船舶电气设备及系统大连海事大学电力系统频率及有功功率自动调整课件.ppt

船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室第15章 电力系统频率及有功功率自动调整15.1 电力系统有功功率自动调整基础知识 15.2 自动调频调载原理 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室15.1 电力系统有功功率自动调整基础知识 1) 电力系统频率波动的原因及其影响 原动机输入功率为PT，发电机负荷功率为PF (1)当 ， 时,静止或恒转速运行，即稳态2)当 ， 时,系统处于加速运行，即动态3)当 ， 时,系统处于减速运行，即动态船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室船级社规定：船用电器设备在电源频率波动稳态值达5额定频率时应能正常运用因此要求船舶电网频率的变化最好保持在0.2Hz以内 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室2) 电力系统的负荷调节效应 负荷功率随频率而改变的特性称为负荷的功率频率特性，属于负荷的静态频率特性 船舶电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可分为如下几种类型:(1)功率与频率无直接关系的负荷 如:白炽照明，电热，整流器等2)功率与频率成正比的负荷 如:机床，压缩机，卷扬机等，其转矩基本恒定3)功率与频率的三次方成正比的负荷。

如:吸风机，通风机，水泵等船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负载吸收功率的变化起着补偿的作用，使系统能在另一个频率值下得到新的平衡，这种现象称为电力系统的负荷调节效应 负荷调节效应为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配置调速器 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室15.1.1 调速器及其调速特性 发电机转速的调整是由原动机的调速器来实现的，因此发电机组的功率频率特性取决于调速器的特性 由于电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因此调速器应是一种“定速调速器”即通过调速器调节维持原动机转速不变调速器种类有机械式、液压式和电子式等但无论哪种型式，其工作原理都是测出偏差后，根据偏差的大小和极性去调节原动机，使原动机在负载从零到额定值范围内变化时，维持转速在允许的范围内 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室1) 调速器的结构和动作原理 1 ：传动轴2 ：轴3： 飞铁4 ：拨爪5 ：滑套筒6 ：弹簧7 ：杠杆8 ：拉杆9 ：涡轮涡杆10：调速器电机11：柴油机油门船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室柴油机运行时， 通过齿轮传动机构带动调速器的传动轴1将转速传到轴2，使飞铁3绕轴2旋转，飞铁在离心力作用下，力图张开，并将滑套5向上顶， 压缩弹簧6， 直到与弹簧6产生的反作用力相平衡， 这时滑套5将处于某一平衡位置，通过杠杆7、拉杆8， 将油门拉到一定的开度，使柴油机有一定大小的喷油量，机组在一定转速下运行，此时的调速器处于一种平衡状态。

平衡状态船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室若由于某种原因破坏了调速器的平衡，譬如负载减少、机组转速升高，则飞铁的离心力增大、张开的角度将更大，引起滑套5上移在滑套上移的过程中，通过杠杆、拉杆、使油门减小，转速就被阻止进一步增加同时，因为滑套的上移压缩了弹簧6，其反作用力也将增加，直到与离心力的作用平衡，滑套5就停止上移到此，调速器达到了一个新的平衡状态，机组在另一个转速下稳定运行负载减少船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室相反若由于某种原因使转速降低，则飞铁的离心力变小、平衡又被打破， 此时弹簧6的压力大于离心力的作用，滑套下移，于是油门加大，阻止了转速进一步下降，又达到了一个新的平衡这种自动调整作用，使柴油机能稳定运行于一定的转速范围内负载增加船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室通过伺服电动机，经蜗轮蜗杆传动，可以将弹簧6事先压紧到一定的程度；弹簧“预紧”是通过配电盘上的手动调速开关接通伺服电动机进行的操作预紧力越大，滑套越被压向下移，对应的油门开度越大， 反之油门开度越小 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室2) 调速器的特性 倾斜度可用调差系数K来表示 稳态特性船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室(1)瞬时调速率J 船舶要求: J10 (2)转速恢复到稳定值所需时间T要求 ；转速恢复过程， 应当没有振荡。

T5秒 动态特性n1n2(3)调速特性的失灵区(灵敏度)：由于调速机构的间隙，对微小转速变化不能反映即调速期存在一定的失灵区失灵区太大功率分配产生误差，太小频繁调节船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室3）单机运行时频率的调整调速特性的平移 在同一负载下欲使频率升高，则应加大弹簧预紧力，将油门加大，整个曲线1将向上平移到曲线2若减小弹簧预紧力，则特性向下平移，如图中的曲线3 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室1.两台发电机具有有差特性,斜率不一致15.1.2 发电机并联运行的有功功率分配 在两台机组均功后，当负荷变化时，功率分配不均匀船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室2.两台发电机具有无差特性两台机组间，有功功率随机分配，可导致逆功率跳闸或过载跳闸在无功率分配控制系统作用下无法并联运行船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室3.一台发电机具有有差特性，另一台具有无差特性当负荷增加：增加的功率全部由无误差特性机承担，若负荷超过该机额定值可引起过载跳闸当负荷减小：无误差特性机将减小输出功率，有可能导致另一机过载跳闸也无法并联运行。

负荷增加负荷减小船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只有两特性曲线的斜率致由于调速器特性总是存在一定的差别，为了使电网频率不致随负载变化过大，又要使功率稳定的分配，特性曲线的下降率应在3左右，不超过5，以保证有功分配偏差在10以内 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室设一号发电机运行于A点，输出的有功功率为P，二号发电机为并入发电机，浮接在电网上，处于空载状态，运行于B点CBAff0P/2 P P 12(1)(2)在转移负载时，为保持电网的频率不变，必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关操作步骤：15.1.3 有功功率的转移操作船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室BAff0P2 P1 P P 12(2)f02号机单独加速，电网频率增加f0 f0船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时， 必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关对上述情况，需增大二号发电机组的油门，使特性曲线2向上平移到特性曲线(2); 同时减少一号发电机组的油门，使特性曲线1向下平移到特性曲线(1)， 并与曲线2交于C点。

两特性曲线(1)和(2)的交点C说明两台机组的频率均为fe，而两台机组各自分担的功率均为P1/ 2 以后在负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调节电网频率 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室当两台发电机组并联运行需解列一台时，也应同时反向调节原动机的调速控制开关在电网的频率保持不变的情况下，将负荷全部转移至运行的机组当需解列的机组的有功功率接近为零时，将该发电机的主开关断开在并联运行中若出现功率分配偏差较大时，也要按上述操作进行功率按发电机容量比例均匀分配如果出现电网频率偏离额定值时，可同时向同方向操作两机组的调速开关，使频率上升或下降 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室(2)Aff0P2 P/2 P1 P 12F0f0|ui|实船采用两瓦特法测量三相功率船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室3) 有功功率分配器 有功功率分配器是一种有功分配运算电路，为实现按比例或均匀分配有功功率而设置的 运算环节主要由比较放大器和加法器组成，它的作用是根据电网总的功率，计算每台发电机应承担功率以及各台发电机实际承担的功率值与平均值之差 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室4) 调整器 调整器接受频差和功差信号， 并根据它们的频差和功差信号的大小和极性，输出相应脉冲调整信号，控制伺服电动机正转或反转调节发电机油门的开度，使有功功率均匀分配，从而保持电网的频率恒定。

船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室由于要调节每台发动机组油门的大小，每台发电机组需配置一个调整器船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室调整器一般应具有如下功能:（1）判别综合信号的极性，决定调速方向，根据综合信号的大小，决定调速信号脉冲的周期（当脉冲宽度一定时），或者调速脉冲的宽度（当调速脉冲周期一定时）脉冲宽度一定T2T1T3TTT脉冲周期一定船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室（2）使每个调节过程的第一个调整信号有适当（如5秒左右）的延时，避开动态过程3）应有一定的不灵敏区当输入未超过不灵敏区时，调整器不工作，这有利于防止系统过于频繁的工作（对于微小的频率偏差不调整）船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室15. 2. 2. 自动调频调载方法 电网频率的自动调节和自动控制负荷分配，按其工作原理可分：有差调节法、虚有差法和主调发电机法等 1) 有差调节法是仅依赖有差调速特性的调速器（一次调节）来稳定电网的频率和有功负荷分配的方法这种方法没有外加的再调节，因此不能保持频率恒定，有功负荷分配通常也不均匀 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室2) 虚有差法 （柴油发电机组间）虚有差法是在并联运行的每一台发电机上，都装有对频差和功率差进行调整的控制系统。

在它的控制下，电网的频率保持为额定值，电力系统的负荷按每台发电机的容量成比例进行分配虽然每台发电机安装的调速器（一次调节）的调差系数不尽相同，但不影响调节结果因为并联运行的机组具有有差特性，能够保证稳定的有功分配，系统能自动再次调节使频率保持恒定（二次调节）， 故为虚有差法 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室调速器原动机1n转速设定调速器原动机2n调整器调整器有功分配器转速设定功率频率一次调节(有差)二次调节(无差)船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室3) 主调发电机法是指在并联运行的发电机组中有一台机组上装有调频器，作为主调发电机，其任务是当负荷变化而引起电网频率出现频差时，由它再次调节改变油门，来维持电网的频率为额定值，并承担系统负荷的变化量而其余的发电机则总是保持运行于接近额定值， 称为基载发电机 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室因此，调频调载装置仅作为主调发电机的调频器，它只检测电网的频差，并根据频差信号去调节主调发电机的调速特性来实现调频而基载发电机的调速特性为有差特性，其工作点一次整定在额定频率，达到预定的负荷后，将不会再受调频器的控制。

船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室 自动调频调载装置原理框图二次调节(无差)船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室自动分级卸载保护装置是一种发电机过载保护装置当发电机出现过载时，自动卸载装置动作，将部分次要负载自动切除，以保护发电机正常工作，并保证重要负载不间断供电 15. 2. 3 自动分级卸载 船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室该装置具有: 一级定时限卸载保护、二级定时限卸载保护、发电机过载反时限跳闸保护及发电机欠压定时限跳闸保护的功能主要由信号变换、电流检测、 二级定时卸载、电压检测等环节组成船舶电气设备及系统 *课 件轮机学院电气及自动化教研室备用机组能否起动的条件为：是否为“第一备用”、机组是否已准备好、系统是否要求增加机组1) 自动增加机组。