第13章 同步发电机的并联运行

第13章 思考题与习题参考答案13.1 试述三相同步发电机理想并列的条件? 为什么要满足这些条件?答：三相同步发电机理想并列的条件是：（1）发电机的端电压gU 与电网电压c U 大小相等，相位相同，即c g U U =；（2）发电机的频率g f 与电网频率c f 相等；（3）发电机的相序与电网相序相同。

如果cg U U ≠，则存在电压差c U U U -=∆，当并列合闸瞬间，在U ∆作用下，发电机中将产生冲击电流。

严重时，冲击电流可达额定电流的5~8倍。

如果c g f f ≠，则电压相量g U 与c U 的旋转角速度不同，因此相量gU 与c U 便有相对运动，两相量的相角差将在0～360之间变化，电压差U ∆在（0～2）g U 之间变化。

频率相差越大，U ∆变化越激烈，投入并列操作越困难，即使投入电网，也不易牵入同步。

交变的U ∆将在发电机和电网之间引起很大的电流，在转轴上产生周期性交变的电磁转矩，使发电机振荡。

如果发电机的相序与电网相序不同而投入并列，则相当于在发电机端点上加上一组负序电压，gU 和c U 之间始终有120相位差，电压差U ∆恒等于gU 3，它将产生巨大的冲击电流和冲击转矩，使发电机受到严重破坏。

13.2 同步发电机的功角在时间和空间上各具有什么含义?答：功角δ既是时间相量空载电动势0E 与电机端电压U 之间的时间相位差角，又是空间相量主磁场0Φ 与合成磁场UΦ 之间的空间夹角。

13.3 与无穷大电网并联运行的同步发电机，如何调节有功功率？调节有功功率对无功功率是否产生影响？如何调节无功功率？调节无功功率对有功功率是否产生影响？为什么？答：与无穷大电网并联的同步发电机，通过调节原动机的输入功率（增大或减小输入力矩）来调节有功功率，调节有功功率会对无功功率产生影响；通过调节发电机励磁电流来调节无功功率，调节无功功率对有功功率不产生影响，因为在输入功率不调节时，输出功率不会变化，这是能量守衡的体现。

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。

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。

第十三章同步发电机的并联运行同步电动机第十三章同步发电机的并联运行同步电动机概念题13-1 比较变压器并联运行和同步发电机运行的条件的异同点变压器并联运行的条件是各台变压器的联机组相同，额定电压和变比相等。

要是变压器之间合理分配负载，还要求各变压器应有相同的短路电流标么值。

同步发电机和大电网并联运行的条件是发电机和电网的电压有效值相等，相位相同，频率相同和相序一致。

因为同步发电机的励磁可以调节，各台发电机并联运行时端电压相等，但空载电动势可以不同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配，同步发电机的电抗有不同数值时仍可并联运行，这是和变压器要求有相同的短路阻抗，是不同的。

13-2 什么是同步发电机的功角特性？再推导功角特性时用什么假定？功角θ的时间和空间物理意义是什么？功角特性是电磁功率与功角的关系。

推导功角特性时，略去电枢电阻。

功角θ是电动势Eo和电压U之间的时间和相位差，如忽略漏阻抗压降，θ是产生电动势Eo的转子主磁通Φ0和产生Eδ=U的合成磁通之间的空间相位差。

表示转子旋转磁场和气隙合成旋转磁场之间的相对位置。

功角的大小和电磁的功率成正比。

功角数值的正负，决定同步发电机的运行状态。

13-3 为什么隐极同步发电机和凸极发电机的功角特性表达式不同？隐极同步发电机空气隙均匀，气隙磁阻为常数。

功角特性P=======.功角θ=90时，输出功率最大。

凸极同步发电机空气隙不均匀，直轴范围磁阻小，交轴范围磁阻大，因为交直轴的磁阻不相等产生附加电磁功率称为磁阻功率。

功角特性P=======。

由式可见磁阻功率仅与电网电压U有关，只要Xd=Xq，θ≠0，就会产生磁阻功率。

凸极发电机的基本电磁功率在θ=90时最大，磁阻功率在θ=45时最大，总的电磁功率最大值将出现在45~90之间。

13-4 和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，输出无功功率的大小是否改变？和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，则无功功率的大小要改变，过历时发电机输出的感性无功功率，欠励时发电机输出容性无功功率。

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。

并联运行同步发电机组间无功功率分配讨论同步发电机组并联运行的无功功率分配，首先要建立一个概念--电网上只有一个电压。

船舶电网是独立电网,电网上有几台机组并联运行时，电压是各台发电机电势共同作用的结果。

发电机在负载电流产生的电枢反应作用下输出与电网平衡的电压，当手动或自动调节任意一台发电机的励磁电流，就会改变该台发电机本身产生的电势的大小，同时会改变无功负载的承担，也会改变电网电压。

并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调整特性曲线所决定。

也就是说，同步发电机间无功功率的分配,实际是通过电压调整器调整励磁电流，以调整发电机电势的办法来实现的。

因此，电压调整器不仅担负着调整电压的任务，同时，还担负着调整和分配无功功率的任务。

当两台并联运行发电机的电势不相等，而频率、相位相等时，在两机组之间将产生一个无功性质的环流，其结果将使电势较高的发电机输出无功功率增大，而电势较低的发电机输出的无功功率减少(发电机负载电流功率因数低的，无功功率大;功率因数高的，则无功功率小)。

由此可见，当同步发电机并联运行时，通过改变发电机的励磁电流来调节其电势，即能调整无功输出、实现无功功率转移。

具体调节方法是:必须同时调节两台发电机的励磁电流，将功率因数低的发电机励磁电流减小，与此同时将功率因数高的发电机励磁电流减大，这样就可以使两台发电机功率因数趋于-致，即输出的无功功率相等。

通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压，因此同步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。

同步发电机的电压调整特性是指发电机端电压U。

随无功电流I变化的规律，通常用Ug-f(Io)的曲线表示。

发电机并联运行时，调压特性曲线应呈下倾特性。

这样有利于稳定地并联工作。

由于两台机组的电压调整特性不一致，导致无功分配不均匀，特性曲线平坦的机组承担的无功变化大，特性曲线较陡的承担无功变化小，因此希望并联运行机组应有相同的电压调整特性。

同步发电机并联运行的方法
同步发电机并联运行是指将多台同步发电机通过母线连接在一起，共同向负载供电的运行方式。

以下是同步发电机并联运行的方法：
1. 直接并联法：将两台或多台同步发电机的输出端直接连接在同一母线上，通过母线将电能输送到负载。

这种方法需要保证各台发电机的电压、频率、相位和相序相同，否则会引起环流和电能质量问题。

2. 准同步并联法：在直接并联法的基础上，通过调整各台发电机的电压、频率、相位和相序，使其达到同步状态后再进行并联。

这种方法需要使用同步装置来检测和调整各台发电机的参数，以确保并联时的同步性。

3. 自动并联法：通过自动控制系统来实现同步发电机的并联运行。

这种方法利用自动控制系统检测各台发电机的参数，并通过控制系统调整各台发电机的输出，以实现同步并联运行。

在实际应用中，同步发电机并联运行通常采用准同步并联法或自动并联法，以确保并联运行的稳定性和可靠性。