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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式：設(shè)原動機(jī)輸入功率為PT，發(fā)電機(jī)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(jī)輸出功率增加?PF，而由于機(jī)械慣性，原動機(jī)的輸入功率還來不及變化，這時，為了保持功率平衡，機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率，使機(jī)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(jī)的負(fù)荷功率與原動機(jī)輸入功率之間失去平衡所致。

返回P發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子極對數(shù)n發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）f電力系統(tǒng)頻率（Hz）第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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(bǔ)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(jī)組必需配置調(diào)速器。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(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(jī)轉(zhuǎn)速不變。調(diào)速器種類有機(jī)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(jī)，使原動機(jī)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī);11油門控制機(jī)構(gòu)第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1、發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)

負(fù)號表示發(fā)電機(jī)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(shí)際上是一條具有一定寬度的帶子。2、原動機(jī)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月四、單機(jī)運(yùn)行時頻率的調(diào)整B點(diǎn)：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)，增加機(jī)組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f2D點(diǎn)：調(diào)頻器二次調(diào)節(jié)，增加機(jī)組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在fe

第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1.2發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配返回有差特性：并聯(lián)運(yùn)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)的控制開關(guān)（在發(fā)電機(jī)控制屏上），使電動機(jī)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(jī)組的調(diào)速控制開關(guān)，才能保持電網(wǎng)頻率不變。第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)轉(zhuǎn)速及機(jī)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(shí)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(yùn)行發(fā)電機(jī)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1．頻率變換器它用來檢測電網(wǎng)的實(shí)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(jī)都需要檢測有功功率。獲得一個與發(fā)電機(jī)實(shí)際有功功率成正比的電壓信號。第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振式：第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月有功功率分配器是一種有功分配運(yùn)算電路，為實(shí)現(xiàn)按比例或均勻分配有功功率而設(shè)置的。運(yùn)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(jì)算每臺發(fā)電機(jī)應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺發(fā)電機(jī)實(shí)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)整器

功能：根據(jù)運(yùn)算環(huán)節(jié)送來的頻差和功率差控制發(fā)電機(jī)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-9頻率變換器及其特性第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-11功率變換器及其特性第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月圖15-12單相功率變換器原理電路返回實(shí)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-13調(diào)整器方框圖第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)法第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3．主調(diào)發(fā)電機(jī)法主調(diào)發(fā)電機(jī)法，是指在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中有一臺機(jī)組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機(jī)，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(jī)則總是保持運(yùn)行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機(jī)。第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-15均功時系統(tǒng)的等效電路第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-16恒頻時系統(tǒng)的等效電路第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.3自動分級卸載

返回自動分級卸載保護(hù)裝置是一種發(fā)電機(jī)過載保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)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(hù)發(fā)電機(jī)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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月返回圖15-17ZFX一1型自動分級卸載裝置原理圖第27頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

ZFX-1型：綜合保護(hù)裝置，可作為發(fā)電機(jī)：1.過載保護(hù)；2.欠壓保護(hù)。使發(fā)電機(jī)分勵脫扣動作跳閘。組成：電流信號變換、檢測、兩級