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1、船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系第4章 船舶电力系统频率及有功功率自动调节船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系改变并联运行的发电机有功功率的分配，是通过改变各台发电机原动机的油门的大小，以改变单位时间内进入气缸的燃油量来实现的。并联机组有功功率分配与电力系统频率调整密切相联系。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系第1节 频率及有功功率的自动调节1 船舶电力系统频率变化的原因 船舶同步发电机频率和原动机转速的关系是 发电机运行时的转矩平衡方程式为 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程
2、学院船电系船舶同步发电机功率和转矩的关系为 标么值表示的发电机功率平衡方程式可表示为 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系频率也是电能质量的重要指标之一 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。在船舶电力系统中，频率的调整及有功功率分配均依赖于原动机调速器的调节。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系原动机输入功率为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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮
3、机工程学院船电系规范规定：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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。船舶电力系统负载从电网吸收的有功功率与频率的关系一般表示为 2 船舶电力系统负荷调节效应船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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
4、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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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
5、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。3 调速器基本原理及特性船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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：油门控制结构1）离心式调速器基本结构船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系2）离心式调速器基本原理按实际转速与给定转速（弹簧予紧力）之差，自动调节
6、油门，维持原动机接近定速运行。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系柴油机运行时，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。平衡状态船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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
7、，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。负载减少船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。负载增加船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课
8、件轮机工程学院船电系通过伺服电动机，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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系倾斜度可用调差系数K来表示 稳态特性3）调速器的调速特性船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系(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
9、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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系4 单机运行时频率的调整一次调节 当发电机的有功负荷变化时，将引起频率的变化，由于调速器的作用，依靠调速器的固有调速特性自动调节油门的大小，从而维持发电机的频率（转速）在一定的范围内，这种调节过程通常称为调速器的“一次调节”。二次调节 对有差调速特性的调速器来说，功率变化时仅靠调速器的一次调节不能维持频率不变，如果希望维持发电机的频率在额定值，还必需适当地调节调速器弹簧的预紧力，改变油门的开度，这种改变弹簧予紧力的调节称调速器的二次调节。船舶电站及其
10、自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系调速器二次调节是通过手动或自动控制调速器伺服电动机的正反转，改变调速器弹簧的予紧力，使调速特性上下平移，实现频率和机组功率的分配的调节过程。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。单机运行时，手动调频的情况 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系1).两台发电机具有有差特性,斜率不一致。在两台机组均功后，当负荷变化时，功率分配不均匀5 并联运行机组间有
11、功功率的转移和分配船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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 负荷减小船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系要使两机之间的功率能够按
12、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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系采用带有差调速特性的机组并联，并实现功率分配和稳定电网频率是最简单的调频方法，称为“有差调节法”。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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
13、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：有功功率的转移操作船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系BAff0P2 P1 P P 12(2)f02号机单独加速，电网频率增加f0 f0船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系转移过程: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
14、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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系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。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船
15、电系(2)Aff0P2 P/2 P1 P 12F0f0 f02号机单独减速，电网频率降低船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系开始时，系统运行于 A点，即P1P2Pfz2，ffe，当系统负荷增加P时，电网的频率将下降，各机组的调节过程将沿各自的调速特性进行。当频率下降到f1，若各机组发出的功率总和增加到与电力系统的负载在这一频率f1下吸收的功率相等时，则达到了新的平衡。这时，一号机工作于A1点，二号机工作于A2点，两机各自承担的功率分别为P1和P2。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机
16、工程学院船电系船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系通常，船舶电站采用同容量，同型号的机组并联供电，所以要使各机组能自动平均承担系统的负荷，则应使各机组调速特性的调差系数Kn相等。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系实际上并联运行的各机组，当调速器的调差系数不可调时，要满足各个调差系数Kn一致是难以实现的。在选用调速器时，应尽可能使Kn值互相接近，而不应追求较小的调差系数，以利于并联运行的稳定性。若调速器选配恰当，则在调速器的自动调节下，可以获得较满意的功率分配，频差也不会太大。这对于运行管理工作显然有利。否则，要保证功率均分，频率恒定
17、，必须经常进行手动调节，或者依赖“自动调频调载”装置来自动调整。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系 第2节 自动调频调载方法船舶同步发电机并联运行时，调速特性为有差特性，当负荷变化时，虽然有调速器，但电网的频率仍会发生变化。而且由于两机组的调速特性不可能做到完全一致，两机组的有功功率分配也不均匀。因此要维持频率恒定和有功功率分配均匀，必须进行再次调节(二次调节)。自动调频调载装置是协助原动机调速器对电网电压的频率和有功功率进行调整的装置。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系基本功能(1)自动维持船舶电力系统频率为额定值。(2)依并联
18、运行各机组的容量按比例自动分配负载有功功率。(3)接到“解列”指令时，能自动控制负载转移，待其负载接近零时，才使其发电机主开关自动跳闸，与电网脱离。“频率自动调整和有功功率的自动分配”装置简称为自动调频调载装置，又称“自动负荷分配器”。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系自动调频调载装置作为维持船舶电力系统的频率恒定和保证有功功率按比例自动分配的作用，就其实质，是对原动机调速器的预紧弹簧力作微量的调节，即在坐标图上，上下平移并联运行各机组的静态调速特性曲线，以求获得恒定的频率和按比例自动分配负荷。自动地进行二次调节 根据频率和有功功率的静态误差来进行调整，可以说，
19、这时自动调频调载装置是类似作为调速器的静态校正器而引入的。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系自动调频调载装置不能改善调速器的动态性能，当动态过程结束，系统稳定后，由于调速器的有差特性及其不一致性等原因，船舶电力系统的频率和有功功率分配就会出现静差，自动调频调载装置只是根据这个静差来进行校正。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系为使自动调频调载装置避开动态过程，一般采用延时来实现。当船舶电力系统频率或功率分配出现偏差，首先由各发电机组的调速器按各自的调速特性进行一次调节，即动态调节。经5秒延时后，再进行自动二次调节，以消除静态误差，使
20、船舶电力系统维持恒频均功。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系1 自动调频调载装置的基本组成1）频率变换器2）有功功率变换器3）有功功率分配器4）调整器船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系1）频率变换器频率变换器又称测频器，频率变换器能够将实际频率对额定频率的偏差f变换成相应大小和极性的直流电压信号，送到调节系统进行综合比较。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系 谐振式频率变换器是一种按差动谐振电路工作原理构成的频率测量单元的电路图 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系被测频
21、率的电压信号加在变压器原边绕组两端，变压器的副边有两个绕组，分别供给两个独立的LC电路。在这两个电路中L1和L2是具有气隙的铁芯电感，C1和C2为谐振用的交流电容器，它们分别构成LC串联谐振电路。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系L1和C1谐振电路，使谐振频率高于50Hz（取55Hz）L2和C2谐振电路，使谐振频率低于50Hz（取45Hz）船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系由于串联谐振时电路电流最大，阻抗呈纯电阻，电阻上的压降与电流相位相同，这时分别在R1和R2上产生的压降最大。如果取R1=R2，谐振电流经D1D8整流后，输出电压
22、uf=u1-u2，输出电压曲线如图所示。当f=50Hz时，输出电压uf=0当f50Hz时，输出电压uf0当f50Hz时，输出电压uf0R3的作用是调零电阻 这种电路的输出是取自整流后的电压差值，因此输入电压的波动对其影响很小。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系 基于波形变换的频率变换器基于波形变换的频率变换器的原理是，将频率为f的正弦波电压经波形变换器变成方波。方波的重复频率和正弦波频率相同，即其周期T=1/f。方波的正、负幅值固定为E0船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设计时已确保频率变换器变换后的每一个方波的负半周期宽度为一常
23、数，不论输入的正弦波电压的频率是否变化，方波负半波宽度恒为：fe额定频率Te额定周期船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系经过变换后的方波，再经过“取平均值”电路，“平均”以后输出，有：1）当频率为额定频率时，方波的正、负半波幅值、宽度均相等，平均值为零，如图第二个周期所示。2）当频率小于额定频率时，如图第一个周期所示，平均值为正值。3）当频率大于额定频率时，如图第三个周期所示，平均值为负值。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设输入信号的频率为f，则取平均值电路的输出为将 代入基于波形变换的频率变换器的输出与频差成正比，与电网电压的大
24、小无关。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系2）有功功率变换器有功功率变换器又称测功器，用以测量发机电输出的有功功率，并将测得的发电机有功功率值变换成与之成正比的直流电压信号。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系 根据相敏原理构成的有功功率变换器 有功功率变换器通常可根据相敏电路的原理构成 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系YH为电压互感器，其原边接在发电机的A、C线电压上，副边电压Uu正比于UAC。LH为电流互感器，其原边有两个绕组，分别接在发电机的A相和C相电流互感器的副边，LH的副边有两个相同的绕
25、组。由接线可知，电流互感器LH的副边在电阻R1上产生的电压Ui正比于发电机的电流（IAIC)，设计时，使Uu4Ui。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系作出当功率因数角=0时，发电机电压、电流的矢量图b)。UAC与（IAIC)同相位，显然，当功率因数角为任意值时，UAC与（IAIC)的相位差也等于，故Uu 与Ui的相位差即为功率因数角。U 1=K U u+U i U 2=K U u-U i 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系当上下两电路元件性能一致，参数相同时，两电路的比例常数也一致。由此可作出矢量图C），因为已保证Uu4Ui，故在
26、矢量图C）中可以用线段OM和ON分别近似代替Uu+Ui 和Uu-Ui。U1=K Uu+Ui K OM=K（Uu+Uicos）U2=K Uu-Ui K ON=K（Uu-Uicos）船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系式中2KKi为常数，可见，有功功率变换器的输出电压正比于发电机输出的有功电流（Icos），即正比于发电机的有功功率。而船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系3）有功功率分配器有功功率分配器的功能是得到功差信号Up及实现有功功率按比例分配n 并联运行的机组数Pi 第i台机组的发电机输出功率，(i=1，2，n)船舶电站及其自动化系
27、统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系4）调整器调整器是自动调频调载装置的执行机构，它接收频差和功差综合信号，并根据频差和功差综合信号的大小及极性，发出相应加大或减小油门的指令来控制伺服马达正反转，以达到有功功率的均匀分配和保持频率恒定的目的。usr0调整器输出减速脉冲；usr0调整器输出加速脉冲；usr=0调整器停止调节。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系调整器一般应具有以下功能：（1）判断综合信号的极性（正或负），决定调速方向（加速或减速），根据综合信号的大小，决定调速信号脉冲的大小，即决定调速信号脉冲的周期（脉宽一定）或调速脉冲宽度（脉冲周期一定）
28、，以便实现准确平稳地调节。（2）使每个调节过程的第一个调整信号有适当延时（一般设5S左右），以便避开动态过程（即不参与一次调节）。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系（3）要有一定的不灵敏区或死区，防止工作太频繁，以确保系统稳定可靠工作。所谓不灵敏区是当输入信号未超过一定大小时，调整器不投入工作。加装自动调频调载装置后一般只要求功率分配之差在各发电机额定容量的510以内，频率差在电网额定频率的1%以内。电力系统的频率、有功功率的分配，允许有一定的误差，调节系统不必过于灵敏，以致使系统工作太频繁，对伺服机构不利。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工
29、程学院船电系船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系2 自动调频调载方法按其工作原理可分为：虚有差调节法、主调发电机法、主从控制法、积差法等 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系21 虚有差调节法虚有差法是在并联运行的每一台发电机上，都装设按频差和功率分配差进行调整的控制系统，包括有功功率变换器和调整器，整套装置只装一台频率变换器。采用虚有差调节法调频调载，每一台发电机所装设的调速器的特性仍是有差的，但调整的结果可使电网的频率恒定，功率均分（或按比例分配），是无差的，故称为
30、虚有差调节法，此方法目前在船上应用最广泛。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系1）虚有差法的原理图如图所示，包括三台发电机按虚有差调节法组成的系统方框原理图。图中方框P1、P2、P3是功率变换器，f是频率变换器，T1、T2、T3是调整器，R是均功率电阻。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设各台发电机功率相同，两台功率变换系数Kp相等。系统按平均分配有功功率的原则进行功率调整。各功率变换器P输出端“1”联成一点，称为“均功点”。频率变换器f的两个输出端子为2，3端子，其中联于各均功电阻R的一端为“2”点，另一端联到各调整器的一个输入端
31、为“3”点。整个装置共有三个公用点，称为三点式网络。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系2）频率调整假设两台发电机有功功率已平均分配了，则上图中各功率变换器输出端1、4两点间直流电压相等，又因为1已联成一点，故4点亦为等电位点，其等效电路如下图所示。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系若电网的频率ffN,u uf 0 0，则送到各调整器的输，则送到各调整器的输入信号 入信号u usri0 0，(i=1(i=1、2 2、n)n)，因此各调整器均，因此各调整器均发出 发出“减速 减速”脉冲信号，脉冲信号，使各机组的调速特性向下 使各机组的
32、调速特性向下平移，系统的频率下降，平移，系统的频率下降，直到 直到f=fN,u usri=u=uf=0=0，调整完毕；调整完毕；若 若ffN,u uf 0 0，则进行，则进行相反调节。直到电网频率 相反调节。直到电网频率调到额定值时，调整过程 调到额定值时，调整过程才结束。才结束。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系3)功率分配调整“恒频”时系统的等效电路 假定在调整过程中频率始终保持为额定值，则频率变换器输出u uf=0=0。图中的2、3两点为同电位，功率变换器的输出此时可以看作一个电源，可以画出装置的等效电路。调整器从均功率电阻R上取得信号。船舶电站及其自动化
33、系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设由3端至1端电压为U。假定有n台机组参与并联运行，各功率变换器上输出的电压、电流分别为Upi和Ii(i=1(i=1、2 2、n)n)，它们的正方向，它们的正方向如图中所示。如图中所示。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系每个均功电阻上的电压信号正好等于功差信号。均功电阻R完成了有功功率分配器的作用。当然，电阻元件只有在此特定的虚有差调节法结构图中才能实现此功能，单独电阻元件显然无法完成此任务。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系如果1号发电机的输出功率大于参与并联运行机组的平均功率，则
34、与功率变换器P1串联的均功电阻R上将有信号电压Usr1：船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系这个信号加于调整器T1的输入端，将会对1号机组产生“减速”调节，使其油门减小，所承担的负荷减少。同时，必然有另一台发电机均功电阻上的信号电压Usri0，该机组调整器Ti发出加速脉冲，开大油门使其增加负载，一直到各机组的负载值都相等时才结束，船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系各均功电阻上的信号电压均为 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系4)综合调整在实际中，随着功率的变化，电网的频率也会发生变化，反之亦然。所以，
35、上述恒频和均功两种调节是同时进行的，即调整器同时接受“频率差”和“功率差”信号的综合信号。各机组的调整器按上式综合信号Usri进行调整，直到Usri均为零，调整才结束。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系这一调整系统不论对于频率恒定，还是对于有功功率的平均分配，在理论上都能实现无差调节，尽管各机组调速器本身是有差特性。这种调节方法称为“虚有差”法。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系5)机组解列时的调整发电机机组的解列操作是指当船舶电力系统负荷减小，不需要更多的发电机组并联运行，可将准备停掉的发电机组的负荷转移给在网机组，待其负荷减到
36、接近零时，方可断掉该发电机的主开关，这个操作称发电机组的解列。解列是并联的逆过程 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系图为解列方框图，继电器K11、K21是1号、2号机投入电网的控制继电器。继电器K12、K22是1号、2号机解列控制继电器。设1号机已运行，其主开关合闸，主开关的辅助触点QF1闭合，K11得电，其常开接点闭合，l号机将被控，运行于额定频率。若2号机投入并联，其辅助触点QF2使K21得电，其常闭接点闭合。系统将在自动调频调载装置的作用下实现均功率及恒频率运行。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系若使1号机解列，只要按下SB
37、1，使解列继电器K12得电，K12常闭接点断开而常开触点闭合，使1号机功率变换器脱离均功点1，并经解列电阻R1和均功电阻R自成一回路，使l号机组不再参与均分功率的调整。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系但因1号机仍承担着负载，P1的输出端仍有信号电压，它在解列回路中将产生电流i，并在均功电阻R上形成一个下正上负的电压，这一电压经频率变换器f（此时其输出U32为0）加入调整器T1的输入端，使T1的输入端形成下正上负的电压信号，即T1调整器的输入端信号Usr10，T1调整器将发出减速信号，即l号机卸载。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电
38、系此时2号机还没有加大油门，系统的频率将下降，ffe，则频率变换器输出U320，即频率变换器输出上正下负的电压信号，它通过2号机的均功电阻R加于T2调整器输入端，使2号机的调整器输入信号0，2号机调整器输出加速信号即2号机加载，负荷向2号机转移，力图维持系统在额定频率。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系另一方面，频率变换器的输出电压信号与解列电路产生的电压信号反向串联作用在T1的输入端，使T1获得的综合信号不致太强，从而减缓了1号机卸载的速度，以保证电力系统能在不太大的频率偏差下，匀缓地实现负载转移。1号机的全部负载逐渐转移到2号机，电网的频率仍维持恒定。船舶电
39、站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系22 主调发电机法主调发电机法是在并联运行的发电机中选择一台作为“主调发电机”其余的机组总是保持运行在接近额定负荷，称为“基载发电机”。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系“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。当电网的负荷发生变化而出现频差时，仅由主调发电机作二次调节，改变主调发电机的油门，使电网的频率维持在额定值，并承担系统负荷的变化量。自动调频调载装置只作为主调发电机的调频器，它只需检测电网的频率差，并将相应的信号送至主调发电
40、机的调整器，平移主调发电机的调速特性来实现自动调频。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系“基载发电机”所有基载发电机只在有差特性的调速器控制下运行，且调速特性的工作点经一次整定于额定频率，达到接近额定负荷后，就不再受调速器的控制。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系以两台发电机组并联运行的情况加以说明 设1号发电机为基载发电机，2号发电机为主调发电机。1号和2号发电机并联运行于额定频率fe，如特性曲线10和20的A0和B0两点，此时，两台发电机的功率分别为P10（P10=0.9P1e）和P20。船舶电站及其自动化系统 2023/5/1
41、4课 件轮机工程学院船电系当电力系统负荷增加Pw时，频率下降到f1，两机组的负荷立即按各自的特性曲线变化到A和B两点，其功率分别增加P1和P2。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系此时，频差信号送到2号主调发电机的调整器，使其发出加大油门的控制信号，2号主调发电机的调速特性曲线最终被向上平移到曲线2，系统的频率逐渐恢复到额定频率fe，功率也得到新的平衡（此时Pw=P1+P2）。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系调整完毕，1号基载发电机的调速特性没有变，其输出功率仍为P10，2号主调发电机将运行于B点，系统增加的总负荷Pw全部由2号主
42、调发电机承担了。同样，当电力系统减小负荷时，也只从主调发电机上减负荷，过程与上述相反。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系显然，采用主调发电机法，仅能保证恒频，但无法实现均功，而且将使主调机和基载机的功率因数不一致，并随负载而异。另外，因为只有主调机组在调整，当负荷变化较大时，频率的调整过程较缓慢。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系23 主从控制法（MasterSlave System）在并联运行的发电机组中选择一台作为主控机（Master机）而其余机组称为从动机（Slave机）船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工
43、程学院船电系“主控机（Master机）”特点是其控制装置接受电网的频率信号，使之与额定频率信号比较，当电网频率高于额定频率时，由“主控机”的调整器发出“减速”信号，通过“主控机”的调速器，关小原动机的油门，反之则加大原动机的油门，力图维持系统的频率为额定值。“主控机”只管调频，称Master机。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系“从动机（Slave机）”专管负荷分配，即按既定的负荷分配方式来控制自己，只承担它应承担的负荷，且不参与系统频率的调节。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系从调节方式看，”主从控制法”是主调发电机法派生出来的
44、一种控制方法，与主调发电机法不同之处是，主从控制法的调节结果完全可以做到恒频、均功，这与虚有差调节法的调节结果是一致的。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系3 二次调节系统的稳定性及系统的参数设置对于电力系统的频率和有功分配的调节，实际上并不要求十分准确。对于调节装置来说，设置不灵敏区，也有其必要性，理由是防止调节的动作过于频繁，以致使调节传动链中的机械磨损过大，更重要的是为了二次调节系统工作的稳定性。以虚有差法为例，讨论二次调节系统的稳定性问题。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系31 二次调节系统的振荡现象及消振措施自动调频调载常
45、采用脉冲调节方式进行 当系统出现频率或功率分配差时，调节器就一个接一个地发出脉冲信号，去调节调速器弹簧的预紧力，使机组加大或关小油门，从而改变机组的输出功率和系统的频率。若调过了头就会产生振荡。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系1)调频时可能产生的振荡现象调频振荡现象 设发电机单机运行，又假定系统按宽度一定的脉冲来调节频率，并设每输出一个调节脉冲，能使该机组的频率变化f，再设调节器的不灵敏区为，其对应的频率误差为f。则当：f2f时，就可能产生不衰减的振荡。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系若初始频率f0还适当高(或低)一些，则第一
46、个(或第二个)脉冲调节后，频率f就可以落在不灵敏区之内了，尽管f2f，也不会发生振荡。是否产生振荡还需看初始条件，即初始频率f0的值。调频振荡现象 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系2)有功功率分配调节时可能产生的振荡现象有功功率分配振荡现象 多台(设为两台)机组并联运行的情况，仍假定是按定脉冲宽度的调节方式，并设每一个调节脉冲能使机组的有功功率变化P，再设对应于调节器不灵敏区的功率变化量为P，则当：P2P时，就可能产生功率分配中的“交互振荡”，即系统总负荷不变，频率为给定值，但有一定的有功功率在两台机组间往复传递。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课
47、件轮机工程学院船电系同样这种现象也只是可能产生而不一定产生，这也还决定于初始条件，在这里就是一号和二号机的初始功率值P10和P20。有功功率分配振荡现象 若P10和P20的差值适当地还小一些或大一些，尽管P2P条件成立，也可能在第一对或第二对调节脉冲之后，功率分配差就落在不灵敏区内，而不会产生振荡。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系以上两种振荡现象出现时，在装置面前将听到“加速”和“减速”继电器有节奏，不停地交替工作。这时，就应采取措施消除振荡。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系3)消振措施从上面对振荡现象及产生振荡的条件的讨论可
48、知，当 f2f，P2P时系统一定是稳定的，不会产生振荡。消除振荡，可从两方面着手解决：(1)适当减小调节脉冲宽度（减小f和P）(2)适当加大调节器的不灵敏区（增加f和P）船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系脉宽受误差信号调制的调节器输出特性 若采用措施(1)，其附带的结果将使系统的调节时间拉长，而采用措施(2)，则将增大调节稳定后的静态误差，所以要据实船情况来权衡处理。通常，调节器的不灵敏区是可调的，脉冲宽度也有多档可供选择，以便与不同的机型相适配。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系脉宽受误差信号调制的调节器输出特性 避免产生振荡的
49、最好方式是设计调节器时，使其输出的调节脉冲宽度受误差信号大小的调制，即当系统的频差，功率分配差信号大时，调节脉冲宽度随之加大(甚至形成连续调节)。在调节过程中，当误差信号变小时，调节脉冲宽度也随之减小。船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设计成这种调节特性的调节器，能使系统即快速又平稳地完成自动调节任务。右图表示的就是脉冲周期T固定，脉宽受误差信号usr调制的特性。脉宽受误差信号调制的调节器输出特性 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系32 自动调频调载系统参数的选择以虚有差控制方式为例说明 控制系统的参数主要有频率变换器的变比Kf，
50、功率变换器的变比Kp，调节器的不灵敏区。按调节信号 船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系调频时，取P=0，所以负荷分配时，取f=0，所以船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系设系统对静态精度的要求（下标“gd”表示给定）（1）静态调频精度（百分值）（2）静态负荷分配精度（百分值）船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系系统调节完毕后，要满足这些要求则应有：调频时的不灵敏区负荷分配时的不灵敏区船舶电站及其自动化系统 2023/5/14课 件轮机工程学院船电系例 设计要求：系统额定频率为50HZ，试确定虚有差调频调