頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)

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

一、電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)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(dòng)機(jī)輸入功率為PT，發(fā)電機(jī)負(fù)荷功率為P，忽略?xún)?nèi)部損耗。當(dāng)PT=P時(shí)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(dòng)機(jī)的輸入功率還來(lái)不及變化，這時(shí)，為了保持功率平衡，機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動(dòng)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?jiàn)系統(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率與原動(dòng)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(duì)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(yè)，共28頁(yè)，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(shí)，整個(gè)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(shí)，負(fù)載吸收功率的變化起著補(bǔ)償?shù)淖饔茫瓜到y(tǒng)能在另一個(gè)頻率值下得到新的平衡，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(duì)于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠這個(gè)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(yè)，共28頁(yè)，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(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)維持原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。調(diào)速器種類(lèi)有機(jī)械式、液壓式和電子式等。但無(wú)論哪種型式，其工作原理都是測(cè)出偏差后，根據(jù)偏差的大小和極性去調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，使原動(dòng)機(jī)在負(fù)載從零到額定值范圍內(nèi)變化時(shí)，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(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理

圖15-1離心式調(diào)速器示意圖1傳動(dòng)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(dòng)機(jī);11油門(mén)控制機(jī)構(gòu)第5頁(yè)，共28頁(yè)，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(dòng)態(tài)調(diào)速特性圖15-4調(diào)速器的不靈敏區(qū)第6頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1、發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)

負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率變化符號(hào)相反。（1）瞬時(shí)調(diào)速率J：（2）轉(zhuǎn)速恢復(fù)到穩(wěn)定值所需要時(shí)間T（如圖）（3）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)（如圖）：由于測(cè)量元件的不靈敏性，對(duì)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(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性-轉(zhuǎn)速與時(shí)間的變化關(guān)系。其指標(biāo)有：第7頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二四、單機(jī)運(yùn)行時(shí)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(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二15.1.2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(shí)能隨電網(wǎng)負(fù)荷變化自動(dòng)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(yè)，共28頁(yè)，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(guò)操作調(diào)速器電動(dòng)機(jī)的控制開(kāi)關(guān)（在發(fā)電機(jī)控制屏上），使電動(dòng)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(shí)必須同時(shí)向反方向調(diào)節(jié)兩機(jī)組的調(diào)速控制開(kāi)關(guān)，才能保持電網(wǎng)頻率不變。第10頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二15.2自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載原理一、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的原理調(diào)整原動(dòng)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(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。盡管目前自動(dòng)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(dòng)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(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷。第11頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．頻率變換器它用來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)的實(shí)際頻率f，并將測(cè)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(hào)，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(tái)機(jī)都需要檢測(cè)有功功率。獲得一個(gè)與發(fā)電機(jī)實(shí)際有功功率成正比的電壓信號(hào)。第12頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二諧振式：第13頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二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(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺(tái)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(hào)第14頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

調(diào)整器

功能：根據(jù)運(yùn)算環(huán)節(jié)送來(lái)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(shí)避開(kāi)動(dòng)態(tài)過(guò)程；3.有一定的不靈敏區(qū)。原理框圖第15頁(yè)，共28頁(yè)，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(yè)，共28頁(yè)，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(wú)關(guān)。第17頁(yè)，共28頁(yè)，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(yè)，共28頁(yè)，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(shí)際船舶采用兩個(gè)單相變送器測(cè)量三相功率，即用兩個(gè)瓦特表法測(cè)三相電功率。注意：整流橋起電子開(kāi)關(guān)作用。第19頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二返回圖15-13調(diào)整器方框圖第20頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二15.2.2自動(dòng)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(lài)有差調(diào)速特性的調(diào)速器來(lái)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(méi)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(duì)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(lái)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(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3．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(tái)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(shí)，由它再次調(diào)節(jié)改變油門(mén)，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(chēng)為基載發(fā)電機(jī)。第22頁(yè)，共28頁(yè)，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(guò)程中是有差的，但調(diào)整結(jié)果是無(wú)差的。第23頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二返回圖15-15均功時(shí)系統(tǒng)的等效電路第24頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二返回圖15-16恒頻時(shí)系統(tǒng)的等效電路第25頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二15.2.3自動(dòng)分級(jí)卸載

返回自動(dòng)分級(jí)卸載保護(hù)裝置是一種發(fā)電機(jī)過(guò)載保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，自動(dòng)卸載裝置動(dòng)作，將部分次要負(fù)載自動(dòng)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(dòng)分級(jí)卸載裝置（ZFX一1型）的原理框圖。第26頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二返回圖15-17ZFX一1型自動(dòng)分級(jí)卸載裝置原理圖第27頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

ZFX-1型：綜合保護(hù)裝置，可作為發(fā)電機(jī)：1.過(guò)載保護(hù)；2.欠壓保護(hù)。使發(fā)電機(jī)分勵(lì)脫扣動(dòng)作跳閘。組成：電流信號(hào)變換、檢測(cè)、兩