頻率及有功功率自動調(diào)節(jié)

頻率及有功功率自動調(diào)節(jié)第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.1船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調(diào)整基礎(chǔ)知識

一、電力系統(tǒng)頻率波動的原因及其影響電網(wǎng)頻率與發(fā)電機組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式：設(shè)原動機輸入功率為PT，發(fā)電機負(fù)荷功率為P，忽略內(nèi)部損耗。當(dāng)PT=P時輸入與輸出功率平衡，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速（即頻率）不變。如果系統(tǒng)中的負(fù)荷突然變化使發(fā)電機輸出功率增加?PF，而由于機械慣性，原動機的輸入功率還來不及變化，這時，為了保持功率平衡，機組把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率，使機組轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)頻率下降?？梢娤到y(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機的負(fù)荷功率與原動機輸入功率之間失去平衡所致。

返回P發(fā)電機組轉(zhuǎn)子極對數(shù)n發(fā)電機組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）f電力系統(tǒng)頻率（Hz）第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二二、電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的負(fù)荷功率也隨之改變，叫負(fù)荷的功率頻率特性，即在電力系統(tǒng)中功率平衡被破壞引起頻率變化時，負(fù)載吸收功率的變化起著補償?shù)淖饔?，使系統(tǒng)能在另一個頻率值下得到新的平衡，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，對于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠這個效應(yīng)，頻率的變化將是很大的。為了保證系統(tǒng)的頻率變化在一定的允許范圍內(nèi)（±0.2HZ），發(fā)電機組必需配置調(diào)速器。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內(nèi)，因此調(diào)速器應(yīng)是一種“定速調(diào)速器”。即通過調(diào)速器調(diào)節(jié)維持原動機轉(zhuǎn)速不變。調(diào)速器種類有機械式、液壓式和電子式等。但無論哪種型式，其工作原理都是測出偏差后，根據(jù)偏差的大小和極性去調(diào)節(jié)原動機，使原動機在負(fù)載從零到額定值范圍內(nèi)變化時，維持轉(zhuǎn)速在允許的范圍內(nèi)。三、調(diào)速器及其調(diào)速特性第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二1．調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和動作原理

圖15-1離心式調(diào)速器示意圖1傳動軸;2軸;3飛鐵;4撥爪;5滑套筒;6彈簧;7杠桿;8拉桿;9渦輪渦桿;10伺服電動機;11油門控制機構(gòu)第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二2．調(diào)速器的特性圖15-2靜態(tài)調(diào)速特性圖15-3動態(tài)調(diào)速特性圖15-4調(diào)速器的不靈敏區(qū)第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二1、發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)

負(fù)號表示發(fā)電機輸出功率的變化和頻率變化符號相反。（1）瞬時調(diào)速率J：（2）轉(zhuǎn)速恢復(fù)到穩(wěn)定值所需要時間T（如圖）（3）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)（如圖）：由于測量元件的不靈敏性，對微小的轉(zhuǎn)速變化不能反應(yīng)，調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)，因而調(diào)節(jié)特性實際上是一條具有一定寬度的帶子。2、原動機的動態(tài)特性-轉(zhuǎn)速與時間的變化關(guān)系。其指標(biāo)有：第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二四、單機運行時頻率的調(diào)整B點：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)，增加機組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f2D點：調(diào)頻器二次調(diào)節(jié)，增加機組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在fe

第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.1.2發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配返回有差特性：并聯(lián)運行時能隨電網(wǎng)負(fù)荷變化自動穩(wěn)定分配有功功率；

理想的特性：下降的有差(下降率3%左右)，且斜率一致的特性。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.1.3有功功率的轉(zhuǎn)移操作

返回圖15-6負(fù)荷轉(zhuǎn)移圖方法：通過操作調(diào)速器電動機的控制開關(guān)（在發(fā)電機控制屏上），使電動機改變調(diào)速器彈簧預(yù)緊力，使特性上下平移。轉(zhuǎn)移負(fù)載時必須同時向反方向調(diào)節(jié)兩機組的調(diào)速控制開關(guān)，才能保持電網(wǎng)頻率不變。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.2自動調(diào)頻調(diào)載原理一、自動調(diào)頻調(diào)載裝置的原理調(diào)整原動機轉(zhuǎn)速及機組的負(fù)荷需要根據(jù)轉(zhuǎn)速（頻率）和負(fù)載（功率）的信號，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。盡管目前自動調(diào)頻調(diào)載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新?lián)Q代。但基本環(huán)節(jié)都是由頻率變換器、有功功率變換器、有功功率分配器和調(diào)整器等組成。返回自動調(diào)頻調(diào)載裝置的主要作用：1.按比例分配并聯(lián)運行發(fā)電機負(fù)荷,保持電網(wǎng)頻率恒定；2.解列時自動轉(zhuǎn)移負(fù)荷。第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二1．頻率變換器它用來檢測電網(wǎng)的實際頻率f，并將測量值f與額定頻率fe進(jìn)行比較得出偏差?f，頻率變換器將?f變換為相應(yīng)的與頻差成正比的直流電壓信號，送到調(diào)整系統(tǒng)去進(jìn)行綜合比較。圖15-9為頻率變換器及其特性，圖15-10為基于波形變換的頻率變換器的原理圖。2．有功功率變換器圖15-11圖15-12有功功率變換器：每臺機都需要檢測有功功率。獲得一個與發(fā)電機實際有功功率成正比的電壓信號。第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二諧振式：第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二有功功率分配器是一種有功分配運算電路，為實現(xiàn)按比例或均勻分配有功功率而設(shè)置的。運算環(huán)節(jié)主要由比較放大器和加法器組成，它的作用是根據(jù)電網(wǎng)總的功率，計算每臺發(fā)電機應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺發(fā)電機實際承擔(dān)的功率值與平均值之差。3．有功功率分配器4．調(diào)整器圖15-13有功功率分配器根據(jù)的大小和方向發(fā)出相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二

調(diào)整器

功能：根據(jù)運算環(huán)節(jié)送來的頻差和功率差控制發(fā)電機調(diào)速器馬達(dá)。具體：1.能判斷并決定調(diào)速方向；2.適當(dāng)延時避開動態(tài)過程；3.有一定的不靈敏區(qū)。原理框圖第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-9頻率變換器及其特性第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回基于波形變換式：T0固定，頻率小于額定值，負(fù)半波比正半波寬，頻差為負(fù)，平均值也為負(fù)；反之則為正。變換后輸出電壓與電網(wǎng)電壓的頻率偏差值成正比，而與電網(wǎng)電壓的大小無關(guān)。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-11功率變換器及其特性第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二圖15-12單相功率變換器原理電路返回實際船舶采用兩個單相變送器測量三相功率，即用兩個瓦特表法測三相電功率。注意：整流橋起電子開關(guān)作用。第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-13調(diào)整器方框圖第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.2.2自動調(diào)頻調(diào)載方法1．有差調(diào)節(jié)法

有差調(diào)節(jié)法，如上節(jié)所述，是僅依賴有差調(diào)速特性的調(diào)速器來穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和有功負(fù)荷分配的方法。這種方法沒有外加的再調(diào)節(jié)，因此不能保持頻率恒定，有功負(fù)荷分配通常也不均勻。2．虛有差法圖15-14是對頻差和功率差進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)1）頻率的調(diào)整圖15-14圖15-152）有功功率分配的調(diào)整圖15-14圖15-16定義：協(xié)助調(diào)速器來恒定頻率和功率分配。包括：有差調(diào)節(jié)法、虛有差法、主調(diào)發(fā)電機法第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二3．主調(diào)發(fā)電機法主調(diào)發(fā)電機法，是指在并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺機組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機，其任務(wù)是當(dāng)負(fù)荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差時，由它再次調(diào)節(jié)改變油門，維持電網(wǎng)的頻率為額定值，并承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷的變化量。而其余的發(fā)電機則總是保持運行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機。第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-14虛有差法方框圖該調(diào)節(jié)法是在調(diào)整過程中是有差的，但調(diào)整結(jié)果是無差的。第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-15均功時系統(tǒng)的等效電路第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-16恒頻時系統(tǒng)的等效電路第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二15.2.3自動分級卸載

返回自動分級卸載保護裝置是一種發(fā)電機過載保護裝置。當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)過載時，自動卸載裝置動作，將部分次要負(fù)載自動切除，以保護發(fā)電機正常工作，并保證重要負(fù)載不間斷供電。它是提高供電能力的一種有效措施，圖15-17為一種自動分級卸載裝置（ZFX一1型）的原理框圖。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二返回圖15-17ZFX一1型自動分級卸載裝置原理圖第27頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二

ZFX-1型：綜合保護裝置，可作為發(fā)電機：1.過載保護；2.欠壓保護。使發(fā)電機分勵脫扣動作跳閘。組成：電流信號變換、檢測、兩