昆明理工大学电气工程及其自动化 发电机同步实验报告

实验二：同步发电机综合实验

三相同步发电机并网运行

一、 实验目的

1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。

2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。

3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。

4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。

二、 实验原理

1. 同步发电机的并网运行

发电机与电网是否符合下列条件：

a 、双方应有相同的相序；

b 、双方应有相同的电压；

c 、双方应有相同或接近相同的频率；

d 、双方应有相同的电压初相位。

在实际并网中，这些条件并不要求完全达到，只要在一定的 误差范围之内就可以进行并网，比如转速（频率）相差约

（2%～

5%）。

总之，在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。

2. 同步发电机的静态稳定性

发电机输出的电磁功率与功角的关系为：

δδsin sin max 0P X U E P s e ==

静态稳定的条件用数学表达为0>∆∆δM P ,我们称δ

∆∆M P 为比整步功率, 又称为整补功率系数, 其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用 P ss 表示。

δδcos 0s

m SS x U E d dP P == δ角越小， P ss 数值越大，发电机越稳定。由

δd dP E 和P E 可知，当δ小于90°时，δ

d dP E 为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近 90°，其值愈小，稳定的程度越低。当δ等于 90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。对应的o 90=δ时达到静态稳定功率极限。为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远

低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。 P em 与 P en 之比称为静过载能力K m ，即：

n

n d d en em m X U E X U E P P K δδsin 1sin /00=== 一般要求 K m >1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在 70%以上，因此额定功角n δ一般应该是 30°左右。

三、 实验线路

四、 实验结果及分析

a 、 在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找

到并联条件满足的点 ，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流；

实验参数：

图1：励磁电流图2：相位

实验结果：

图3：电网与发电机的电压波形图4：调整后的电网与发电机电

压波形

图5：并网时间图6：冲击电流波形

b、调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同

时，进行并网实验，测试并网时的冲击电流

实验参数：

图7：相位不同，幅值相同图8：并网时间

实验结果：

图9：冲击电流波形图10：相位相同，幅值不同

图11：并网时间图12：冲击电流波形

分析：发电机并入电网时必须满足，双方应有相同的相序，电压，相同的或接近相同的频率、相同的电压初相位，当上述条件有一个不满足时，将对发电机运行产生严重的后果。它们都会在发电机绕组中产生比额定值大很多的环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题，严重可使发电机受到损害，严重影响电力系统。图中数据表明不满足运行条件时都产生很大的冲击电流超出额定值很多倍，所以，并网时赢选择合适的并网时间以减少冲击电流对电力系统的干扰。

c、对并网运行的发电机进行有功功率和无功功率的调整，测试

功角随之变化的过程。

实验参数：

图13：有功功率参数图14：无功功率参数

实验结果：

图15：功角变化过程

分析：当励磁电流和有功功率同时影响功角时：当0-2s时励磁电流和有功功率都保持不变功角也不变，当2s时增大有功功率，功角也随着增大，当0-4s时，有功功率不变，4s时励磁电流增大，功角减小，总之功角跟励磁电流呈余弦函数，跟有功功率呈正弦函数，功角同时受二者的影响

d、自拟方案，测出发电机失步后的各物理量变化过程。

实验参数：

图16：有功功率参数图17：无功功率参数

实验结果：

图18：各物理量变化过程

分析：当减小励磁电流时，发电机产生失步现象，此时功角达到90度，之后功角就在-180度和180读之间波动，发电机不能正常运行在发电机和电动机两个运行状态之间来回振荡。当电机电动机运行时，有功功率也在原动机输入值附近波动，但无功功率增加，当电机发电

机运行时，无功功率减小。但是在增大有功功率的同时增大励磁，则功角也在增大，增大的幅度比只调节输入功率大，同步机就不会出现于电网失步。所以在我们在增大有功功率的时候，为了不让同步电机与电网失步，在调节输入功率的同时也要增加励磁。

五、结论:同步发电机并入大电网必须满足以下条件：

1.发电机的频率等于电网频率

2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值

3.发电机的电压相序与电网的相序相同

4.在并网时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样

如果上述四个条件有一个不满足，将对发电机运行产生严重的后果，它们都会在发电机绕组中产生环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题