同步发电机并网运行

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同步发电机并联运行的优点: 1.电能的供应可以互相调剂,合理使用。 2.增加供电的可靠性。 3.提高供电质量,电网的电压和频率能保持在要求的 恒定范围内。 4.系统愈大,负载就愈趋均匀,不同性质的负载,互 相起补偿作用。 5.联成大电力系统,有可能使发电厂的布局更加合理
第二节 并联合பைடு நூலகம்的条件和方法
同步发电机的理想条件:
并联运行通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。 并联运行通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。 就是发电机的端电压和频率与电网完全相等, 就是发电机的端电压和频率与电网完全相等,同步发电机
=0,而是指有 一、空载运行:(不是指 I =0,而是指有 空载运行: 功功率或有功电流为零)
1 2 请比较if 1 和 if 2 的大小
if 1 if 2
P (2) M 一定时,改变励磁 ) 一定时,
电流 i f ,若 i f 1 > i f 2, 则θ1<θ2
0
900
1800
θ
2. 凸极式发电机: 凸极式发电机: 当忽略电枢电阻时, 当忽略电枢电阻时,凸极式电磁功率亦等于输 出功率。 出功率。
& 同相位, & 的存在, 由于 U 与 E 0同相位,虽然有电枢电流 I 的存在,但由 于没有有功功率输出,仍认为是空载。 于没有有功功率输出,仍认为是空载。同步发电机在理想条 件下并联到电网, 件下并联到电网,原动机只能供给同步发电机转动时所需的 损耗功率,即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。 损耗功率,即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。
电磁功
输入 功率P 功率 1
率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
铁损pFe 铁损 附加损 耗pad
定子铜损 pcu1
2. 自同步法: 自同步法:
自同步法的投入步骤为: 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。 励磁绕组经限流电阻短路。 (2)发电机投放电网,立即加直流励磁电流,此 发电机投放电网,立即加直流励磁电流, 时靠定、 时靠定、转子磁场间所形成的引力就可把转 子自动牵入同步。 子自动牵入同步。
Q PM = P2 = mUICosϕ ϕ = ψ −θ
Xd − Xq UE0 2 ∴ PM = P2 = m Sinθ + mU Sin 2θ Xc 2Xd Xq
第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引 i 起的, 成正比,称为励磁电磁功率。 起的,f与励磁电势 E 0 成正比,称为励磁电磁功率。 第二项在隐极机中不存在, 无关, 第二项在隐极机中不存在,与 i f 无关,与端电压 U即 合成等效磁极及纵横轴磁阻的差异有关即 X d ≠ X q , 称作凸极电磁功率
凸极机的功角特性曲线
PM
0
900
1800
θ
结论1 为常数时, 结论1:当励磁电流 i f为常数时,调节发电 机输出的有功功率, 机输出的有功功率,发电机的无功功 率也会改变,输出有功功率减少时, 率也会改变,输出有功功率减少时, 输出落后性无功功率会增大。 输出落后性无功功率会增大。 结论2:并联在电网上的同步发电机,保持 i f 结论 :并联在电网上的同步发电机, & 为常数, 励磁电流 I 为常数,调节发电机输 & 出的有功功率, 出的有功功率,电动势向量E 0的轨 迹是一个圆, 迹是一个圆,电枢电流 向量的轨 迹也是一个圆(圆心不是 圆心不是0), 迹也是一个圆 圆心不是 ,把它们 称为同步电机的圆图。 称为同步电机的圆图。
f = bδ l i f = Bδ Sinθ ′ l i f
等值励磁电流, 若转子极对数为 p ,则整个转子上有个 2 p等值励磁电流,作 用在转子的总电磁转矩为 T:
T = f ⋅ r ⋅ 2 p = Bδ Sinθ ′ l i f ⋅ r ⋅ 2 p = C ⋅ Sinθ ′
2. 转矩平衡和功率平衡:
三、 同步发电机与电网并联运行 时的静态稳定
同步发电机输出容量的大小,不仅受到发热的限制, 同步发电机输出容量的大小,不仅受到发热的限制, 而且受到运行稳定性的限制。 而且受到运行稳定性的限制。 稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系统, 稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系统, 在正常负载调配和不正常事故中, 在正常负载调配和不正常事故中,这些电机或电厂是 否还能保持同步运行的问题。 否还能保持同步运行的问题。 稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。 稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。
灯光旋转法: (2) 灯光旋转法: 此方法比暗灯法容易实现并网操作, 此方法比暗灯法容易实现并网操作,一个相 灯熄灭时,另两个相灯亮度一样; 灯熄灭时,另两个相灯亮度一样;另外可根据灯 电网 光旋转方向判断频率大小。 光旋转方向判断频率大小。
AS BS CS
2 3 1
旋转灯光法接线图
V
AG BG CG
P = pm + pFe = P0 1
也就是, 也就是,原动机的拖动转矩 T1 等于空载矩T0 ,发电机不向 电网输出功率。 电网输出功率。
T1 = T0
2π n Ω= 60
空载时改变发电机的励磁电流 : 1.增大励磁,则 E 0 > U,电流落后电压 900 电角 .增大励磁, 向电网输送感性无功,相当于吸收容性无功), 度(向电网输送感性无功,相当于吸收容性无功), 发电机对电网起电容器作用。 发电机对电网起电容器作用。 2.减小励磁,则 E 0 < U ,电流领先电压 900 电角度, .减小励磁, 电角度, 发电机从电网吸收感性无功功率,此时发电机对电 发电机从电网吸收感性无功功率, 网相当于电感负载。 网相当于电感负载。
3. 改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或 .
领先的纯无功电流,没有能使发电机输出有功功率。 领先的纯无功电流,没有能使发电机输出有功功率。
二、负载运行: 负载运行:
并联到电网上的发电机, 并联到电网上的发电机,能够调节的物理量 有两个:一个是励磁电流, 有两个:一个是励磁电流,另一个是原动机输出 转矩。调节原动机的输出转矩使之增加, 转矩。调节原动机的输出转矩使之增加,T1 > T0 & 引起转子加速,首先出现的是转子位置( 引起转子加速,首先出现的是转子位置(以 Ff 1 & 为标志) 为标志)领先气隙旋转磁密 Bδ ,由于电网频率 不会改变, & 的频率也不会变, 不会改变, Eδ 的频率也不会变,所以气隙磁密 的旋转速度也不能变,维持恒定的同步速度。 的旋转速度也不能变,维持恒定的同步速度。代 & & 表转子位置的空间向量 Ff 1 在空载时与 Bδ 同相 & & 增大瞬间, 位,当 T1 增大瞬间,转子加速使得 Ff 1 领先 Bδ 一个角度 θ ′ 。
电网
& UGA
AS BS CS
& ∆U1
& USA
2 3 1
V
AG BG CG
ωG −ωS
& UGB
& USB
& USC
GS 3~
& ∆U2
& & ∆U3 U
GC
暗灯法接线和向量图
当不满足并网条件时, 当不满足并网条件时,暗灯法所见的现象
a.频率不等:相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象, a.频率不等:相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象, 频率不等 说明发电机与电网的频率不同, 说明发电机与电网的频率不同,需调节原动机转速从而改 变发电机频率。 变发电机频率。 b.电压不等:三个相灯没有绝对熄灭的时候,而是在最亮 电压不等:三个相灯没有绝对熄灭的时候, 电压不等 和最暗范围闪烁, 和最暗范围闪烁,需调节励磁电流从而改变发电机的端电 压。 c.相序不等:三个相灯明暗呈交替变化状态,说明发电 相序不等:三个相灯明暗呈交替变化状态, 相序不等 机与电网的相序不同,需对调发电机或电网的任意两根接 机与电网的相序不同 需对调发电机或电网的任意两根接 线。 d. 相角不等:三组相灯不同时熄灭,不能合闸并网,需 相角不等:三组相灯不同时熄灭,不能合闸并网, 微调节转速。 微调节转速。
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。 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。 限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
j IX
c
UE0 Q PM = P2 = m Sinθ Xc
E0 Sinθ ICosφ = Xc
U&
ϕ
& I
∴ E0 Sinθ = IX c Cosφ
同步发电机的功角特性:
不变时, (1)保持励磁电流i f不变时, ) PM 值与θ 角按正弦曲线 变化, 变化,正半波代表发 PM 电机工况。 电机工况。
1.同步发电机的电磁转矩 T :
每对极只有一匝)去代替实际 用一个等值集中的励磁电流 (每对极只有一匝 去代替实际 每对极只有一匝 的励磁电流。 的励磁电流。由于基波励磁磁动势领先于气隙磁密一个θ ′电 角度, 角度,使励磁电流i f 所在处的气隙磁密不为零 ,有磁场有电 流就必然产生电磁力,转子受力为: 流就必然产生电磁力,转子受力为:
电磁转矩的出现,同步发电机转矩平衡式变为: 电磁转矩的出现,同步发电机转矩平衡式变为:
T1 = T + T0
转矩平衡等式的每项都乘以机械角速度, 转矩平衡等式的每项都乘以机械角速度,就 变成功率平衡式。 变成功率平衡式。
T1Ω = T Ω + T0 Ω ⇒ P = PM + p0 1
同步发电机有功功率的流程图
一、条件: 条件: 并联投入时, 并联投入时,避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的 扭矩。并联合闸必须满足四个条件: 扭矩。并联合闸必须满足四个条件: 1.发电机频率等于电网的频率(各国电网频率大致有两种: 1.发电机频率等于电网的频率(各国电网频率大致有两种: 发电机频率等于电网的频率 50Hz或60Hz,我国为50Hz 50Hz) 50Hz或60Hz,我国为50Hz) 2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值, 2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值,且波形一致 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电压相序相同( 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 发电机的电压相序与电网的电压相序相同 定于原动机的转向,一般是固定的) 定于原动机的转向,一般是固定的) 4.在合闸时, 4.在合闸时,发电机的电压相角与电网电压的相角一样 在合闸时
第四节 有功功率的调节和静态稳定
电网并联运行的同步发电机,当增加原动机的 电网并联运行的同步发电机, 拖动转矩时,电机的电磁制动转矩随之增大, 拖动转矩时,电机的电磁制动转矩随之增大,电机 的电磁功率和输出有功功率增大。 的电磁功率和输出有功功率增大。 1.隐极发电机:若忽略电阻 , 隐极发电机: 隐极发电机 ϕ E& 0 则 PM = P2 = mUICosϕ &
第十八章 同步发电机的并联运行
教学要求: 教学要求: 1.熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法 . 2.掌握同步发电机并联运行的基本电磁关系、 .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 3.掌握有功功率和无功功率的调节 . 4.理解V形曲线的物理意义 .理解 形曲线的物理意义
第一节 概述
GS 3~
条件不满足时对电机的影响
1、电机和电网之间有环流,定子绕组端部受 电机和电网之间有环流, 力变形。 力变形。 2、产生拍振电流和电压,引起电机内功率振 产生拍振电流和电压, 荡。 3、电机和电网之间有高次谐波环流,增加损 电机和电网之间有高次谐波环流, 耗,温度升高,效率降低。 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。 无法消除的环流,危害电机安全运行。
二、方法: 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 = ∆U B = ∆U C = 0 ,即可并网合闸。 & & &
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