同步发电机的并联运行(6)
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。
1/ 1。
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。
相同步发电机的并网运行
表4-1
测 量值
计算值
序 号
输出电流I（A） 输出功率P（W）
I
IA
IB
IC
PI
PII
P2 cos
1
2
3
4
5
6
三相同步发电机与电网并网运行时无功功率的调节
（1）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲 线。
a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并网 运行。
b．保持同步发电机的输出功率P2≈0。 c．先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，发电机定子 电流随着If的增加上升到额定电流，并调节Rst保持P2≈0。 记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流Io。 d．减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值， 记录此点数据。 e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加 直至额定电流。 f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表 4-2中。
四、实验方法及步骤
用准同步法将三相同步发电机投入电网并网运行。
工作原理：三相同步发电机与电网并网运行必 须满足以下三个条件。 （1）发电机的频率和电网频率要相同； （2）发电机和电网电压大小、相位要相同； （3）发电机和电网的相序要相同。
为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电 压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。
表4-2
序 三 相 电 流 I（A）
号 IA
IB
IC
I
1பைடு நூலகம்
2
3
4
5
6
7
8
9
10
励磁电流If （A）
（2）测取当输出功率等于0.5倍额定功率时的V形曲线。
a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网 并网运行。
发电机的并联运行
x jI d d x jI
q q
U
I q
I I d
I d xd E0 U cos
图11-11 凸极同 步发电机相量图
UE0 U2 1 1 PM PM m sin m ( )sin 2 PM xd 2 xq xd
第十一章 同步发电机的并联运行
§11-1 概述
一、并联运行的必要性(1)
电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力 资源和发电设备。
增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故， 同时，也减少了备用容量。 供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、 加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压 和频率能保持在要求的恒定范围内。
这种方法叫准整步。
自整步；首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定 子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转， 把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机 投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力 矩，把转子自动地拉入同步。
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
G S
U CS
U CG
V
AG
CG
U CS
U CS
U AG
U 2
U BS
U BS U BG
2 G S 3 ~ 3 1 3
2 1 3
2 1
三个相灯最亮
三个相灯亮度减弱
三个相灯熄灭
图11-4 暗灯法接线和相量图
三、并联投入方法(6) 1. 暗灯法 发电机的相序和电网的相同，电压也相同，但 G S ( f G f S ) ，
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j E0
I
xs
o o j U xs
例题
解：
（2）有功不变，调节励磁 C E0 sin 常数
PM
mE0U xs
sin
常数
E02
jI 2
x
d
E0 sin 常数
P2 mUI cos 常数
jI 3
E01
jI1 xd
U
x
d
A I3
I1 I2
B
I cos 常数
I cos 常数
率不变时，电枢电流I和励磁电流if的关系曲线 I=f (if )。由于这条曲线形状和英文字母 “V” 相
说明：保似持，有故功称功之率为不“变V，”当形调曲节线励。磁电流 if 时，E0 变化，若cos =1，则I 最小；若if 增加，则
E0
增加，I 增加， 滞后；若if 减小，则E0 减小
，
同步发电机的并联运行
否
改变？
（2）保持有功输入不变，调节励磁， 角及输出有
功
是否改变？
（3）保持输出无功不变，调节有功， 角及励磁电
例题
解：
（1）保持励磁不变，调节有功
if const E0 const E0 U jIxs
E 0的轨迹
E0
jIx s
U
I的轨迹
I E0 U j U j E0 jxs jxs xs xs
Ff 1
P2 mUI cos(90 ) 0 Q mUI sin(90 ) mUI (容性无功功率）
发电机发出容性无功，相当于吸收感性无功。 电网吸收容性无功，相当于一电容。
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
一、空载运行
结论： 改变发电机的励磁电流，只能改变无功，不能改
•
•
I1
I2
3）越过励,I 越大,θ越小，
越稳定；
4）电枢反应为去磁性质。
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
3.欠励
•
E02
if if 0 E0 E03 E01
•
j I2 xs
1）E03<E01；
2）电枢电流相量超前于电 压相量，除发有功外，
•
•
E01
j I1 xs
2)若感性无功增加，而励磁不作调节，则电压下降。
无功负荷 无功I 电枢反应去磁作用 B U
例题
并联运行时励磁、无功和有功的调节
例题：
一台三相隐极同步发电机，并联在无限大电网上，
试作出下列三种情况的相量图（忽略电阻），并画 出 E0 、I 的轨迹，说明：
（1）保持励磁不变，调节有功， 角及输出无功是
变有功。正常励磁时，电枢电流为零，无功和有 功为零；过励时，发出感性无功；欠励时，发出 容性无功；过励或欠励越多，电枢电流也越大。
二、负载运行
以隐极电机为例，忽略电枢电阻，保持输出有功功
率恒定。
PM
mE0U xs
sin
常数
E0 sin 常数
P2 mUI cos 常数 I cos 常数
同步发电机的并联运行
•
U
还发容性无功；
3）越欠励,I 越大,θ越大,
•
•
E03
j I3 xs
•
I1
•
I2
越不稳定;θ=90º，达
到静态稳定极限。
4）电枢反应可能为去磁性 质,也可能为加磁性质。
•
I 4 xs
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
4.V形曲线
定义：并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
电力系统除了要供给负载有功功率以外，还要供给负 载大量的无功功率，电网的总无功功率由电网中全部 发电机共同负担。
一、空载运行
这里的空载不是指电枢电流为零，而是指有功
功率或有功电流为零。
E0 U
1.正常励磁
E0 U , I 0,if if 0
•
•
E01
j I xs
•
U
•
I
不发无功，电枢电流最小。
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
2.过励
•
E02
•
j I2 xs
if if 0 E0 E02 E01
•
1）E02>E01；
•
E01
j I1 xs
•
U
2）电枢电流相量滞后电压
相量，除发有功外，还 发感性无功；
E03
功率角改变；有功不变
D
例题
解：
（3）无功不变，调节有功
Q
mE0U
cos
mU 2
C 常数
xs
xs
E0 cos 常数
Q mUI sin 常数
E0
jIx s
I sin 常数 A D
U
E0 cos 常数
I sin 常数
功率角和励磁电流都改变
I
B
同步发电机的并联运行
作业
习题二十一 二、计算题 第1、2、3题
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
4.V形曲线
I
曲线
cos 0.（8 超前）cos 1
cos 0.（8 滞后）
PM PM
0 PMPM
超前
0 欠励
正常励 磁
滞后 过励
PM"' PM" PM'
if
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
4.V形曲线 特点
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
PM
P2
E0 sin
xs
I cos
常数
E末0 端的轨迹为一条与电压相量平
行的直线CD；I 末端的轨迹为一条
与电压相量垂直直线AB。
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
二、负载运行
1.正常励磁
电枢电流相量和电压相量同 相，即cosφ=1 时的励磁电 流为正常励磁。只发有功，
1)同一励磁电流,有功越大,电 枢电流越大,曲线向上移；
2)cosφ=1,即正常励磁时,每条曲 线的电枢电流最小,为曲线的最 低点;由于纯阻性负载的电枢反 应为去磁性质,故连线向右倾斜；
3)cosφ=1线右边为过励，功率因数滞后，发出感性 无功； cosφ=1线左边为欠励，功率因数超前，发 出容性无功。
发电机发出感性无功，相当于吸收容性无功。 电网吸收感性无功，相当于一电感。
Fa I
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
一、空载运行
3.欠励
jIxs U
E 0
if if 0 Ff 1 E0 U
产I 生直j E轴0x加s U磁电（0 枢容反性应无，功维电持流）端电压恒定I 。 Fa
不输出功率，即有功功率
和无功电流都为零。
Ff 1
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
一、空载运行
2.过励
E0 jIxs
U
if if 0 Ff 1 E0 U
I j E0 U （0 感性无功电流）
xs
Ff 1
产生直轴去磁电枢反应，维持端电压恒定。
P2 mUI cos90 0 Q mUI sin 90 mUI (感性无功功率）
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
三、结论
无穷大电网
1)电压和频率恒定不变；
2)调有功,必须调原动机;调励磁,不能调有功;调有 功,无功要发生变化；
3)调励磁,可调无功;过励发感性无功;欠励发容性无功。
实际电网（容量有限）
1)若有功增加，原动机不调节，则电压和频率下降。
有功负荷 I PM TM n U f