第04章 船舶电力系统频率及有功功率自动调整.ppt

第四章 船舶电力系统频率及 有功功率自动调整一 概述1 频率变化的原因发电机电压的频率和原动机转速的关系：f = P n / 60发电机功率平衡方程式：Pg* = PF* +P* + Tc dn* / dt （标么值） Pg* - 机械功率标么值PF*-发电机负载功率标么值P*-机电损耗功率标么值Tc-机组惯性时间常数当 dn* / dt =0 频率恒定，说明功率平衡；若负载增加，油门尚未变化，Pg*不变，功率平衡被破坏，dn* / dt 0，频率下降可见，负载变化时，要保持频率恒定，应相应地调整原动机的油门，保持功率平衡这部分工作由调速器完成 2 （离心式）调速器基本原理及特性A 结构：主要由飞铁3、套筒5、弹簧6、杠杆7、拉杆8组成B 原理：按实际转速与给定转速（弹簧予紧力）之差，自动调节油门，维持原动机接近定速运行有差调节系统）传动轴1将转速传给轴2，飞铁3绕2旋转，离心力作用下，力图张开，通过拔爪4将套筒5上顶，压缩6直到平衡，5固定在某一位置，7、8将油门拉到一定开度，使机组在一定的转速下运行 若某原因使转速下降（如负载增加），以上平衡被破坏， 转速下降-离心力减小-5 下降-油门加大，阻止转速进一步下降，出现了新的平衡，使机组在一定的转速下运行。

此时转速比原转速下降了）（5位置下降，换取了油门增加，维持功率平衡，阻止转速更大下降）上述调速器自动调速过程，又叫一次调节； 改变弹簧予紧力的调节称二次调节C 静态调速特性-在调速器的自动调节下，机组的转速（ f ）随有功功率变化的关系，称发电机组的调速特性（下倾特性） 定义：n* = f *= G ( P* ) 调差系数：Knc = - f * / P* = tg - 通常调差系数在3-5%规范规定： Knc 5% 二 单机运行频率调整（二次调节使调速特性曲线平移） ffP 三并联运行机组间有功功率的转移和分配方法：增加新并入网机的弹簧予紧力，同时相应地减小在网机的弹簧予紧力，保持频率不变，均分负荷 有差调节法 借助带有差调速特性机组的并联，实现自动调频、调载的方法称有差调节法（最简单的一种自动调频、调载方法） 设特性曲线1、2为两台发电机组的特性曲线，调差系数分别为Knc1、 Knc2 开始，系统运行于A点：P1=P2=1/2PfZ，f=fe 负荷增加P，电网频率降至f1,系统达到新的平衡 1号机组工作在A1点，2号机组工作在A2点 1号机的功率增量P1= - f / Knc1 （1） 2号机的功率增量P2= - f / Knc2 （2）P= P1 + P2 (功率平衡） P= -（ f / Knc1+ f / Knc2 ） - f = = - f / KP 1 1/ Knc1 + 1/ Knc2 其中 1 KP = 1/ Knc1 + 1/ Knc2 称其为并联系统的平均调差系数 f = - P KP （3） 代入（1）、（2） 得 P1= P KP / Knc1 P2= P KP / Knc2 结论：1）有差调节法中，负荷变化时，频 率将变化，频差正比于负荷增量 2）各机组功率分配关系也将变化， 与P 成正比,与各自的调差系数成 反比 3）若 Knc1= Knc2 = - =Kncn = Kc 则 KP = Kc / n P1 =P2= - = Pn = P / n 能够均分有功分量 四 自动调频调载装置的组成和 调频调载的方法1 自动调频调载所谓自动调频调载，就是能：自动维持电网频率恒定，保证有功功率按比例分配，接受解列指令时，能自动控制负荷转移。

实质是能：自动地调节调速器的伺服马达，改变弹簧予紧力（二次调节）（调速器的静态校正器） 2 自动调频调载装置的基本组成（四部分）1） 频率变换器（一台/ 每船）又叫频率检测器，自动检测出频差，并将此偏差变换成相应大小和极性的直流电压信号特性关系：U f =K f f =Kf (fsh- fe)K f - 频率变换系数框图：实际线路举例：谐振式频率变换器 2）有功功率变换器（1台/ 机） 它将每台发电机输出的有功功率变换成 与之成正比的直流电压信号特性关系：Up = Kp P (K f -功率变换系数)框图： 实际线路举例： up = u1 - u2 u1 = k( uu + ui cos ) u2 = k( uu - ui cos ) up = 2k ui cos 由于 uikiI up =2kki I cos = Kp P 3） 有功功率分配器 有功功率分配器应得到功差信号 U p = Kp Pi = Kp (Pi - Pi /n) 得到功差信号及实现有功功率按比例分配，方法很多，虚有差调整法实际线路中讨论4） 调整器根据频差和功差的综合信号，按其极性和大小，变换成相应的脉冲信号，进行加减速控制，实现调频调载。

特性关系：usr =kf f +kp Pi = u f + u p usr 0 输出减速脉冲 usr fe则 usri 0，各调节器均发出减速信号，调速特性向下平移，系统频率减小，直到f = fe， usri = 0，调整完毕 功率分配的调整假设条件：均功分配过程中频率保持为额定值这样，频率变换器输出为零，“2、3”点等电位，功率变换器可视为一个电压源，并忽略其内阻，见等效电路各调节器的输入信号就是各自的均功电阻上的电压信号设有n台并联运行，“3”到“1”端的电压为U各均功电阻R上的电压、电流分别为Uri、IiU=I1 R - UP1 = I2 R - UP2 = In R - Upn = Ii R - UPi Ii =( U+ Upi) / R Ii = 0 ( U+ Upi) / R = 0U= -Upi /n各均功电阻R上的电压为URi= Ii R =U+Upi=U+Kp Pi (Upi= Kp Pi ) = Kp Pi -Upi /n = Kp Pi - Kp Pi /n = Kp(Pi -Pi /n) URi = Kp Pi即：各均功电阻R上的电压就是功差信号设有一机组实际功率Pi 平均功率则加于调节器的信号0该机组发出减速信号，减负荷；同时，必有另一机组实际功率Pi 平均功率，则加于调节器的信号0，使1号机组发出减速信号，卸载；此时，2号机组还未加大油门，系统频率下降，频率变换器输出不在为零，加在调节器T2上，使2号机组发出加速信号，加载，力图维持恒频；另一方面，频率变换器的输出与解列回路产生的信号反向串联加在T1，使其综合信号不致太大，降低了卸载速度，使频差不致太大。

有利于电网的稳定）这样，能自动控制负荷转移，维持电网频率不变 2） 主调发电机法在并联发电机中选一台作主调发电机，任务是当电网负荷变化出现频差时，只改变主调发电机的油门，调节电网频率维持额定值，并承担负荷的变化量，其余机组为机载发电机，总保持运行于接近额定负载（油门经一次整定后不再调节） 3） 二次调频调栽系统的稳定问题A 不灵敏区（） 即：相应调节器的启动值功能：（1）防止调节过于频繁（以免磨损过度） 规范允许： f %的绝对值 2.5% ， P%的绝对值 15% （2）提高二次调节系统的稳定性B 二次调节系统的振荡现象及消振措施1 调频的振荡现象 （设调节器输出为脉冲调节信号）设每一个调节脉冲产生的单机频率变化量为f （与脉冲宽度相关）与调节器的对应的频率变化量为f 则当 f 2 f时系统可能产生不衰减振荡（与初始条件有关）2） 功率分配调节时的振荡现象设每一个调节脉冲产生机组的功率变化量为P （与脉冲宽度相关）与调节器的对应的功率变化量为 P则当P 2 P 时系统可能产生功率调节振荡（与初始条件有关） （3） 消振措施减小脉宽 - 但调节时间拉长加大不灵敏区-但静态误差加大以上两条应权衡处理避免产生振荡的最好方式是设计调节器时，使其输出的调节脉宽受误差信号大小的调节：即当系统的频差、功率分配差信号大时，调节脉宽随之加大，在调节过程中，当误差信号变小时，调节脉宽也随之减小。

五 EEA22船舶电站自动控制系统简介EEA22船舶电站自动控制系统由SGA23发电机自动控制子系统和SDA22柴油机自动控制子系统组成 主要功能：1 手动、自动起、停柴油机组2 自动起动柴油机组时，允许三次起动3 自动频率予调，当发电机与电网同步时，根据主开关的动 作时间，提前发出合闸脉冲，使发电机自动并网4 自动调频调载5 满足增机条件，经延时自动启动备用机组投入电网6 轻载自动减机7 如果电网失电，自动启动备用机组，并且只要发电机电压大 于85%额定电压时就自动合闸，使发电机迅速投入电网8 根据运行机组故障的性质，发出相应的指令：自动启动备 用机组；故障机组分断，退出电网；停止故障机组；发出报 警信号等SGA23发电机自动控制子系统包括自动频率予调功能、自动并车功能和自动调频调载功能三部分共有7块印刷电路版组成（每台发电机组）分别为：WMG23 有功功率检测单元FRG23 频率控制器LAG23 负荷分配调节器RAG23 继电器出口单元EVG23 合闸脉冲发生器FAG23 频率予调单元SNT23 电源单元自动调频调载部分由WMG23、 FRG23、 LAG23、 RAG23以及SNT23单元实现自动频率予调部分由FAG23以及SNT23单元实现自动并车部分由EVG23 以及SNT23单元实现 七 船舶轴带发电机控制系统及装置 船舶轴带发电机装置是由船舶主机 驱动发电机供电的装置 1 主要优点：经济节能：主机效率高，耗油量少，使用低价的重柴油改善机舱环境， 航行时船舶机舱只有主机运行，噪声和热源减少2 分类：变螺距轴带发电机装置和定螺距轴带发电机装置变螺距轴带发电机装置，主机转速恒定，发电装置频率基本恒定，此装置只能在切换发电机时作短暂并联运行定螺距轴带发电机装置应用最广，可以和其它柴油发电机长期并联运行 3 可控硅轴带发电机装置的组成和作用（1）轴带发电机：一般为无刷同步发电机，无阻尼绕组（2）可控硅变流器：包括整流器和逆变器 轴带发电机产生的三相交流电经整流器变为直流电，再由逆 变器变为恒频、恒压的三相交流电向电网供电（3）同步补偿机： 提供无功功率，维持电网恒压（4）交流电抗器： 限制谐波电流，改善输出电压波形（5）励磁用可控硅整流装置： 改变其控制角，改变轴带发电机励磁电流，调节轴带发电机 输出功率（6）控制系统： 实现对轴发装置的自动控制 西门子可控硅轴带发电机控制系统基本原理电压与无功功率自动控制原理同步补偿器的电压调节器保证电压恒定，它产生的无功功率满足全船负荷的要求。

频率与有功功率自动控制原理当主机转速变化时，根据轴带发电机功率输出特性的不同状态，采用两种控制方式：1）励磁电流自动调节系统轴带发电机运行在I 区，逆变器的逆变角为最小并保持恒定（30）当主机转速下降，增大励磁电流，维持输出功率恒定并保证频率不变2）逆变角自动调节系统轴带发电机运行在II 区，此时轴带发电机的励磁电压和励磁电流为最大（恒定），当主机转速下降，只有增加逆变角，使整流电压与逆变电压随转速下降而减少，输出功率线性递减，自动卸去电网的次要负载，保证频率恒定不变 一 可靠性的基本概念 1 可靠性 一般常用的可靠性定义是：“产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”从可靠性定义可知：研究可靠性应掌握以下四个方面的内容： 11 对象研究系统可靠性时，一般把研究对象区分为元件和系统元件（Component）是构成系统的基本单位，在一个具体的系统中，元件不能再分割系统（）是由元件组成的，它可看成是元件组成的总体有时，系统包容的范围太大，又可分为若干子系统（）12 功能所谓“功能”是指设备的主要性能和技术指标（如调速系统的平滑变速、正反向运行、调速范围、调速精度、稳速精度等性能和技术指标）。

“产品丧失规定功能” 就是失效或故障如船舶电站自动化系统，因某一元件失效而使系统停止运行，无法向船舶电网供电，这就是完全丧失了规定的功能，即发生一次故障又如有一稳速系统，在某工作环境下，在一规定的运行期间内，由。