同步发电机的并网运行

发电机并网原理
发电机并网原理是指将多台发电机连接在一起，共同向电网输出电能的过程。

其原理主要包括并联发电机的电压、频率和相位同步。

首先，通过并联连接，使得多台发电机的输出端口连接到一个公共的电网上。

在并网过程中，需要保持所有发电机的电压保持一致。

为了实现电压同步，通常会使用自动电压调整器（AVR）等装置，使得发电机的输出电压与电网的电压相匹配。

其次，发电机的频率也需要与电网保持同步。

一般来说，电网的工作频率为50Hz或60Hz，发电机的旋转速度和极对数都
是确定频率的重要参数。

为了保证发电机的频率与电网相一致，通常会设置速度调节器，使得发电机的转速与电网的频率保持同步。

最后，相位同步是确保多台发电机的输出电流相位一致。

这是通过发电机的同步装置实现的，其中包括同步发电机的励磁系统和同步器。

同步器会监测电网的相位，并控制励磁系统，使发电机输出的电流相位与电网保持一致。

总之，发电机并网原理是通过电压、频率和相位同步，使得多台发电机能够协调工作，将电能输出到同一个电网中，以满足电力供应的需求。

三相同步发电机的并网运行一、实验目的1、掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2、掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二、预习要点1、三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件?不满足这些条件将产生什么后果?如何满足这些条件？2、三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率?调节过程又是怎样的？三、实验项目1、用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2、用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

3、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

４、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

(1) 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的Ｖ形曲线。

(2)测取当输出功率等于0.５倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D52、D５3、Ｄ34-２３、用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件：（1)发电机的频率和电网频率要相同,即fⅡ=fⅠ;（2）发电机和电网电压大小、相位要相同，即E０Ⅱ=UⅠ;(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。

4、旋转灯光法（1) 按图5-４接线。

三相同步发电机GＳ选用ＤJ18,ＧS的原动机采用DＪ23校正直流测功机ＭG。

Rｓt选用R2上1８0Ω电阻,Rｆ1选用Ｒ1上18０0Ω阻值，R f2选用R3上900Ω与900Ω并联加R4上９0Ω与90Ω并联共495Ω阻值,R选用Ｒ6上9０Ω固定电阻。

开关S1选用D５2挂箱，S2选用D５3挂箱。

并把开关S1打在“关断”位置,开关Ｓ2合向固定电阻端(图示左端)。

（2)三相调压器旋钮退至零位,在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下,合上电源总开关,按下“启动”按钮,调节调压器使电压升至额定电压2２0伏,可通过V１表观测。

图5-4 三相同步发电机的并联运行(３) 按他励电动机的起动步骤(校正直流测功机MG电枢串联起动电阻R st，并调至最大位置。

同步发电机的并网运行本章概述：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）和可靠性（发生故障就得停电）；②无法实现供电的灵活性和经济性。

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处点:①提高了供电的可靠性，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灵活性。

③提高了供电质量，同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。

17-1并联条件及其方法一、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。

在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。

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双方应有一致的相序。

若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压, 如果闭合K,在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。

上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。

二、并联方法并车的准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，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压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(看动画)并车方法为：①通过调节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，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；③通过调节发电机的转速改变其频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时, U=U1将三只灯泡直接跨接于电网与发电机的对应相之间说明和电网频率已十分接近，等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。

同步发电机并网运行时无功功率的调节一、无功功率的调节负载类型,多数负载除了消耗有功功率外,还要消耗电感性无功功率,如异步电机/变压器/电抗器等。

电网除了供给有功功率外，还要供给大量滞后性的无功功率。

电网所供应的全部无功功率一般由并网的所有发电机分担。

本节将讨论发电机所担负的无功功率的调节方法。

分析过程中，认为发电机的电压和频率将维持常数。

如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。

P2=mUIacosj = mUE0sind /Xs= 常数Iacosj = 常数E0sind = 常数在有功功率不变时，调节发电机的励磁电流，则空载电势也随之变化。

隐极发电机的电势相量图中，Ia和E0的矢端必须落在直线AB和CD上。

①如果在某一励磁电流If0时，Ia正好与平行，此时无功功率为0,发电机输出的全部是有功功率，我们说发电机处于正常励磁状态。

②如果增加励磁电流到If1，则E0的矢端沿直线AB右移到E01，Ia的矢端将沿直线CD下移至Ia1，Ia1滞后于U，我们说发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率；③如将励磁电流减少到If2，则E0的矢端沿BA左移到E02，Ia的矢端将沿DC上移到Ia2，Ia2超前于U，我们说发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。

二、V形曲线通过调节励磁电流可以调节同步发电机无功功率。

励磁电流变化时，发电机的电枢电流也会发生相应的变化。

在有功功率不变时，将励磁电流If从欠励调节到过励,Ia=f(If)的曲线是一个V形。

V形曲线是一簇曲线，每条曲线对应一定的有功功率。

V形曲线上都有一个最低点，对应cosj=0的情况。

将所有的最低点连接起来，将得到与cosj =0 对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。

V形曲线可以利用电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得。

同步发电机与电⽹的并联运⾏重庆⼤学电⽓⼯程学院，《电机学》课程，4.5学分，上课72学时，实验18学时，韩⼒，? 2005，hanli@，65111229同步发电机与电⽹的并联运⾏电⽓⼯程学院韩⼒本节内容并联运⾏的⽬的意义投⼊并联运⾏的条件投⼊并联运⾏的⽅法功⾓特性有功功率的调节⽆功功率的调节发电机并⽹运⾏的意义减少发电⼚的储备容量：发电⼚可以根据负荷的发展，相应地逐步增加发电机的台数。

提⾼发电⼚运⾏的经济性：发电⼚可按照负荷变化倩况，确定投⼊并联运⾏的发电机台数。

提⾼供⽤电的质量和可靠性：由多台发电机组成⼀个发电⼚，由许多发电⼚构成电⼒系统，容量⼤，负荷变化时对系统的电压和频率的影响就⼩。

同步发电机投⼊并联运⾏的条件同步发电机与电⽹的相序必须⼀致；同步发电机与电⽹的频率应相同；同步发电机的激磁电动势E0与电⽹电压U的幅值、相位、波形应相同。

同步发电机投⼊并联运⾏的条件相序⼀致：多相系统相容的基本要求。

波形、频率、幅值、相位相同：交流电磁量相等的基本条件。

同步发电机投⼊并联运⾏的⽅法准确整步法直接接法交叉接法⾃整步法直接接法（灯光熄灭法）交叉接法（灯光旋转法）⾃整步法前提：相序⼀致。

将励磁绕组通过限流电阻短接；拖动到接近同步速（相差2~5％），在⽆励磁电流的情况下，将发电机接⼊电⽹；再接通励磁并调节励磁，依靠定⼦磁场和转⼦磁场之间的电磁转矩，将发电机牵⼊同步转速。

注意事项：励磁绕组必须通过⼀个限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的⾼压；直接短路，将在定、转⼦绕组间产⽣很⼤的冲击电流。

同步发电机并⽹⽅法的⽐较同步发电机的功⾓特性前提：E0、U、f保持不变；忽略电枢电阻，Ra=0。

不计饱和寻求：Pe＝f(δ)同步发电机的功⾓特性同步发电机的功⾓特性同步发电机的功⾓特性隐极与凸极同步发电机功⾓特性的⽐较隐极与凸极同步发电机功⾓特性的⽐较功率⾓的双重含义同步发电机有功功率的调节“⽆穷⼤”电⽹的概念有功功率的调节静态稳定“⽆穷⼤”电⽹的概念电⽹视在功率S等于⽆穷⼤；电⽹内部阻抗Z等于零；电⽹电压U等于常数；电⽹频率f等于常数。

同步发电机的并联运行➢无限大电网无限大电网：现代电网的电压和频率可以看作是不变的，即U=常数，f＝常数，称为无限大电网，所以无限大电网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。

➢并联投入条件1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。

2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。

3.发电机的频率等于电网的频率。

4.发电机的相序必须与电网相序一致。

§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法➢并联投入方法整步过程：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。

准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入条件，然后投入电网，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。

同步发电机的并联运行§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式P 1= ( pm+ pfe+ pad) +PMP 2=PM-PcuaP2= mUI cosϕE 0 U cos ϕ + Ir a = E δ cos ϕ'P M= mE δ I cos ϕ'图11-7 隐极同步发电机电动势相量图 jI x s E δ jI x σ UI r aϕ' I➢ 转矩方程式T 1 = T 0 + T MP 1 = p fe + p m + P M Ω1 Ω1 Ω1Ω = 2π n 1 = 2π f (机械弧度/ 秒) 1 60 p同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性功角特性是同步电机并网运行的基本特性之一。

通过功角特性，可以确定稳态运行时发电机所能发出的最大电磁功率，还可以用它来分析静态稳定等问题。

功率角：指励磁电动势E 0和电网电压U 这两个向量之表示。

同步发电机的并联运行一、并联运行的必要条件二台同步发电机投入并联运行的必要条件：（1）发电机的频率与待并机组或电网频率相同，即FⅡ=FⅠ（2）发电机和电网的波形相同即三相正弦交流电（3）发电机和电网的电压大小及相位相同。

（4）发电机和电网的相序一致.一般情况下，条件(2)有设计制造年时来保证，不会出现问题。

条件（4）是最关键的最重要的条件，若条件（4）不满足是绝对不允许投入并联运行的，否则，将造成重大设备事故。

具体并联操作时，条件（2）可不考虑，条件（4）是电机出厂前由厂家对转向和相序作了标定。

只要接线时不搞错，一般不会出现问题。

当然，在没有完全把握时，可在并网前确认一下相序为好，以保万无一失。

于是，并网只要注意条件（1）和（3）就可以了。

二、投入并联运行的方法投入并联运行的方法很多，主要有自同步法和准确同步法，即同步表法。

主要由操作人员将电机的电压频率整定到符合并联运行的条件，为了判断该条件，常采用一种专门的同步指示装置（同步表MZ－10，100V）。

最简单的同步指示装置是灯光法，采用三组同步指示灯来检验合闸条件。

同步指示灯有两种接线方法：1.直接法（灯光明灭法）；2.交叉灯光法。

1注意：当控制回路电源缺相时，同期表指针将大幅度偏摆。

调整电压整定电位器使同期表上的电压指示在中间位置。

调整转速微调电位器，使频率指示在中间位置。

同期表S指示顺时针转动最慢，当指针指示在12点时为同步点。

并联运行的操作：a.并联时，先将控制屏同步检测转换开关置于“并”位置，调节电压整定电位器和转速微调电位器，使待并机组的电压、频率与电网或另一机机组的电压、频率相同，将并车方式开关置于“自动”位置，按自动并车按钮并保持一段时间，直到待并机组并车成功。

如自动并车功能失灵，可将并车方式开关置于“手动”位置，并观察同步表，当其指针逆时针转动最慢到垂直向上位置时，即可按合闸按钮，使待并机组与电网或另一机组并联。

b.当机组与电网并联运行时，并联成功后，调节转速调节电位器和电压整定电位器，使机组在功率因数0.8-0.9（滞后），有功功率在一定值下运行。