第十五章 頻率及有功功率自動調(diào)節(jié).ppt

1、第15章 船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動調(diào)整,本章的主要講解內(nèi)容 一 、船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調(diào)整基礎(chǔ)知識 二、 發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配 三、 有功功率的轉(zhuǎn)移操作 四、 自動調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理 五、 自動分級卸載,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)電機組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式：,設(shè)原動機輸入功率為PT ，發(fā)電機負(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)電機輸出功率增加PF，而由于機械慣性，原動機的輸入功率還來不及變化，這時，,為了保持功率平衡，機組把轉(zhuǎn)子的一部

2、分動能轉(zhuǎn)換成電功率，使機組轉(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)電機的負(fù)荷功率與原動機輸入功率之間失去平衡所致。,返回,P發(fā)電機組轉(zhuǎn)子極對數(shù) n發(fā)電機組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） f電力系統(tǒng)頻率（Hz）,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)

3、（ 0.2HZ），發(fā)電機組必需配置調(diào)速器。,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)維持原動機轉(zhuǎn) 速不變。調(diào)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(diào)節(jié)原動機，使原動機在負(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,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; 11 油門控制機構(gòu),2調(diào)速器的特性,圖15-2

4、 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),1、發(fā)電機的調(diào)差系數(shù),負(fù)號表示發(fā)電機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)特性實際上是一條具有一定寬度的帶子。,2、原動機的動態(tài)特性-轉(zhuǎn)速與時間的變化關(guān)系。其指標(biāo)有：,四、單機運行時頻率的調(diào)整,B點：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)，增加機組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f 2 D點：調(diào)頻器二次調(diào)節(jié)，增加機組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f e,15.1.2 發(fā)電機并聯(lián)

5、運行的有功功率分配,返回,有差特性：并聯(lián)運行時能隨電網(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。,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)速器電動機的控制開關(guān)（在發(fā)電機控制屏上），使電動機改變調(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)兩機組的調(diào)速控制開關(guān)，才能保持電網(wǎng)頻率不變。,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)整原動機轉(zhuǎn)速及機組的負(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)

6、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)運行發(fā)電機負(fù)荷,保持電網(wǎng)頻率恒定； 2.解列時自動轉(zhuǎn)移負(fù)荷。,1頻率變換器 它用來檢測電網(wǎng)的實際頻率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： 每臺機都需要檢測有功功率。獲得一個與發(fā)電機實際有功功率成正比的電壓信號。,諧振式：,有功功率分配

7、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(shè)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(wǎng)總的功率，計算每臺發(fā)電機應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺發(fā)電機實際承擔(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,調(diào)整器,功能：根據(jù)運算環(huán)節(jié)送來的頻差和功率差控制發(fā)電機調(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,返回,圖 15-9 頻率變換器及其特性,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。

8、,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)。,返回,圖15-11 功率變換器及其特性,圖15-12 單相功率變換器原理電路,返回,實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。,返回,圖 15-13 調(diào)整器方框圖,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

9、15-15 2）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)電機法,3主調(diào)發(fā)電機法,主調(diào)發(fā)電機法，是指在并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺 機組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機，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)電機則總是保持運行于接近額 定值，稱為基載發(fā)電機。,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。,返回,圖15-15 均功時系統(tǒng)的等效電路,返回,圖 15-16 恒頻時系統(tǒng)的等效電路,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)電機過載保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機出現(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。,返回,圖 15-17 ZFX一1型自動分級卸載裝置原理圖,ZFX-1型：綜合保護(hù)裝置，可作為發(fā)電機：1.過載保護(hù)；2.欠壓保護(hù)。使發(fā)電機分勵脫扣動作跳閘。 組成：電流信號變換、檢測