頻率及有功功率自動調(diào)節(jié).ppt

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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(jī)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(jī)組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式 設(shè)原動機(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 原動機(jī)的輸入功率還來不及變化 這時 為了保持功率平衡 機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率 使機(jī)組轉(zhuǎn)速降低 系統(tǒng)頻率下降 可見系統(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 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) 0 2HZ 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) 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(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(jī) 使原動機(jī)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(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(jī)的調(diào)差系數(shù) 負(fù)號表示發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)運行時頻率的調(diào)整 B點 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 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 15 1 2發(fā)電機(jī)并聯(lián)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(jī)的控制開關(guān) 在發(fā)電機(jī)控制屏上 使電動機(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)載時必須同時向反方向調(diào)節(jié)兩機(jī)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(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 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)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(jī)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(jī)都需要檢測有功功率 獲得一個與發(fā)電機(jī)實際有功功率成正比的電壓信號 諧振式 有功功率分配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(jī)應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺發(fā)電機(jī)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(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 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 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)運行的發(fā)電機(jī)組中有一臺機(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 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(jī)則總是保持運行于接近額定值 稱為基載發(fā)電機(jī) 返回 圖15 14虛有差法方框圖 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(jī)過載保護(hù)裝置 當(dāng)發(fā)電機(jī)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(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為一種自動分級卸載裝置 ZFX一1型 的原理框圖 返回 圖15 17ZFX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(jī) 1 過載保護(hù) 2 欠壓保護(hù) 使發(fā)電機(jī)分勵脫扣動作跳閘 組成 電流信號變換 檢測 兩級卸載 過載反時限跳閘 電壓檢測 延時切斷 電源等 原理 電流為110 Ie 額定電流 開始延時 5 8s 延時到第一級卸載 若過載仍未消除則繼續(xù)延時 8 17s 延時再到第二級卸載 仍然過載則立即使發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘 若外部短路電流則立即跳閘 欠壓 電壓低于50 60 額定電壓 則延時1 3秒跳閘