机
整流
励
整 器励
磁
流磁方器式励磁 系 旋转 统 整流 励 器励 磁磁
三相同步电机
直流励磁机励磁特点： 直流励磁机(主励磁机)与同步发电机同轴相连，直流励磁机 可以采用并励直流发电机或他励直流发电机。采用他励直流发电 机时,其励磁绕组由另一台直流发电机(副励磁机)提供励磁电压。
第02章-船舶同步发电机的并联运行
它是脉动电压的数学表达式。脉动电压的瞬时值波 形为实线部分，虚线表示脉动电压振幅变化的曲 线。
在自动并车装置中，最有实际意义的是 脉动电压振幅变化的规律。
通过对Us整流（取正半波）、滤波（滤掉(w1+w2) 的谐波部分）后，由1、2两端获得的电压波形就 是脉动电压振幅变化曲线的正半波部分。其数学 表达式为 Us＝2Um sin(w1-w2)t/2=2Um sinwst/2=2Um sin/2
当灯光亮、暗变化较慢，并且灯泡完全熄灭时， 恰好是相位完全一致的时候，也就是并车操作中 需要捕捉的合闸时刻。
2）灯光旋转法：
将指示灯按图(b)接线。 当待并发电机的频率f1高于电网频率fw时，它们之间相对 运动的角速度为2（f1一fw ）。如图(c)所示，若令电网电 压矢量静止，则待并发电机电压矢量以频差角速度 ws＝ 2（f1一fw ）。反时针方向旋转。
3） 同步表进行准同步并车：
同步指示灯只是做为一种辅助并车指示，实船上主 要采用整步表来指示待并机与电网的电压相位差、 频率差及其方向。
粗同步并车法：
采用电抗器限制冲击电流，保证拉入同步的一种并 车法。（条件放宽） 并车电抗器：功能：限流，按 =180时并车，将IPH 限制在Ie(1.2----1.8Ie) （因为粗同步电抗器也是按短时工作制设计的，所 以并车完成后，一定要切除，否则电抗器就可能被 烧毁。）
（3）捕捉合闸时刻，要考虑主开关固有动作 时间，相应地提前发指令。
组成：见框图
二 脉动电压及其与自动并车
条件的关系
1 脉动电压的形成
所谓脉动电压指待并发电机电压频率与电网电压频 率不一致但相差不大，并发电机电压与电网电压幅 值相等，这样的两个交流电压之差。
同步发电机的并网运行
总之：功率角θ实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大， 产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成θ角的原因是由于有交 轴电枢反应磁动势 Faq（或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产 生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。
§3.5 同步发电机与无限大电网并联运行 时
➢分析前提
有功功率的调节和静态稳定
说明：转子(励磁)铜耗没有列入上列功率方程式
§3.3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
➢二、转矩方程式(1)
P 1 (p m p fe p a)d P M p 0 P M
T1 T0 TM
T1为原动机驱动转矩
T1
P1 1
T0为发电机空载转矩
T0
p fe pm 1
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(2)
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时， 励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励 磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。 通常的做法是把灭磁电阻接入闭合的励磁回路作为限流电阻 。
2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(1)
▪１、频率相等，相序一致，但发电机电压和电网电压不相等。
I c ZG U ZS jxG U xS
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(2)
２、电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(1) 整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程 （或称并车)，整步方法：准整步和自整步。
同步发电机的并联运行
I Z I ra j I d xd j I q xq
正序阻抗的分析和测定上一章已详细讨论。
2、负序阻抗Z－ （对应反转磁场）
I
Wf
Z r jx
WD
负序磁场，相对于转子以 二倍同步速旋转，在转子 的阻尼绕组和励磁绕组中 感应二倍频率的电势和电 流。
F
a
隐极同步机：xd =xq=xs 凸极效应：直轴和交轴磁路的磁阻不同 而传递能量
专门利用凸极电磁转矩来运行的电机称为反 应式同步电机或磁阻式电机
基本分量
’
附加分量
本章小结
• 同步发电机并联运行的条件与方法 • 同步发电机的功角特性 • 同步发电机有功功率的调节 • 同步发电机无功功率的调节 • 隐极、凸极同步发电机特点 作业：P.215 10-7、8、9、10
0.8UE0 1.6 sin " Pem xs
" 230
sin 30 0 sin " 0.391 0.8 1.6
I A1
IA
IC
I C1
对称分量系统
I B1
不对称分量系统
IB
第十章 同步发电机不对称运行
后果：损耗大、局部易发热、影响供电质量、 其它用电设备性能恶化
C
•不同相序分量的电压平衡式 （隐极电机为例）
U E0 I Z
转子正转、励磁电流恒定
各相序分量的电压平衡式
U E I Z
U E I Z
0 0 0
U E I Z
E ;E 0; E 0 0 E 0
同步发电机的并联运行知识讲解
3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损 耗，温度升高，效率降低。
4、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生 无法消除的环流，危害电机安全运行。
第三节 同步电机并网运行的理论基础
无限大电网：
电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得 多，如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无 功功率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。无 限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
时，电磁转矩 T 也增加一个 T ，去掉干扰后， 因 + T >T ，使T1 电机自动回到原工作点
（ T T1），稳定。
（2）凸极机： 凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在
200 ~ 300 电角度范围。
（电能3）磁 力最，转大用矩转kT矩mN（表T或示max（额：或定最电大磁电功磁率功PN率）P之M m比ax称）为与过额载定
3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决 定于原动机的转向，一般是固定的）
4.在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样
二、方法：
1. 准确同步法：将同步发电机调整到符合并联 条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法 两种。
(1)暗灯法： 电网与同步发电机之间的三相并联开关两
侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说 明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电 压差 U A UB UC 0 ，即可并网合闸。
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
附加损铁损pFe 耗pad
定子铜损 pcu1
2. 自同步法：
自同步法的投入步骤为： （1）校验发电机相序把发电机拖动到接近同步 速，励磁绕组经限流电阻短路。
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要增加发电机输出功率(有功功率)，就必须增加原动机输入
功率，使功率角θ增大。当θ角增至90°，输出电磁功率达最大
值Pemmax时，若继续增加输入功率，则输入和输出之间的平衡关
系被破坏，致使电机转子不断加速并最终失步。 Pemmax 称为极
限功率。
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2. 静态稳定
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2
2. 并联方法
准确同步法－直接接法
接线图
向量图
直接接法：电机各端与电网同相端对应，三灯泡同时亮、 暗，当灯泡亮、暗频率很低并且灯泡变暗的瞬间为合闸的 最佳时机。
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准确同步法－交叉接法
接线图
向量图
交叉接法：一相灯泡同端连接，另外两组交叉连接，三组 灯泡依次亮、暗，当三组灯泡亮度旋转速度很慢且第一组 灯泡变暗的瞬间为合闸的最佳时机。
Pem
mE0U Xd
sin
mU 2 2
(
1 Xq
1 Xd
) sin
2
基本电磁功率 附加电磁功率 （磁阻功率）
隐极电机X d X q Xt ,功角特性简化为
Pem
mE0U Xt
sin
用标么值表示为：
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Pem
E0U
X
t
sin
隐极同步发电机功角特性
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
mUIq cos mUId sin
因为
，所以可以忽略漏抗压
降，从图中可以看出
，称为功率角
U sin X qIq
Iq
U
sin
Xq
E0
U cos ) Id X d
Pem
mE0U Xd
sin
Id
mU 2 2
(E0
(1 Xq
U cos )
Xd 1 )sin 2
Xd
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三、功角特性
6.4 同步发电机的并联运行
➢ 投入并联的条件和方法 ➢ 功率和转矩平衡方程 ➢ 功角特性 ➢ 有功功率调节与静态特性 ➢ 无功功率调节与V形曲线
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1
一、投入并联的条件和方法
1. 并联条件
发电机端电压与电网电压满足以下条件： (1) 波形相同 (2) 频率相同 (3) 幅值相同 (4) 相位相同 (5) 相序相同
对于隐极同步发电机：
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2. 转矩平衡方程
空载损耗： p0 pmec pFe pad
则： P1 p0 Pem
两边除以机械角速度Ω
T1 T0 Tem
驱动转矩 空载转矩 电磁转矩
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三、功角特性
忽略定子电阻时，
Pem P2 mUI cos mUI cos( )
整步转矩系数Tsyn Psyn /
隐极电机Psyn
dPem
d
m
E0U Xt
cos
Tsyn
m
E0U X t
cos
凸极电机Psyn
m
E0U Xd
cos
mU 2 (
1 Xq
1 Xd
) cos2
Tsyn
m E0U X d
cos
mU2
(
1 Xq
1 Xd
) cos 2
过载能力kM：最大电磁功率与额定功率之比
当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在扰动消失 后发电机能自行回复到原运行状态稳定运行，则称发电机 是静态稳定的；反之，就是不稳定的。
稳定运行区域：dPem / d 。0 对隐极电机稳定运行
区域为θ<90°
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整步功率系数
Psyn
dPem
d
其值越大，表明保持同步的能力 越高，发电机的性能越好
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2. V形曲线
当调节励磁电流 If 时，E0 变化，若
cos =1，则I 最小，若If 增加，则E0
Imin
增加，I增加， 滞后；若If 减小，
则E0 减小，I增加， 超前。由上述
关系得到 I=f (If) 的曲线称为同步电
动机的V形曲线。
在不同的负载条件下，可以得到 不同的V形曲线。
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉 、心、肺、肾等多脏器严重损害 的，全身性疾病，而且不少患者 同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表 现如下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
三、功角特性
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二、同步发电机的功率和转矩平衡方程
n
P2
输
P P 1(输入功率)
(电磁功率) em
出 电
功
原动机 P1
1. 功率平衡方程
pmec
机 械 损 耗
pFe pad
铁附 耗加
损 耗
率
pCu1 3I 2Ra
定 子 绕 组 铜
Pem P1 ( pmec pFe pad )
耗
P2 Pem pCu1
凸极电机功角特性的一般化表达式
Pem
mE0U Xd
sin
mU 2 2
(
1 Xq
1 Xd
) sin
2
基本电磁功率
附加电磁功率
用标么值表示为：
Pem
E0U
X
d
sin
U 2
2
1
(
X
q
1
X
d
)sin 2
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凸极同步发电机功角特性
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四、有功功率调节与静态特性
为分析简便，以下都以隐极电机为例，并且不计饱和影响， 忽略电枢电阻，视电网为“无穷大电网”，即 U 和 f 保持恒定。
假设电机原工作于A点，当某种微笑扰动使输入有效功率 增加∆PT时，电机将平衡于B点，相应的电磁功率也增加 ∆PT。当扰动小时后，电磁功率大于输入有效功率，起制 动作用，转子减速，电机最后回到A平衡点。同理，可以 分析出如果电机起始工作于C点，当有微小扰动时，电机 无法稳定工作。
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2. 静态稳定
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五、无功功率调节与V形曲线
1. 无功功率调节
以隐极电机为例，忽略电枢电阻，输出有功功率恒定
Pem
mE0U Xt
sin
常数
E0 sin 常数
P2 mUI cos 常数 I cos 常数
又P2 Pem
，故 E0 sin I cos 常数
Xt
由图可以看出，E0的末端轨迹在直线CD 上移动，I的末端轨迹在直线AB上移Байду номын сангаас。