同步发电机的准同期并列物理仿真实验

同步发电机的准同期并列

物理仿真实验

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同步发电机的准同期并列仿真

一．实验原理

同步发电机励磁系统可分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统、静止励磁系统（发电机自并励系统）；励磁控制系统承担电压控制、改变发电机无功等任务；调速系统承担调频和有功控制。发电机的并列操作是使待并发电机满足并列条件并入电网运行的一系列动作。具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。

1. 实验预习

清楚同步发电机准同期并列的概念和原理；清楚励磁系统和调速系统的原理和作用。 2. 实验目的

掌握发电机启动、并网、增减负荷等正常操作。

二. 实验内容：

(1) 无穷大系统侧送电。无穷大系统侧如图1所示之单元接线。进入“无穷大系统”界面。先向电源开关发送“合”指令，合上电源开关。观察线电压遥测值，通过调压（升压/降压）使线电压为750V。然后向高压开关发送“合”指令，合上高压开关。完成无穷大电源侧送电。

(2) 发电机组的启动与建压。发电机侧如图2所示之单元接线。点击实验系统图上代表发电机之符号，进入“* #发电机”界面（*代表1、2、3或4）。先向原动机开关发送“合”指令，合上原动机开关。然后向励磁开关发送“合”指令，合上励磁开关。再向开机开关发送“投”指令，开机。调速器将自动启动电动机至额定转速。当机组转速升到90%额定值以上时，励磁调节器自动将发电机电压建压至额定值。观察此过程中的转速遥测值以及发电机电压、频率遥测值。

ａ. 记录三组能说明变化趋势的发电机电压、频率值，并记下对应时间，填入下表， 时间 电压（Ｖ） 频率（Ｈz） 11:22:11 41.3 15.4 11:22:24 169.8 34.7 11:22:30 241.3 49.9 ｂ. 记录向原动机开关发送“合”指令的时间，记录机组转速升到90%额定值以上时，励磁调节器自动将发电机电压建压至额定值需要的时间，填入下表： 向原动机开关发送“合”指令的时间 发电机电压建压至额定值需要的时间 11:20 28s （3）. 准同期并网。通过“* #发电机”界面上的“增/减速”指令调整发电机频率，以及“增/减励磁”指令调整发电机电压；通过“无穷大系统”界面上的“系统升/降压”指令调整系统电压。使同期开关两侧的发电机电压、频率以及系统电压、频率满足准同期并网条件。向同期开关发送“合”指令，合上同期开关。此时由RTU自动判断，完成并网。观察此过程中同期开关两侧电压波形/向量的变化，并观察并网后发电机的电压、频率变化。

ａ. 记录向同期开关发送“合”指令前的发电机端电压和频率：

电压（Ｖ） 222 频率（Ｈz） 49.9

b. 记录三组能说明变化趋势的发电机频率值，并记下对应时间，填入下表，

同步发电机的准同期并列仿真

时间 频率 (Ｈz) 0s 40 1.5s 48.7 2.5s 49.9

（4）.并网前，适量加大同期开关两侧的电压差或频率差，再进行并网操作，记录相应的冲击电流值: 冲击电流值 (Ａ) 电压差（Ｖ） 频率差（Ｈz） 1.3 20 0.6 不断加大差值，直至并网无法成功。记录可以并网的最大电压差及频率差。

（5）.发电机组输出功率。

并网后，通过“* #发电机”界面上的“增/减速”指令可使发电机有功功率输出增加/减少，先增加再减少，记录有功。 未按增/减速指令时的有功（kＷ） 0.508 按增速指令后的有功（kＷ） 按减速指令后的有功（kＷ） 1.045 0.252 通过“* #发电机”界面上的“增/减励磁”指令可使发电机无功功率输出增加/减少，记录按下指令前和后的无功，先增加再减少。

未按增/减励磁指令时的无功（kＶ0.738 ar） 按增磁指令后的无功（kＶar） 0.837 按减磁指令后的无功（kＶar） 0.611

(６).实验完毕。

记录实验数据，并填写实验表格，完成实验报告。

三.实验分析

当发电机组转速升到90%额定值以上时，由于励磁调节器的作用，励磁调节器会在很短的时间内把发电机电压建压至额定值，同时发电机的频率也会升至额定值。此后合上同期开关时，发电机侧的电压频率会先降低一定数值，然后在正弦整步电压的作用下，发电机在几秒的时间内迅速被拉入同步，频率也升至额定值。同期开关两侧的电压差或者频率差增大的时候，冲击电流会变大。同时，两侧电压差20v和频率差为0.6Hz时，并网失败，可见同期开关两侧电压差和频率差必须在一定范围内才能并网成功，且额定电压和额定频率为750v和50Hz，并网失败的电压百分比和频率百分比分别为2.67%和1.2%，可见，并网对频率的要求更高。最后可知随着原动机转速增大（减小），发电机输出的有功变大（变小），即发电机的有功与原动机的转速正相关。随着发电机励磁的增大（减小），输出的无功变大（变小），即发电机的无功与励磁正相关。