船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動調整課件

1、01 八月 2022第15章船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動調整15.1 電力系統(tǒng)有功功率自動調整基礎知識 電力系統(tǒng)頻率波動的原因及其影響 (1)當 ， 時,靜止或恒轉速運行，即穩(wěn)態(tài)。(2)當 ， 時,系統(tǒng)處于加速運行，即動態(tài)。(3)當 ， 時,系統(tǒng)處于減速運行，即動態(tài)。船級社規(guī)定：船用電器設備在電源頻率波動穩(wěn)態(tài)值達5額定頻率時應能正常運用。因此要求船舶電網頻率的變化最好保持在0.2Hz以內。 15.1.1 調速器及其調速特性 發(fā)電機轉速的調整是由原動機的調速器來實現(xiàn)的，因此發(fā)電機組的功率頻率特性取決于調速器的特性。 由于電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內，因此調速器應是一種“定速調速器”。即

2、通過調速器調節(jié)維持原動機轉速不變。調速器種類有機械式、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節(jié)原動機，使原動機在負載從零到額定值范圍內變化時，維持轉速在允許的范圍內。 1) 調速器的結構和動作原理 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：調速器電機11：柴油機油門柴油機運行時， 通過齒輪傳動機構帶動調速器的傳動軸1將轉速傳到軸2，使飛鐵3繞軸2旋轉，飛鐵在離心力作用下，力圖張開，并將滑套5向上頂， 壓縮彈簧6， 直到與彈簧6產生的反作用力相平衡， 這時滑套5將處于某一平衡位置，通過杠桿7

3、、拉桿8， 將油門拉到一定的開度，使柴油機有一定大小的噴油量，機組在一定轉速下運行，此時的調速器處于一種平衡狀態(tài)。 平衡狀態(tài)若由于某種原因破壞了調速器的平衡，譬如負載減少、機組轉速升高，則飛鐵的離心力增大、張開的角度將更大，引起滑套5上移。在滑套上移的過程中，通過杠桿、拉桿、使油門減小，轉速就被阻止進一步增加。同時，因為滑套的上移壓縮了彈簧6，其反作用力也將增加，直到與離心力的作用平衡，滑套5就停止上移。到此，調速器達到了一個新的平衡狀態(tài)，機組在另一個轉速下穩(wěn)定運行。負載減少相反若由于某種原因使轉速降低，則飛鐵的離心力變小、平衡又被打破， 此時彈簧6的壓力大于離心力的作用，滑套下移，于是油門加

4、大，阻止了轉速進一步下降，又達到了一個新的平衡。這種自動調整作用，使柴油機能穩(wěn)定運行于一定的轉速范圍內。負載增加通過伺服電動機，經蝸輪蝸桿傳動，可以將彈簧6事先壓緊到一定的程度；彈簧“預緊”是通過配電盤上的手動調速開關接通伺服電動機進行的操作。預緊力越大，滑套越被壓向下移，對應的油門開度越大， 反之油門開度越小。 2) 調速器的特性 傾斜度可用調差系數(shù)K來表示 穩(wěn)態(tài)特性(1)瞬時調速率J 船舶要求: J10 (2)轉速恢復到穩(wěn)定值所需時間T要求 ；轉速恢復過程， 應當沒有振蕩。T5秒 動態(tài)特性n1n2(3)調速特性的失靈區(qū)(靈敏度)：由于調速機構的間隙，對微小轉速變化不能反映。即調速期存在一定

5、的失靈區(qū)。失靈區(qū)太大功率分配產生誤差，太小頻繁調節(jié)。3）單機運行時頻率的調整調速特性的平移 在同一負載下欲使頻率升高，則應加大彈簧預緊力，將油門加大，整個曲線1將向上平移到曲線2。若減小彈簧預緊力，則特性向下平移，如圖中的曲線3 。 1.兩臺發(fā)電機具有有差特性,斜率不一致。15.1.2 發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配 在兩臺機組均功后，當負荷變化時，功率分配不均勻2.兩臺發(fā)電機具有無差特性。兩臺機組間，有功功率隨機分配，可導致逆功率跳閘或過載跳閘。在無功率分配控制系統(tǒng)作用下無法并聯(lián)運行。3.一臺發(fā)電機具有有差特性，另一臺具有無差特性。當負荷增加：增加的功率全部由無誤差特性機承擔，若負荷超過該機額

6、定值可引起過載跳閘。當負荷減?。簾o誤差特性機將減小輸出功率，有可能導致另一機過載跳閘。也無法并聯(lián)運行。負荷增加負荷減小要使兩機之間的功率能夠按容量成比例分配，只有兩特性曲線的斜率致。由于調速器特性總是存在一定的差別，為了使電網頻率不致隨負載變化過大，又要使功率穩(wěn)定的分配，特性曲線的下降率應在3左右，不超過5，以保證有功分配偏差在10以內。 設一號發(fā)電機運行于A點，輸出的有功功率為P，二號發(fā)電機為并入發(fā)電機，浮接在電網上，處于空載狀態(tài)，運行于B點。CBAff0P/2 P P 12(1)(2)在轉移負載時，為保持電網的頻率不變，必須同時向相反方向調節(jié)兩機組的調速控制開關操作步驟：15.1.3 有功

7、功率的轉移操作BAff0P2 P1 P P 12(2)f02號機單獨加速，電網頻率增加f0 f0(2)Aff0P2 P/2 P1 P 12F0f0 f02號機單獨減速，電網頻率降低轉移過程: 為保持電網的頻率穩(wěn)定，在轉移負載時， 必須同時向相反方向調節(jié)兩機組的調速控制開關。對上述情況，需增大二號發(fā)電機組的油門，使特性曲線2向上平移到特性曲線(2); 同時減少一號發(fā)電機組的油門，使特性曲線1向下平移到特性曲線(1)， 并與曲線2交于C點。兩特性曲線(1)和(2)的交點C說明兩臺機組的頻率均為fe，而兩臺機組各自分擔的功率均為P1/ 2 。以后在負荷變動時，由調速器自動穩(wěn)定功率分配，并調節(jié)電網頻率

8、。 當兩臺發(fā)電機組并聯(lián)運行需解列一臺時，也應同時反向調節(jié)原動機的調速控制開關。在電網的頻率保持不變的情況下，將負荷全部轉移至運行的機組。當需解列的機組的有功功率接近為零時，將該發(fā)電機的主開關斷開。在并聯(lián)運行中若出現(xiàn)功率分配偏差較大時，也要按上述操作進行功率按發(fā)電機容量比例均勻分配。如果出現(xiàn)電網頻率偏離額定值時，可同時向同方向操作兩機組的調速開關，使頻率上升或下降。 15.2 自動調頻調載原理 船舶同步發(fā)電機并聯(lián)運行時，其調速特性為有差特性，當負荷變化時，雖然有調速器，但電網的頻率仍會發(fā)生變化。而且由于兩機組的調速特性不可能做到完全一致，兩機組的有功功率分配也不均勻。因此要維持頻率恒定和有功功率

9、分配均勻，必須進行再次調節(jié)(二次調節(jié))。自動調頻調載裝置是協(xié)助原動機調速器對電網電壓的頻率和有功功率進行調整的裝置。 （3）接到解列指令時，能自動進行負荷轉移。其作用是：（1）保持電網電壓的頻率恒定；（2）按并聯(lián)運行機組的容量比例進行負荷分配；15.2.1 自動調頻調載裝置的原理調整原動機轉速及機組的負荷需要根據(jù)轉速（頻率）和負載（功率）的信號， 來實現(xiàn)調節(jié)。盡管目前自動調頻調載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新?lián)Q代?；经h(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整器等組成。 1) 頻率變換器2) 有功功率變換器有功功率變換器是用來測量每一臺輸出的有功功率P，并將它轉換成與之線形

10、相關的直流電壓Up 即： 3) 有功功率分配器 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)電網總的功率，計算每臺發(fā)電機應承擔功率以及各臺發(fā)電機實際承擔的功率值與平均值之差。 4) 調整器 調整器接受頻差和功差信號， 并根據(jù)它們的頻差和功差信號的大小和極性，輸出相應脈沖調整信號，控制伺服電動機正轉或反轉調節(jié)發(fā)電機油門的開度，使有功功率均勻分配，從而保持電網的頻率恒定。 由于要調節(jié)每臺發(fā)動機組油門的大小，每臺發(fā)電機組需配置一個調整器。15. 2. 2. 自動調頻調載方法 電網頻率的自動調節(jié)和自動控制負荷分配，

11、按其工作原理可分：有差調節(jié)法、虛有差法和主調發(fā)電機法等。 1) 有差調節(jié)法是僅依賴有差調速特性的調速器（一次調節(jié)）來穩(wěn)定電網的頻率和有功負荷分配的方法。這種方法沒有外加的再調節(jié)，因此不能保持頻率恒定，有功負荷分配通常也不均勻。 2) 虛有差法 （柴油發(fā)電機組間）虛有差法是在并聯(lián)運行的每一臺發(fā)電機上，都裝有對頻差和功率差進行調整的控制系統(tǒng)。 在它的控制下，電網的頻率保持為額定值，電力系統(tǒng)的負荷按每臺發(fā)電機的容量成比例進行分配。雖然每臺發(fā)電機安裝的調速器（一次調節(jié)）的調差系數(shù)不盡相同，但不影響調節(jié)結果。因為并聯(lián)運行的機組具有有差特性，能夠保證穩(wěn)定的有功分配，系統(tǒng)能自動再次調節(jié)使頻率保持恒定（二次調

12、節(jié)）， 故為虛有差法。 調速器原動機1n轉速設定調速器原動機2n調整器調整器有功分配器轉速設定功率頻率一次調節(jié)(有差)二次調節(jié)(無差)3) 主調發(fā)電機法（透平發(fā)電機與柴油機組）是指在并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺機組上裝有調頻器，作為主調發(fā)電機，其任務是當負荷變化而引起電網頻率出現(xiàn)頻差時，由它再次調節(jié)改變油門，來維持電網的頻率為額定值，并承擔系統(tǒng)負荷的變化量。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。 因此，調頻調載裝置僅作為主調發(fā)電機的調頻器，它只檢測電網的頻差，并根據(jù)頻差信號去調節(jié)主調發(fā)電機的調速特性來實現(xiàn)調頻。而基載發(fā)電機的調速特性為有差特性，其工作點一次整定在額定頻率，達

13、到預定的負荷后，將不會再受調頻器的控制。 自動調頻調載裝置原理框圖二次調節(jié)(無差)自動分級卸載保護裝置是一種發(fā)電機過載保護裝置。當發(fā)電機出現(xiàn)過載時，自動卸載裝置動作，將部分次要負載自動切除，以保護發(fā)電機正常工作，并保證重要負載不間斷供電。 15. 2. 3 自動分級卸載 該裝置具有: 一級定時限卸載保護、二級定時限卸載保護、發(fā)電機過載反時限跳閘保護及發(fā)電機欠壓定時限跳閘保護的功能。主要由信號變換、電流檢測、 二級定時卸載、電壓檢測等環(huán)節(jié)組成。備用機組能否起動的條件為：是否為“第一備用”、機組是否已準備好、系統(tǒng)是否要求增加機組。1) 自動增加機組的條件15. 2. 4 自動增減運行機組原理系統(tǒng)要求增加機組的條件概括如下：（1）電網失電（2）電力系統(tǒng)儲備功率不足、運行機組重載或即將重載（3）重載詢問（4）機組出現(xiàn)故障自動起動指令形成后，應選擇機組進行起動的順序