第15章船舶电力系统频率及有功功率自动调整

课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第15章船舶电力系统频率及有功功率自动调整本章的主要讲解内容第一节船舶电力系统有功功率自动调整基础知识第二节发电机并联运行的有功功率分配第三节有功功率的转移操作第四节自动调频调载装置基本原理第五节自动分级卸载第六节同步发电机的短路与振荡课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第一节船舶电力系统有功功率自动调整基础知识60pnfFFTPPP一、电力系统频率波动的原因及其影响电网频率与发电机组转速有如下关系式：设原动机输入功率为PT，发电机负荷功率为P，忽略内部损耗。当PT=P时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加∆PF，而由于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化，这时，为了保持功率平衡，机组把转子的一部分动能转换成电功率，使机组转速降低，系统频率下降。可见系统频率的变化，是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。返回课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系)(fFPL二、电力系统的负荷调节效应当系统频率变化时，整个系统的负荷功率也随之改变，即在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负载吸收功率的变化起着补偿的作用，使系统能在另一个频率值下得到新的平衡，这种现象称为电力系统的负荷调节效应。负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的，但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配置调速器。课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因此调速器应是一种“定速调速器”。即通过调速器调节维持原动机转速不变。调速器种类有机械式、液压式和电子式等。但无论哪种型式，其工作原理都是测出偏差后，根据偏差的大小和极性去调节原动机，使原动机在负载从零到额定值范围内变化时，维持转速在允许的范围内。三、调速器及其调速特性课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系1．调速器的结构和动作原理图15-1离心式调速器示意图1传动轴;2轴;3飞铁;4拨爪;5滑套筒;6弹簧;7杠杆;8拉杆;9涡轮涡杆;10伺服电动机;11油门控制机构课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系2．调速器的特性图15-2静态调速特性图15-3动态调速特性图15-4调速器的不灵敏区课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系图15-5频率调节四、单机运行时频率的调整图15-6频率的再调节课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第二节发电机并联运行的有功功率分配返回图15-7不同调速特性并联运行课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第三节有功功率的转移操作返回图15-8负荷转移图课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第四节自动调频调载装置基本原理一、自动调频调载装置的原理调整原动机转速及机组的负荷需要根据转速（频率）和负载（功率）的信号，来实现调节。尽管目前自动调频调载装置的品种很多，并且还在不断的更新换代。但基本环节都是由频率变换器、有功功率变换器、有功功率分配器和调整器等组成。返回课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系1．频率变换器它用来检测电网的实际频率f，并将测量值f与额定频率fe进行比较得出偏差∆f，频率变换器将∆f变换为相应的与频差成正比的直流电压信号，送到调整系统去进行综合比较。图15-9为频率变换器及其特性，图15-10为基于波形变换的频率变换器的原理图。efff2．有功功率变换器图15-11图15-12课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系3．有功功率分配器有功功率分配器是一种有功分配运算电路，为实现按比例或均匀分配有功功率而设置的。运算环节主要由比较放大器和加法器组成，它的作用是根据电网总的功率，计算每台发电机应承担功率以及各台发电机实际承担的功率值与平均值之差。4．调整器图15-13课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-9频率变换器及其特性课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-10基于波形变换的频率变换器的原理图课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-11功率变换器及其特性课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系TATVuviuiupup***R1R212取平均值电路uvuiuωtφ0图15-12单相功率变换器原理电路返回课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-13调整器方框图课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系二、自动调频调载方法1．有差调节法有差调节法，如上节所述，是仅依赖有差调速特性的调速器来稳定电网的频率和有功负荷分配的方法。这种方法没有外加的再调节，因此不能保持频率恒定，有功负荷分配通常也不均匀。2．虚有差法图15-141）频率的调整图15-14图15-152）有功功率分配的调整图15-14图15-16课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系3．主调发电机法主调发电机法，是指在并联运行的发电机组中有一台机组上装有调频器，作为主调发电机，其任务是当负荷变化而引起电网频率出现频差时，由它再次调节改变油门，维持电网的频率为额定值，并承担系统负荷的变化量。而其余的发电机则总是保持运行于接近额定值，称为基载发电机。课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-14虚有差法方框图课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-15均功时系统的等效电路课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-16恒频时系统的等效电路课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第五节自动分级卸载返回自动分级卸载保护装置是一种发电机过载保护装置。当发电机出现过载时，自动卸载装置动作，将部分次要负载自动切除，以保护发电机正常工作，并保证重要负载不间断供电。它是提高供电能力的一种有效措施，图15-17为一种自动分级卸载装置（ZFX一1型）的原理框图。课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-17ZFX一1型自动分级卸载装置原理图课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系第六节同步发电机的短路与振荡返回同步发电机在运行过程中，往往由于故障原因或输入输出功率的突然变化，使稳定运行的平衡条件遭到破坏而引起暂态过程。由于发电机电路中的电磁能量不能跃变而发生电磁暂态过程；由于转动系统的机械能量不能跃变而发生机电暂态过程。严重的暂态过程对发电机的安全和并联运行的稳定性都会产生极为不利的影响。课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系一、三相突然短路三相突然短路是指同步发电机出口近端的对称短路，了解三相突然短路的特点有助于理解其他原因（如突加突卸大的负载等）引起的暂态过程。假设短路前发电机空载，电枢电流为零，当突然发生三相短路时，其暂态过程有以下一些特点：1.在短路的暂态过程中三相短路电流为非对称三相电流。图15-18a2.在暂态过程中强制交流分量的幅值也是逐渐衰减的，最后进入幅值不变的稳定短路状态（见图15-18b，图15-18c）表明短路电流有效值随时间变化的情况。3.暂态短路电流远大于稳态短路电流。图15-18c4.三相突然短路的电磁暂态过程虽然极为短暂（约0.1s～0.3s），但其影响较大。课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系返回图15-18同步发电机突然三相短路的短路电流（一相）课件船舶电气设备与系统2020/2/26轮机工程学院船电系二、并联运行发电机的振荡并联运行同步发电机的振荡往往是由于原动机或励磁等系统的故障所引起的机电瞬变过程。转子的振荡有自由振荡和强制振荡。1.自由振荡2.强迫振荡