1、第15章 船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)整,本章的主要講解內(nèi)容 第一節(jié) 船舶電力系統(tǒng)有功功率自動(dòng)調(diào)整基礎(chǔ)知識(shí) 第二節(jié) 發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配 第三節(jié) 有功功率的轉(zhuǎn)移操作 第四節(jié) 自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理 第五節(jié) 自動(dòng)分級(jí)卸載 第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩,第一節(jié)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，忽略內(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)

2、，,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?？梢娤到y(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,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，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?，使系統(tǒng)能在另一個(gè)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(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)，發(fā)電機(jī)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)

3、，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,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 油門控制機(jī)構(gòu),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),圖15-

4、5 頻率調(diào)節(jié),四、單機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率的調(diào)整,圖15-6 頻率的再調(diào)節(jié),第二節(jié)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配,返回,圖 15-7 不同調(diào)速特性并聯(lián)運(yùn)行,第三節(jié)有功功率的轉(zhuǎn)移操作,返回,圖15-8 負(fù)荷轉(zhuǎn)移圖,第四節(jié)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理,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,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)

5、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15-12,3有功功率分配器 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。 4調(diào)整器 圖15-13,返回,圖 15-9 頻率變換器及其特性,返回,圖15-10 基于波形變換的頻率變換器的原理圖,返回,圖15-11 功率變換器及其特性,圖15-12 單相功率

6、變換器原理電路,返回,返回,圖 15-13 調(diào)整器方框圖,二、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 1） 頻率的調(diào)整 圖15-14 圖15-15 2）有功功率分配的調(diào)整 圖15-14 圖15-16,3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，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。

7、而其余的發(fā)電機(jī)則總是保持運(yùn)行于接近額 定值，稱為基載發(fā)電機(jī)。,返回,圖 15-14 虛有差法方框圖,返回,圖15-15 均功時(shí)系統(tǒng)的等效電路,返回,圖 15-16 恒頻時(shí)系統(tǒng)的等效電路,第五節(jié)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。,返回,圖 15-17 ZFX一1型自動(dòng)分級(jí)卸載裝置原理圖,第六節(jié)同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩,返回,同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，往往由于故障原因或

8、輸入輸出功率的突然變化，使穩(wěn)定運(yùn)行的平衡條件遭到破壞而引起暫態(tài)過(guò)程。由于發(fā)電機(jī)電路中的電磁能量不能躍變而發(fā)生電磁暫態(tài)過(guò)程；由于轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能量不能躍變而發(fā)生機(jī)電暫態(tài)過(guò)程。嚴(yán)重的暫態(tài)過(guò)程對(duì)發(fā)電機(jī)的安全和并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生極為不利的影響。,一、三相突然短路,三相突然短路是指同步發(fā)電機(jī)出口近端的對(duì)稱短路，了解三相突然短路的特點(diǎn)有助于理解其他原因（如突加突卸大的負(fù)載等）引起的暫態(tài)過(guò)程。假設(shè)短路前發(fā)電機(jī)空載，電樞電流為零，當(dāng)突然發(fā)生三相短路時(shí)，其暫態(tài)過(guò)程有以下一些特點(diǎn)：,1.在短路的暫態(tài)過(guò)程中三相短路電流為非對(duì)稱三相電流。圖15-18a 2.在暫態(tài)過(guò)程中強(qiáng)制交流分量的幅值也是逐漸衰減的，最后進(jìn)入幅值不變的穩(wěn)定短路狀態(tài)（見圖15-18b，圖15-18c）表明短路電流有效值隨時(shí)間變化的情況。 3.暫態(tài)短路電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)短路電流。圖15-18c 4.三相突然短路的電磁暫態(tài)過(guò)程雖然極為短暫（約0.