電力系統(tǒng)自動(dòng)化教案 Microsoft W

1、電力系統(tǒng)自動(dòng)化教案（初稿、節(jié)選）課程名稱：電力系統(tǒng)自動(dòng)化學(xué)時(shí)：40；上課：36；實(shí)驗(yàn)：4。教 材：電力系統(tǒng)自動(dòng)化，商國才編著，天津大學(xué)出版社，1999.6。參考書：電力系統(tǒng)自動(dòng)化，李先彬主編，水利電力出版社，1995。電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理，楊冠城主編，水利電力出版社，1995本課程的教學(xué)內(nèi)容：緒論：電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要性，本課程的主要內(nèi)容及其特點(diǎn)。電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動(dòng)控制：負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。電力系統(tǒng)電壓和無功功率的自動(dòng)控制：勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)及對(duì)磁控制系統(tǒng)的基本要求，磁方式分類，起勵(lì)、滅勵(lì)、強(qiáng)

2、勵(lì)、強(qiáng)減，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本構(gòu)成，勵(lì)磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性，電壓調(diào)差系數(shù)，調(diào)差裝置。同步發(fā)電機(jī)的并列操作：準(zhǔn)同期并列與自同期并列，準(zhǔn)同期并列的整定計(jì)算，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成原理。電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載：電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性，自動(dòng)低頻減載的基本原理，低頻減載整定計(jì)算的原則。電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化概論：調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理，調(diào)度自動(dòng)化的主要功能，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)。第一章 緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程的特點(diǎn)和涉及的學(xué)科，總體把握課程學(xué)習(xí)方法，了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及其特征。由電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)行要求可見對(duì)電力系統(tǒng)的控制與管理一個(gè)大型電力系統(tǒng)，使之安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行是

3、十分困難而艱巨的。僅靠值班人員進(jìn)行人工監(jiān)視是無法實(shí)現(xiàn)的，必須依靠自動(dòng)裝置和設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。1.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展階段一、單一功能自動(dòng)化階段單一功能的自動(dòng)裝置有：故障自動(dòng)切除裝置（即繼電保護(hù)裝置，自動(dòng)切除出現(xiàn)故障的發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路等設(shè)備）、自動(dòng)操作和調(diào)節(jié)裝置（如斷路器自動(dòng)操作、發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓和自動(dòng)調(diào)速裝置等）、遠(yuǎn)距離信息裝置（即遠(yuǎn)動(dòng)裝置）單一功能自動(dòng)化的特點(diǎn)是：1、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、自動(dòng)化三者自成體系，分別完成各自功能2、對(duì)單個(gè)電力設(shè)備和單一過程用分立的自動(dòng)裝置來完成自動(dòng)化的單一功能3、電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠和變電站之間的自動(dòng)裝置沒有什么聯(lián)系。4、電力系統(tǒng)的統(tǒng)一運(yùn)行主要靠電力系統(tǒng)調(diào)度中心的

4、調(diào)度員根據(jù)遙信、遙測傳來的信息，加上自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)通過電話或遙控和遙調(diào)來指揮。二、綜合自動(dòng)化階段 特點(diǎn)是用一套自動(dòng)化系統(tǒng)或裝置來完成以往兩套或多套分離的自動(dòng)化系統(tǒng)或裝置所完成的工作。1.2 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及調(diào)度控制一、電力系統(tǒng)的正常狀態(tài)和非正常狀態(tài)正常時(shí)滿足等式和不等式約束條件二、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及相應(yīng)的調(diào)度控制第二章 電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理，調(diào)度自動(dòng)化的主要功能，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)。2.1 電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是如何實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的功能有電力系統(tǒng)監(jiān)視和控制電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)電力系統(tǒng)安全分析和安全控制電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制電力系統(tǒng)潮流優(yōu)

5、化電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)負(fù)荷預(yù)測電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動(dòng)控制電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制電力系統(tǒng)負(fù)荷管理2.2 遠(yuǎn)動(dòng)和信息傳輸設(shè)備的配置和功能參考電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)課程2.3 調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及人機(jī)聯(lián)系設(shè)備一、調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：完成信息處理和加工任務(wù)。由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和專用接口組成，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，還有計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的配置問題。二、人機(jī)聯(lián)系設(shè)備：交互型的調(diào)度員控制臺(tái)、遠(yuǎn)方控制臺(tái)、調(diào)度員工作站、模擬屏以及通用的打印機(jī)、程序員終端等。2.4 電力系統(tǒng)的分層調(diào)度控制集中調(diào)度控制就是把電力系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電廠和變電站的信息都集中在一個(gè)調(diào)度控制中心，由一個(gè)調(diào)度控制中心對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)

6、行調(diào)度控制。分層調(diào)度控制就是把全電力系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)分配給屬于不同層次的調(diào)度中心，下一層調(diào)度完成本層次的調(diào)度控制任務(wù)外，還接受上一級(jí)調(diào)度組織的調(diào)度命令并向上層調(diào)度傳遞所需信息。分層調(diào)度與集中調(diào)度相比，它的優(yōu)點(diǎn)是：便于協(xié)調(diào)控制；提高系統(tǒng)可靠性；改善系統(tǒng)響應(yīng)各級(jí)調(diào)度中心的控制和管理任務(wù)：大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心（網(wǎng)調(diào)）：1.區(qū)網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測、安排系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和發(fā)電計(jì)劃2.頻率有功功率控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度控制3.區(qū)主網(wǎng)樞紐點(diǎn)電壓監(jiān)視和無功功率控制4.區(qū)網(wǎng)安全監(jiān)視、預(yù)防事故分析和校正控制5.區(qū)網(wǎng)正常操作和事故處理6.區(qū)網(wǎng)檢修計(jì)劃7.調(diào)度記錄、統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)省調(diào)度中心（省調(diào)）：1.省網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測并按經(jīng)濟(jì)原則作出省網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)

7、度及所屬發(fā)電廠發(fā)電計(jì)劃2.省主網(wǎng)和110kv系統(tǒng)樞紐點(diǎn)電壓監(jiān)視和無功控制3.省主網(wǎng)和110kv系統(tǒng)安全監(jiān)視和控制4.不影響區(qū)網(wǎng)的局部性正常操作和事故處理5.管理范圍內(nèi)的網(wǎng)損計(jì)算和檢修計(jì)劃6.水庫調(diào)度、水電廠發(fā)電計(jì)劃7.調(diào)度記錄報(bào)告（對(duì)上級(jí)）、統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)地區(qū)調(diào)度所（地調(diào)）或中間控制所（即某些廠、站承擔(dān)對(duì)其附近子廠、站得控制和信息傳遞）：1.局部110KV系統(tǒng)樞紐點(diǎn)電壓監(jiān)視和控制2.局部110KV系統(tǒng)安全監(jiān)視和控制3.局部110KV系統(tǒng)正常操作和事故處理4.管理范圍內(nèi)的網(wǎng)損計(jì)算和檢修計(jì)劃5.對(duì)所屬供電局的業(yè)務(wù)聯(lián)系6.統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)第三章 電力系統(tǒng)的頻率和有功功率自動(dòng)控制學(xué)習(xí)目標(biāo)：負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，調(diào)速系

8、統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性，自動(dòng)低頻減載的基本原理，低頻減載整定計(jì)算的原則。3.0概述f=pn/60式中 f發(fā)電機(jī)頻率，HZ P發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)； n機(jī)組轉(zhuǎn)速，r/min。由上式可知，要控制發(fā)電機(jī)頻率就得控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。3.1頻率、有功控制的必要性一、 電力系統(tǒng)頻率控制的必要性頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一1、 頻率對(duì)電力用戶的影響 1）電力系統(tǒng)頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，這會(huì)使得電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的加工工業(yè)產(chǎn)品的機(jī)械的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。有些產(chǎn)品（如紡織和造紙行業(yè)的產(chǎn)品）對(duì)加工機(jī)械的轉(zhuǎn)速要求很高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，

9、甚至?xí)霈F(xiàn)次品和廢品。2） 系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能，頻率過低時(shí)有些設(shè)備甚至無法工作。這對(duì)一些重要工業(yè)和國防是不能允許的。3） 電力系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致其所帶動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響電力用戶設(shè)備的正常運(yùn)行。2、 率對(duì)電力系統(tǒng)的影響1）率下降時(shí)，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)會(huì)變大，輕則影響使用壽命，重則可能產(chǎn)生裂紋。對(duì)于額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)，當(dāng)頻率降低到45Hz附近時(shí)，某些汽輪機(jī)的葉片可能發(fā)生共振而斷裂，造成重大事故。2）下降到4748Hz時(shí)，由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵和磨媒機(jī)等發(fā)電廠廠用機(jī)械的出力隨之下降，使

10、火電廠鍋爐和汽輪機(jī)的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢(shì)如果不能及時(shí)制止，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種現(xiàn)象稱為頻率雪崩。出現(xiàn)頻率雪崩會(huì)造成大面積停電，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。3）核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵對(duì)供電頻率有嚴(yán)格要求。當(dāng)頻率降到一定數(shù)值時(shí)，冷卻介質(zhì)泵即自動(dòng)跳開，使反應(yīng)堆停止運(yùn)行。4）電力系統(tǒng)頻率下降時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的無功損耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會(huì)引起勵(lì)磁機(jī)出力下降，并使發(fā)電機(jī)電勢(shì)下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原來的電壓水平偏低，在頻率下降到一定值時(shí)，可能出現(xiàn)電壓快速而不斷地

11、下降，即所謂電壓雪崩現(xiàn)象。出現(xiàn)電壓雪崩會(huì)造成大面積停電，甚至使系統(tǒng)瓦解。二、 力系統(tǒng)有功功率控制的必要性1、 維持電力系統(tǒng)頻率在運(yùn)行范圍之內(nèi)電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行地所有發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功總和與系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷消耗（包括網(wǎng)損）的有功功率總和之間的平衡來維持的。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組發(fā)出的有功功率總和等于系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷在額定頻率所消耗的有功功率總和時(shí)，系統(tǒng)就運(yùn)行在額定頻率。如果上述“等于”關(guān)系遭到破壞，系統(tǒng)頻率就會(huì)偏離額定值。電力系統(tǒng)有功功率控制的重要任務(wù)之一，就是要及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組原動(dòng)機(jī)的輸入功率，維持上述“等于”關(guān)系，保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)2、 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行地經(jīng)

12、濟(jì)性前面已經(jīng)指出，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的所有機(jī)組發(fā)出的有功功率總和等于系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷在額定頻率所消耗的有功功率總和時(shí)，系統(tǒng)就運(yùn)行在額定頻率，但沒有說明那些機(jī)組參與并聯(lián)運(yùn)行以及參與并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組各應(yīng)該發(fā)多少有功功率。電力系統(tǒng)有功功率控制的另一個(gè)任務(wù)就是要解決這個(gè)問題。這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度包括兩個(gè)方面：第一，開啟那些機(jī)組并入電力系統(tǒng)運(yùn)行；第二，確定已并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組各發(fā)多少有功功率。前者是機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，后者是有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配問題。經(jīng)濟(jì)調(diào)度需要考慮機(jī)組效率、各種發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)、電力系統(tǒng)網(wǎng)損等問題，目的是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，用最少的一次能源消耗獲得最多的可用電能。3、 保

13、證聯(lián)合電力系統(tǒng)地協(xié)調(diào)運(yùn)行電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)出現(xiàn)了將幾個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)連在一起組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)。有的聯(lián)合電力系統(tǒng)實(shí)行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的有功功率和電量按事先約定的協(xié)議進(jìn)行。這時(shí)電力系統(tǒng)有功功率控制對(duì)不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線上通過的功率和電量實(shí)行控制。電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制是密切相關(guān)和不可分割的，應(yīng)該統(tǒng)一考慮并協(xié)同控制。3.4機(jī)械液壓調(diào)速器首先按圖說明調(diào)速器的構(gòu)成：測速機(jī)構(gòu)：離心飛擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)：錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī)及其連桿轉(zhuǎn)速給定：同步器調(diào)差機(jī)構(gòu)：一次調(diào)節(jié)的過程：D不動(dòng)：轉(zhuǎn)速n下降A(chǔ)點(diǎn)上升C點(diǎn)下降F，E下降B點(diǎn)上升同時(shí)轉(zhuǎn)速n上升引起A上升C點(diǎn)上升E點(diǎn)上升回到原來位置調(diào)節(jié)結(jié)束。調(diào)

14、節(jié)結(jié)束后b點(diǎn)比原來高，a點(diǎn)比原來低，c點(diǎn)不懂。為有差調(diào)節(jié)，若去掉b點(diǎn)和活塞的連桿則為無差調(diào)節(jié)。二次調(diào)節(jié)的過程：抬高D點(diǎn)，因?yàn)锽CA先不動(dòng)E下降B上升n上升A上升C上升F上升E點(diǎn)上升重新堵死油路調(diào)節(jié)結(jié)束，ACB集體抬高給出調(diào)差系數(shù)的概念，定義由調(diào)節(jié)特性給出調(diào)差的概念：并從概念上解釋兩個(gè)定義的等價(jià)關(guān)系失靈區(qū)的影響：失靈區(qū)過大會(huì)導(dǎo)致誤差功率過大，過小會(huì)導(dǎo)致調(diào)速器頻繁動(dòng)作，對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)都不利，故一般小于0.2%-0.5%；失靈區(qū)一定的情況下誤差功率與調(diào)差系數(shù)成反比3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制的基本原理現(xiàn)代電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)很多，負(fù)荷的數(shù)量就更多，且分布在遼闊的地理區(qū)域之內(nèi)。不難

15、想象，控制如此龐大的電力系統(tǒng)，使頻率滿足要求、功率分布得經(jīng)濟(jì)合理是一項(xiàng)十分復(fù)雜得工作。為了使問題簡化并突出主要矛盾，在分析電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制時(shí) ，常將電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行得所有機(jī)組用一臺(tái)等效機(jī)組代替；將電力系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷用一個(gè)等效負(fù)荷代替；然后使用發(fā)電機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)頻率和有功功率控制得基本原理和方法進(jìn)行分析和計(jì)算。一、電力系統(tǒng)負(fù)荷得靜態(tài)頻率特性負(fù)荷的有功功率隨著頻率而變化得特性叫做負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系為零次方負(fù)荷：負(fù)荷功率與頻率變化無直接關(guān)系，如電熱、照明、電弧爐及整流負(fù)荷。一次方負(fù)荷：負(fù)荷功率與頻率成比例關(guān)系，如金屬切削機(jī)床、磨煤機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等。二次

16、方負(fù)荷：負(fù)荷功率與頻率平方成比例關(guān)系，這類機(jī)械不多，但電力系統(tǒng)中的網(wǎng)損即是。三次方負(fù)荷：負(fù)荷功率與頻率三次方成比例關(guān)系，火電廠的廠用機(jī)械多屬于此類，如鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等。此外，還有一些高水頭的水泵，如給水泵，則是與頻率的更高次方成正比。電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線如圖所示?？梢钥闯霎?dāng)頻率下降時(shí)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將下；系統(tǒng)頻率升高時(shí)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將增加。這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，簡稱負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，并用負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)來衡量負(fù)荷調(diào)節(jié)作用的大小。負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)與負(fù)荷的組成和比重有關(guān)。二、電力系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性等效機(jī)組的調(diào)差系數(shù)和以及靜態(tài)調(diào)節(jié)方程式的物理意義與

17、單機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直。調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)稱為機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率，即三、 電力系統(tǒng)頻率控制的基本原理結(jié)合教材圖形，從概念上解釋發(fā)展過程，假設(shè)無調(diào)速器穩(wěn)定在b點(diǎn)。（一）、頻率的一次調(diào)整穩(wěn)定在c點(diǎn)。增加的負(fù)荷功率一部分通過負(fù)荷自己的調(diào)節(jié)特性使負(fù)荷少吸收來承擔(dān)，一部分由發(fā)電機(jī)組通過降低頻率增加（二）、頻率的二次調(diào)整改變頻率或轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)回復(fù)到原額定運(yùn)行頻率。負(fù)荷增量將全部由調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。(三)、調(diào)頻電廠的選擇電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組都裝有調(diào)速器。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，有可調(diào)容量的機(jī)組均參與頻率的一次調(diào)整，而二次調(diào)整只由部分發(fā)電廠承擔(dān)。從是否承擔(dān)頻率的二次調(diào)整任務(wù)出發(fā)，可將系統(tǒng)中所有發(fā)電廠分為調(diào)頻廠和非調(diào)頻廠兩

18、類。調(diào)頻廠負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整任務(wù)；非調(diào)頻廠在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下只按調(diào)度控制中心預(yù)先安排的負(fù)荷曲線運(yùn)行，而不參加頻率調(diào)整。選擇調(diào)頻電廠時(shí)，主要考慮下列因素： (1)具有足夠大的容量和可調(diào)范圍； (2)允許的出力調(diào)整速度滿足系統(tǒng)負(fù)荷變化速度的要求； (3)符合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則； (4)聯(lián)絡(luò)線上交換功率的變化不致影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。水輪發(fā)電機(jī)組的出力調(diào)整范圍大，允許出力變化速度快，一般宜選水電廠擔(dān)任調(diào)頻。四、電力系統(tǒng)的有功功率控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的有功功率分配結(jié)合例題進(jìn)行講解。3.9 電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻方法和自動(dòng)發(fā)電控制一、電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)頻方法有主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法、虛有差法、積差調(diào)節(jié)法等。二、自動(dòng)發(fā)電控制（AG

19、C）四個(gè)基本目標(biāo)：使電力系統(tǒng)的發(fā)電出力和負(fù)荷功率相匹配；將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到零，保持系統(tǒng)頻率為額定值；空盒子區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡；在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠間進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。3.10電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷3.10.1 概述電力系統(tǒng)中某些機(jī)組故障切除時(shí)，由于出現(xiàn)有功功率缺額，系統(tǒng)頻率會(huì)急劇下降。采用自動(dòng)低頻減載裝置，可以制止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，所以這是一種有效的措施。眾所周知，電力系統(tǒng)在正常情況下，需要調(diào)節(jié)頻率，使系統(tǒng)維持在額定頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的有功功率與負(fù)荷所消耗的有功功率在該頻率下達(dá)到平衡。但是，功率平衡關(guān)系隨時(shí)可能遭到破壞，這時(shí)，系

20、統(tǒng)中將出現(xiàn)有功功率差額。當(dāng)頻率在額定值附近時(shí)，如果功率平衡，即(P=0)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速將保持不變。如果發(fā)電功率大于消耗功率，即(P0)，出現(xiàn)功率余額時(shí)，電機(jī)將加速，使頻率上升。反之，當(dāng)(P0)，出現(xiàn)功率缺額時(shí)，電機(jī)將減速，使頻率下降。特別是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，例如有一臺(tái)機(jī)組或一個(gè)發(fā)電廠被斷開，系統(tǒng)頻率將急劇下降。假如此時(shí)系統(tǒng)中全部備用容量均已動(dòng)用，還是應(yīng)付不了，則應(yīng)及時(shí)采取其它對(duì)策，否則將會(huì)導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成極其嚴(yán)重的后果。因此，這種頻率的過度降低，不僅影響電能質(zhì)量，而且會(huì)給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來如下一些嚴(yán)重的危害：1、危害汽輪機(jī)汽輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上是如此設(shè)計(jì)的：在額定頻率下運(yùn)行時(shí)，葉片振

21、動(dòng)很??；當(dāng)頻率下降時(shí)，葉片振動(dòng)變大甚至產(chǎn)生共振現(xiàn)象。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，某些型式的汽輪機(jī)長時(shí)期在頻率低于4949.5赫以下運(yùn)行時(shí)，葉片容易產(chǎn)生裂紋，當(dāng)頻率低到45赫附近時(shí)，個(gè)別級(jí)的葉片可能發(fā)生共振而引起斷裂事故。 2、產(chǎn)生頻率崩潰現(xiàn)象當(dāng)頻率下降到4748赫時(shí)，火電廠的廠用機(jī)械（例如風(fēng)機(jī)、水泵及磨煤機(jī)等）的出力將顯著下降，幾分鐘內(nèi)將使發(fā)電廠的正常運(yùn)行受到破壞，致使功率缺額更為嚴(yán)重，頻率進(jìn)一步下降，從而造成所謂“頻率崩潰”現(xiàn)象。3、產(chǎn)生電壓崩潰現(xiàn)象當(dāng)頻率下降到4645赫時(shí)，全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)速顯著下降，致使發(fā)電機(jī)電勢(shì)下降，全系統(tǒng)的電壓水平大為降低。即使有較完善的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，也難以恢復(fù)。當(dāng)

22、電壓下降到一定程度時(shí)，負(fù)荷不僅不減少吸收無功功率，反而吸收更多的的無功功率，使系統(tǒng)無功功率嚴(yán)重不足，引起電壓的進(jìn)一步下降。這就出現(xiàn)所謂“電壓崩潰”如果發(fā)生這種惡性事故，將會(huì)引起大面積停電，使系統(tǒng)陷于癱瘓狀態(tài)，往往要數(shù)小時(shí)才能恢復(fù)正常。裝設(shè)自動(dòng)低頻減載裝置，就是應(yīng)付這種事故的重要對(duì)策之一。它在系統(tǒng)發(fā)生事故，頻率急劇下降時(shí)，通過切除部分負(fù)荷的方法，來制止頻率的下降，并使它逐步恢復(fù)正常。為了保證系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行，系統(tǒng)頻率應(yīng)保持應(yīng)有的水平。在正常運(yùn)行情況下，系統(tǒng)中經(jīng)常性的頻率波動(dòng)不應(yīng)超過0.2赫，同時(shí)根據(jù)規(guī)定也不允許長期低于49.5赫運(yùn)行。在事故情況下，通過自動(dòng)低頻減載裝置的作用，應(yīng)能保證：頻率低

23、于47赫的時(shí)間不超過2030秒；低于45赫的時(shí)間，不能大于0.51秒。在系統(tǒng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)備用容量不足的情況下，自動(dòng)低頻減載裝置具有更大的重要性，否則處理不好就容易引起事故擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。在容量較小的系統(tǒng)及發(fā)電廠數(shù)量不多的系統(tǒng)，這種自動(dòng)裝置的作用特別突出。3.10.2 電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)發(fā)電機(jī)功率與負(fù)荷功率失去平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率按指數(shù)曲線變化，如果忽略時(shí)間常數(shù)的變化，系統(tǒng)頻率可歸納為如下幾種情況。1.由于f的值與功率缺額成比例，事故初期頻率下降的速度與功率缺額成比例。2.當(dāng)頻率下降到某頻率時(shí)切除負(fù)荷剛好等于功率缺額時(shí)，頻率按指數(shù)規(guī)律上升恢復(fù)。3.若切除負(fù)荷小于功率缺額，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率低于

24、額定值。設(shè)切除這些負(fù)荷后頻率正好維持這一級(jí)動(dòng)作頻率上。4.若切除的負(fù)荷比3中的還小，則系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降。可見如果能及早的切除負(fù)荷，可延緩系統(tǒng)的頻率下降過程3.11、自動(dòng)低頻減負(fù)荷的基本原理自動(dòng)低頻減負(fù)荷(ZDPJ)的基本原理是分級(jí)切除，自動(dòng)逼近。當(dāng)系統(tǒng)因故障出現(xiàn)功率缺額時(shí)，如果缺額較小，且系統(tǒng)內(nèi)有足夠的旋轉(zhuǎn)備用，在系統(tǒng)頻率經(jīng)過一個(gè)短時(shí)間下降之后，隨著系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量作用的發(fā)揮，會(huì)重新恢復(fù)到故障前的水平，這種情況下，ZDPJ不動(dòng)作。如果有功缺額較大，而且系統(tǒng)中備有容量又比較少或沒有時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)比較快地下降，當(dāng)下降到ZDPJ的第一級(jí)動(dòng)作頻率時(shí)，ZDPJ自動(dòng)切除一部分不重要的負(fù)荷，以使頻率恢復(fù)到

25、允許頻率。如果頻率接著下降，則ZDPJ繼續(xù)自動(dòng)切除一部分負(fù)荷，來抑制頻率的下降。如此動(dòng)作直到頻率不再下降為止。但是有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，在ZDPJ的某一級(jí)動(dòng)作后，頻率不再繼續(xù)下降，不能使ZDPJ繼續(xù)切除負(fù)荷，而頻率又恢復(fù)不到允許值。出現(xiàn)這種情況是系統(tǒng)運(yùn)行不允許的。為此ZDPJ裝置中設(shè)有特殊級(jí)，出現(xiàn)上述情況時(shí)特殊級(jí)動(dòng)作，使頻率恢復(fù)到允許值。3.12、自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定計(jì)算（一）確定最大功率缺額Pqe 發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，為了保證系統(tǒng)ZDPJ裝置動(dòng)作切除負(fù)荷后能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許值，在計(jì)算接入ZDPJ裝置的負(fù)荷功率之前，必須先確定系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，功率缺額的最大值。確定最大功率缺額應(yīng)考慮系統(tǒng)最不利

26、運(yùn)行條件下出現(xiàn)最嚴(yán)重故障時(shí)的情況。例如，按系統(tǒng)斷開最大容量的機(jī)組或某一發(fā)電廠考慮；如果系統(tǒng)有可能解列成幾個(gè)子系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮各子系統(tǒng)因聯(lián)絡(luò)線斷開而出現(xiàn)的功率缺額。（二）確定接入ZDPJ裝置的負(fù)荷總功率PJH 設(shè)允許頻率為fy，由負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系?？傻脧呢?fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)推倒過去（三）確定各級(jí)的動(dòng)作頻率 自動(dòng)低頻減負(fù)荷是在系統(tǒng)故障情況下強(qiáng)行使部分用戶停電來換取系統(tǒng)安全的方法。這無疑會(huì)給被停電用戶造成一定困難甚至損失，因此應(yīng)在保證系統(tǒng)安全的前提下盡量少地?cái)嚅_負(fù)荷。接入自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置地總負(fù)荷功率是按系統(tǒng)最嚴(yán)重的情況考慮的。然而每次故障時(shí)，由于系統(tǒng)的運(yùn)行方式不同，故障的嚴(yán)重程度也有很大差別，因此

27、需由ZDPJ裝置切除的負(fù)荷也有很大的差別。為了適應(yīng)上述要求，采用將接入ZDPJ裝置的總負(fù)荷分批分期切除的辦法，以求做到切除的負(fù)荷功率既不過多，又不過少。目前自動(dòng)低頻減負(fù)荷均采用按系統(tǒng)頻率由高到低順序切除地辦法。根據(jù)動(dòng)作頻率地不同，將自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置地動(dòng)作分為若干級(jí)，也稱為若干輪。 1、確定第一級(jí)動(dòng)作頻率f 第一級(jí)動(dòng)作頻率取得高一些，自動(dòng)低頻減負(fù)荷的效果會(huì)好一些，但這樣有可能在系統(tǒng)頻率暫時(shí)下降而備用容量尚未來得及發(fā)揮作用之前就把一部分負(fù)荷切掉了。一般第一級(jí)動(dòng)作頻率確定在48.5Hz49.0Hz。 2、確定末級(jí)動(dòng)作頻率fn 對(duì)于高溫高壓火電廠，在頻率低于46Hz46.5Hz時(shí)，電廠已不能正常工作

28、。因此末級(jí)動(dòng)作頻率以不低于46.5Hz為宜。一般選擇47.5Hz。 3、確定頻率級(jí)差f （1）按選擇性確定 這種方法要求在前一級(jí)動(dòng)作之后不能制止頻率下降時(shí)，下一級(jí)才動(dòng)作。f 2 f WC+ ft + f y式中 f WC 頻率繼電器動(dòng)作頻率的最大誤差 ； ft 在延時(shí)f 內(nèi)系統(tǒng)頻率下降值，一般可取0.15Hz； f y 頻率裕度，一般可取0.05Hz。 （2）不強(qiáng)調(diào)選擇性 這種方法將接入ZDPJ裝置的負(fù)荷總功率分成若干級(jí)切除，而不注重每級(jí)之間是否有選擇性。它的原則是縮小級(jí)差、增加級(jí)數(shù)、減少每級(jí)切除負(fù)荷。 （四）確定動(dòng)作級(jí)數(shù)N在確定首、末級(jí)動(dòng)作頻率f1、fn和頻率級(jí)差f之后，動(dòng)作級(jí)數(shù)N由下式確定

29、（五）確定每級(jí)切除的負(fù)荷功率Pi當(dāng)確定了希望的恢復(fù)頻率fh和各級(jí)的動(dòng)作頻率fi之后，就可以根據(jù)下式救出每級(jí)需要切除的負(fù)荷功率Pi 。（六）確定延時(shí)t為了盡快制止頻率下降，在系統(tǒng)頻率下降到ZDPJ裝置的動(dòng)作值時(shí)應(yīng)盡快切除負(fù)荷。但考慮到電力系統(tǒng)電壓急劇下降期間有可能引起頻率繼電器的誤動(dòng)，造成誤切負(fù)荷，所以增加一個(gè)延時(shí)t ，以躲過暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。 t一般取05s以上。 （七）確定特殊級(jí)的有關(guān)參數(shù) 特殊級(jí)的動(dòng)作頻率通常只有一個(gè)，其整定值ft應(yīng)大于或等于基本級(jí)第一級(jí)的動(dòng)作頻率。特殊級(jí)是通過動(dòng)作延時(shí)實(shí)現(xiàn)與基本級(jí)間動(dòng)作的選擇性的。在基本級(jí)的第一級(jí)的頻率繼電器尚未動(dòng)作之前，特殊級(jí)的頻率繼電器就全部動(dòng)

30、作了，但是由于延時(shí)繼電器的延時(shí)tt很大，只有在基本級(jí)動(dòng)作不能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到希望的頻率時(shí)，特殊級(jí)的執(zhí)行繼電器才能動(dòng)作。一般tt取電力系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)23倍，最小動(dòng)作時(shí)間約為1015s。特殊級(jí)中的各級(jí)的選擇性是通過不同的延時(shí)實(shí)現(xiàn)的，相鄰兩級(jí)間的延時(shí)差不小于5s。第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動(dòng)控制學(xué)習(xí)目的：掌握比例式勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，各最小構(gòu)成單元的功能，比較整定電路的工作原理，調(diào)差單元的分析方法。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的任務(wù)，強(qiáng)勵(lì)的要求。4.1電壓和無功控制的必要性一、電力系統(tǒng)電壓控制的必要性（一）電壓偏移對(duì)用戶的影響電力負(fù)荷中比重最大的是異步電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。如果額定電壓時(shí)最大轉(zhuǎn)

31、矩為100，當(dāng)電壓下降到90時(shí)，它的最大轉(zhuǎn)矩將下降到額定電壓轉(zhuǎn)矩的81。因此，當(dāng)電壓過低時(shí)可使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)能力下降；使繞組溫度上升，加速絕緣老化，嚴(yán)重情況下，甚至使電動(dòng)機(jī)燒毀。電壓下降時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，將影響工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。電爐的用功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會(huì)因電壓降低而增加冶煉時(shí)間，從而影響產(chǎn)量。電壓過低時(shí)，照明設(shè)備的發(fā)光頻率和亮度會(huì)大幅度下降。電壓過高將使所有電氣設(shè)備絕緣受損；使變壓器、電動(dòng)機(jī)等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增加，壽命縮短。 照明負(fù)荷，尤其是白熾燈，對(duì)電壓變化很敏感。電壓過高會(huì)使白熾燈的壽命大大縮短，電壓高于額定值10，壽命將縮短一半。電壓偏

32、離額定值時(shí)，日光燈的壽命也會(huì)縮短。沖擊負(fù)荷（如軋鋼機(jī)等）會(huì)引起電壓突然下降和恢復(fù)，產(chǎn)生電壓閃變。電壓閃變對(duì)沖擊負(fù)荷附近的用戶產(chǎn)生不良影響，如燈光閃爍。（二）電壓偏移對(duì)電力系統(tǒng)的影響電廠中的廠用機(jī)械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、磨媒機(jī)等）是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電壓下降會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、出力減少，并影響廠用機(jī)械的出力。這將直接影響鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電廠出力下降，危機(jī)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 如果電力系統(tǒng)中無功功率嚴(yán)重短缺，電壓水平過于低下，使某些樞紐變電站的母線電壓運(yùn)行在臨界值之下時(shí)，母線電壓有一微小下降就會(huì)發(fā)生負(fù)荷消耗的無功功率增加量大于系統(tǒng)向該點(diǎn)提供的無功功率增加量，使無功缺額進(jìn)

33、一步增大，電壓進(jìn)一步下降。如此惡性循環(huán)的結(jié)果，會(huì)使該樞紐變電站的母線電壓下降到很低的水平。這種現(xiàn)象即所謂“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動(dòng)機(jī)自動(dòng)切除，某些發(fā)電機(jī)組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。二、電力系統(tǒng)無功功率控制的必要性維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)。電力系統(tǒng)的電壓是靠電力系統(tǒng)中無功功率平衡維持的。要控制電力系統(tǒng)在額定電壓運(yùn)行，就要控制電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時(shí)所需消耗的無功功率。如果這個(gè)“等于”關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會(huì)偏離額定電壓運(yùn)行。可見，維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)是靠控制電力系統(tǒng)無功電源的出力實(shí)現(xiàn)的。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性電力系統(tǒng)的無功電源

34、除了同步發(fā)電機(jī)外，還有并聯(lián)電容器同步調(diào)相機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、靜止補(bǔ)償器等。高壓輸電線路的充電功率相當(dāng)于在線路上并聯(lián)了電容器，因此高壓輸電線路也可以看成無功電源。選用哪種無功電源，將他們配置在何處，如何控制系統(tǒng)中無功電源的出力，是很重要的。這些工作做得好，不僅可以提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，而且還會(huì)減少無功功率傳輸過程中造成的無功和有功功率損耗，而且可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。例如，對(duì)于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電廠，就不要它發(fā)出過多的無功功率送往負(fù)荷。這是因?yàn)檫h(yuǎn)距離地從電源經(jīng)過變壓器和輸電線路向負(fù)荷輸送無功功率，要產(chǎn)生電壓損耗（高壓線路和變壓器上的電壓損耗主要由無功功率造成的）和有功功率損耗，而且輸送距離越遠(yuǎn)，經(jīng)過

35、的環(huán)節(jié)越多，電壓損耗和有功功率損耗就越大。因此，無功功率一般都盡可能就地、就近平衡維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定 發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中重要的無功電源，而控制發(fā)電機(jī)輸出無功功率的是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定方面，合理地選用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，可以使發(fā)電機(jī)出口某一電抗后面地電壓維持不變。這相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)電抗和發(fā)電機(jī)后地電抗減少至零，從而提高電力系統(tǒng)地靜態(tài)穩(wěn)定性。在暫態(tài)穩(wěn)定方面，采用高勵(lì)磁頂值、快速響應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)，會(huì)使發(fā)電機(jī)在加速過程中迅速增大勵(lì)磁電流，從而有效地改善電力系統(tǒng)地暫態(tài)穩(wěn)定性。在現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)上采用高性能的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提高勵(lì)磁頂值電壓和勵(lì)磁電壓上升速度，對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。4.3同步

36、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對(duì)它的基本要求同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。它由同步發(fā)電機(jī)及其電壓互感器（YH）、電流互感器（LH）和勵(lì)磁系統(tǒng)組成的一個(gè)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)是向發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁電流的系統(tǒng)，包括生產(chǎn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的勵(lì)磁功率單元、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、手動(dòng)調(diào)節(jié)部分以及滅磁、保護(hù)、監(jiān)視裝置和儀表等。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓和電流的變化以及其它輸入信號(hào)，按事先確定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元輸出（勵(lì)磁）電流的自動(dòng)裝置。一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1、在系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下，供給同步發(fā)電機(jī)所要求的勵(lì)磁功率，對(duì)于不同的負(fù)載情況，均應(yīng)能對(duì)勵(lì)磁電流自動(dòng)調(diào)節(jié)，以維持機(jī)端或系統(tǒng)

37、某點(diǎn)電壓在給定的水平。結(jié)合單機(jī)運(yùn)行的電路圖，相量圖以及發(fā)電機(jī)電壓和無功電流的關(guān)系曲線分析勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)。結(jié)合單機(jī)無窮大系統(tǒng)的電路圖相量圖分析調(diào)節(jié)勵(lì)磁的作用。2、應(yīng)能保證并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的無功功率得到合理分配，因此對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性應(yīng)有一定的要求。給出調(diào)差特性曲線分析并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無功功率分配的原理。在運(yùn)行中，假如需要重新分配發(fā)電廠中的無功負(fù)荷，可以手動(dòng)調(diào)整某臺(tái)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置的給定電位器，便能使該機(jī)組的特性曲線上下移動(dòng)。如果母線電壓偏差超過要求，希望只改變電壓整定，而不影響一個(gè)發(fā)電廠內(nèi)各機(jī)組間的無功分配時(shí)，則需要對(duì)各臺(tái)機(jī)組作同樣的調(diào)整。3、在正常運(yùn)行及事故情況下，能提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定及動(dòng)態(tài)

38、穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)電機(jī)裝有無失靈區(qū)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置時(shí)，電機(jī)與系統(tǒng)間的功率角度可大于90o，即進(jìn)入人工穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，輸送的極限功率可以提高。在系統(tǒng)事故情況下，可以實(shí)行強(qiáng)勵(lì)，從而大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性結(jié)合雙回線路出口短路時(shí)的功角曲線說明勵(lì)磁系統(tǒng)得作用。4、能夠顯著改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件。A短路切除后可以加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)過程，改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)條件。B為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行和自同期并列創(chuàng)造條件。C提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性。5、由于水輪機(jī)的調(diào)速裝置不夠靈敏和迅速，所以水輪機(jī)的勵(lì)磁裝置應(yīng)能強(qiáng)行滅磁，以免發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí)因超速而產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓。汽輪機(jī)因調(diào)速器比較靈敏，不易超速，可不作此項(xiàng)要求。二、對(duì)同步發(fā)

39、電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的基本要求1、勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)所要求的勵(lì)磁容量，并適當(dāng)留有裕度（電流、電壓各約10）。2、應(yīng)具有足夠大的強(qiáng)勵(lì)頂值電壓倍數(shù)及電壓上升速度。這是勵(lì)磁裝置兩項(xiàng)主要的技術(shù)指標(biāo)，給出勵(lì)磁頂值電壓Ufdq和額定勵(lì)磁頂值電壓Ufde的比值稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。達(dá)到1到2。勵(lì)磁電壓上升速度大于規(guī)定值。3、根據(jù)運(yùn)行的需要，應(yīng)有足夠的電壓調(diào)節(jié)范圍，裝置的電壓調(diào)差率亦應(yīng)能隨系統(tǒng)要求而改變。4、系統(tǒng)應(yīng)沒有失靈區(qū)，以保證電機(jī)能在人工穩(wěn)定區(qū)工作，所以裝置只有采用電磁式或電子式才能達(dá)到此要求。5、裝置本身應(yīng)簡單可靠，動(dòng)作迅速，調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定。如果系統(tǒng)調(diào)節(jié)不夠穩(wěn)定時(shí)，必須采取有效的校正措施。第三學(xué)時(shí)4.4同步

40、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)分類直流勵(lì)磁，交流勵(lì)磁，自勵(lì)，復(fù)勵(lì)，無刷勵(lì)磁等等第四學(xué)時(shí)4.5比例式勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理1、基本結(jié)構(gòu) 隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了電磁式、模擬半導(dǎo)體式和數(shù)字式等幾個(gè)發(fā)展階段。目前，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器種類很多、類型各異，但就控制規(guī)律而言，絕大多數(shù)屬于比例式調(diào)節(jié)器，而且各種不同類型的比例式調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成也基本相同。圖中的輔助控制不是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的必備單元，只有大容量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器才配備。最小構(gòu)成：2、工作原理正常狀態(tài)下系統(tǒng)工作在某個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn)。當(dāng)UG升高時(shí)，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC升高，測量比較單元輸出一個(gè)負(fù)的偏差電壓，將使ILL變小從而使

41、IL變小，這樣可以降低UG；當(dāng)UG降低時(shí)，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC降低，測量比較單元輸出一個(gè)正的偏差電壓，將使ILL變大從而使IL變大，這樣可以升高UG；達(dá)到維持機(jī)端電壓基本不變的目的 2.1 電壓測量比較單元電壓測量比較單元的基本作用是把發(fā)電機(jī)電壓變換為與其成正比的直流電壓，與給定電壓進(jìn)行比較，得到兩者的偏差。2.1.1 電路結(jié)構(gòu)正序電壓濾過器的作用是在電力系統(tǒng)的三相電壓不平衡時(shí)，輸出一個(gè)對(duì)稱的反映電壓水平的正序電壓，以提高測量單元的靈敏度。它并不是測量比較單元必須設(shè)置的環(huán)節(jié)。測量變壓器的作用是將從電壓互感器二次側(cè)來的電壓降低為適合于整流電路所需要的值。整流濾波的作用是將測量變壓器的副邊

42、輸出的電壓變換成平穩(wěn)的直流電壓。UC與Ug成正比。給出正序電壓濾過器的電路及相量圖分析，整流電路的電路及紋波電壓的波形2.1.2 比較整定電路比較整定電路的作用：（1）把測量輸出的電壓UC與給定電壓Ugd相比較，輸出一個(gè)表征發(fā)電機(jī)電壓與其給定值偏差的直流電壓Ub；（2）通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的給定值Ugd去調(diào)節(jié)Ub的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓或無功功率，可以就地手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以遠(yuǎn)方手動(dòng)調(diào)節(jié)或通過自動(dòng)裝置調(diào)節(jié)。給出整定電路并進(jìn)行分析，得到輸出與輸入的關(guān)系，以及加入并聯(lián)電阻后。詳細(xì)見習(xí)題分析。2.1.3 發(fā)電機(jī)電壓整定的原理發(fā)電機(jī)電壓整定是通過調(diào)整電位器W阻值RW實(shí)現(xiàn)的。設(shè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在電壓UG。與之對(duì)

43、應(yīng)，比較電路輸出電壓Ub0。如果這時(shí)調(diào)整W，使其阻值RW增加，則RW上的電壓降就會(huì)增加。由于改變W的阻值是在很短的時(shí)間內(nèi)完成的，在調(diào)整W的阻值時(shí)發(fā)電機(jī)電壓是不變的，UC不會(huì)變化。這樣，RW增加的結(jié)果會(huì)使UabUb。Ub下降會(huì)引起勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各單元的動(dòng)作，從而使發(fā)電機(jī)電壓UG上升UCUabUb。當(dāng)上升到Ub0時(shí)，調(diào)節(jié)過程停止，發(fā)電機(jī)進(jìn)入新的穩(wěn)定點(diǎn)運(yùn)行?？梢姡?dāng)增加W的電阻值的結(jié)果使發(fā)電機(jī)電壓升高。當(dāng)減少W的阻值時(shí)，調(diào)節(jié)過程與W的阻值增加相反，可以使發(fā)電機(jī)電壓下降。這就是發(fā)電機(jī)電壓整定的原理。2.2 綜合放大單元2.2.1 綜合放大單元的作用大各種勵(lì)磁控制信號(hào)。這些信號(hào)包括發(fā) 電機(jī)電壓偏差信號(hào)、電力

44、系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)以及低勵(lì)限制和過勵(lì)限制信號(hào)等。改善勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。輸出移相單元所需的輸入電壓。2.2.2 對(duì)綜合放大單元的基本要求要求能線性無關(guān)地綜合、放大各輸入信號(hào)。 有足夠地運(yùn)算精度和放大系數(shù)，放大系數(shù)可調(diào)。 響應(yīng)速度快，即時(shí)間常數(shù)要小 工作穩(wěn)定、輸出阻抗低。 輸出電壓范圍滿足移相觸發(fā)單元地要求。2.3 可控硅整流電路2.3.1 可控硅整流電路的作用可控硅整流電路的作用是將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組供給可控制的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中使用的可控硅整流電路有三相半控式整流電路和三相全控式整流電路兩種。勵(lì)磁系統(tǒng)中還使用三相不可控整流電路，這種電路通常

45、用于供給大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。給出不同觸發(fā)角下得電壓波形，劃出觸發(fā)角和輸出電壓的波形。2.4同步及移相觸發(fā)電路：是一個(gè)線性環(huán)節(jié)最后，用作圖法結(jié)合各個(gè)單元的特性給出總的工作特性曲線4.6同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性是指在沒有人工參與調(diào)節(jié)的情況下，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)電流的無功分量之間的靜態(tài)特性。此特性通常稱為發(fā)電機(jī)外特性或電壓調(diào)節(jié)特性，也稱為電壓調(diào)差特性。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)差率的定義：在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷從零變化到額定值時(shí)，用發(fā)電機(jī)額定電壓的百

46、分?jǐn)?shù)表示的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化率。其計(jì)算公式為式中 UG1發(fā)電機(jī)空載電壓，V； UG2發(fā)電機(jī)帶額定無功負(fù)荷時(shí)的電壓，V；UGe發(fā)電機(jī)額定電壓，V。 其中T(%)稱為發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率或者調(diào)差系數(shù)，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的三種類型：調(diào)差系數(shù)大于零稱為正調(diào)差，表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓隨無功電流的增大而下降；調(diào)差系數(shù)小于零稱為負(fù)調(diào)差，表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓隨無功電流的增大而上升； 調(diào)差系數(shù)等于零是稱為無差特性，表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不隨無功電流變化，而保持恒定值。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元調(diào)差單元的接線可分為單相、兩相和三相三種方式。下圖所示為兩相式調(diào)差單元，以其為例分析調(diào)差單元的基本工作原理。由圖可得下式：

47、給出相量圖分析，并結(jié)合相量圖強(qiáng)調(diào)調(diào)差的概念。第六章 電力系統(tǒng)同期并列學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解并列操作及其重要性。理解兩種并列方法準(zhǔn)同期并列與自同期并列。理解滑差電壓的性質(zhì)，掌握準(zhǔn)同期并列條件分析方法、準(zhǔn)同期并列的整定計(jì)算。掌握自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理。理解自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成，包括滑差檢測、合閘部分的工作原理及作用。理解獲得恒定越前時(shí)間的方法及典型電路。理解均頻、均壓部分的作用及工作原理。6.1電力系統(tǒng)并列概述電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組都是并聯(lián)運(yùn)行的，不論是在正?；蚴鹿实那闆r下，經(jīng)常需要使某些發(fā)電機(jī)組通過一定的手續(xù)參加并聯(lián)運(yùn)行（包括同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)或電力系統(tǒng)的兩個(gè)部分進(jìn)行并聯(lián)的操作）。我們把這種不同

48、系統(tǒng)參加并聯(lián)運(yùn)行的操作，統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的并列操作。并列操作是電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常、很重要的一項(xiàng)操作，必須認(rèn)真對(duì)待，以便在并列操作以后，能很快達(dá)到同步運(yùn)行的目的。假如操作情況不良或發(fā)生誤操作，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的后果；可能發(fā)生巨大的沖擊電流，甚至比機(jī)端短路電流還要大很多；會(huì)引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降；使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩以至使系統(tǒng)瓦解；沖擊電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大電動(dòng)力還可能對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，以致在短時(shí)期內(nèi)難以恢復(fù)等。為了使并列操作后電機(jī)迅速拉入同步，在操作之前一般都應(yīng)該根據(jù)不同的并列方法使待并電機(jī)滿足一定的條件。不論采取哪一種操作方法，應(yīng)該共同遵守的基本要求是：1、并列操作時(shí)，沖擊電流不應(yīng)超過允

49、許值；2、發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)后，應(yīng)能迅速拉入同步。目前電力系統(tǒng)中采用的并列方法可以分為：準(zhǔn)同期并列、自同期并列和非同期并列三種。它們的使用條件與使用情況均不相同，現(xiàn)分述如下：一、準(zhǔn)同期并列準(zhǔn)同期并列要求在合閘前調(diào)節(jié)待并機(jī)組或待并系統(tǒng)，同時(shí)滿足如下三個(gè)條件：1、頻率條件 應(yīng)使待并電機(jī)的頻率接近系統(tǒng)頻率，一般頻率差應(yīng)不超過0.20.5。2、電壓條件 應(yīng)使待并電機(jī)與系統(tǒng)的電壓接近相等，一般電壓差應(yīng)不超過510。3、相角條件 當(dāng)上述兩個(gè)條件已被調(diào)節(jié)得符合要求時(shí)，就應(yīng)在斷路器兩側(cè)得電壓相角重合前，稍為提早一些時(shí)間給斷路器發(fā)出合閘脈沖，以便在合閘瞬間，斷路器兩側(cè)得電壓相角的相角差恰好趨于零，這時(shí)的沖擊電流最小。通常此相角差不宜超過100左右 。 假如待并電機(jī)與電力系統(tǒng)的頻率、電壓和相角完全相同，則并列操作所引起的沖擊電流為零，但實(shí)際上差別總是存在的。如果兩者間頻率差別較大，即發(fā)電機(jī)在并列前的轉(zhuǎn)速太慢或太快，則并列后很快地帶上過多的負(fù)或正的有功負(fù)荷，甚至可能失去同步。如果兩者間電壓差別較大，則在合閘時(shí)會(huì)出現(xiàn)無功性質(zhì)的沖擊平衡電流。如果合閘時(shí)的相角差較大，則會(huì)出