船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第第4 4章章 船舶电力系统频率及有功功率自动调理船舶电力系统频率及有功功率自动调理船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系改动并联运转的发电机有功功率的分配，是经过改动并联运转的发电机有功功率的分配，是经过改动各台发电机原动机的油门的大小，以改动单改动各台发电机原动机的油门的大小，以改动单位时间内进入气缸的燃油量来实现的。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亲密并联机组有功功率分配与电力系统频率调整亲密相联络。相联络。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第第1 1节节 频率及有功功率的自动调理频率及有功功率的自动调理1 1 船舶电力系统频率变化的缘由船舶电力系统频率变化的缘由 船舶同步发电机频率和原动机转速的关系是船舶同步发电机频率和原动机转速的关系是 发电机运转时的转矩平衡方程式为发电机运转时的转矩平衡方程式为 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶同步发电机功率和转矩的关系为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 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系频率也是电能质量的重要目的之一频率也是电能质量的重要目的之一 负载变化时，要坚持频率恒定，应相应地调整原动机负载变化时，要坚持频率恒定，应相应地调整原动机的油门，坚持功率平衡。的油门，坚持功率平衡。 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理。赖于原动机调速器的调理。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系原动机输入功率为原动机输入功率为PTPT，发电机负荷功率为，发电机负荷功率为PF PF (1)(1)当当 ， 时时, ,静止或恒转速运转，即稳态。静止或恒转速运转，即稳态。(2)(2)当当 ， 时时, ,系统处于加速运转，即动态。系统处于加速运转，即动态。(3)(3)当当 ， 时时, ,系统处于减速运转，即动态。系统处于减速运转，即动态。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系规范范规定：船用定：船用电器器设备在在电源源频率率动摇稳态值达达55额定定频率率时应能正常运用。因此要求船能正常运用。因此要求船舶舶电网网频率的率的变化最好化最好坚持在持在0.2Hz0.2Hz以内。以内。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系负荷功率随频率而改动的特性称为负荷的功率频率特负荷功率随频率而改动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。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船舶电力系统负载从电网吸收的有功功率与频率的关系普通表示为系普通表示为 2 2 船舶电力系统负荷调理效应船舶电力系统负荷调理效应船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系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下几种类型: :(1)(1)功率与频率无直接关系的负荷。功率与频率无直接关系的负荷。 如如: :白炽照明，电热，整流器等。白炽照明，电热，整流器等。(2)(2)功率与频率成正比的负荷。功率与频率成正比的负荷。 如如: :机床，紧缩机，卷扬机等，其转矩根本恒定。机床，紧缩机，卷扬机等，其转矩根本恒定。(3)(3)功率与频率的三次方成正比的负荷。功率与频率的三次方成正比的负荷。 如如: :吸风机，通风机，水泵等。吸风机，通风机，水泵等。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系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，这种景象称为电力系统的负频率值下得到新的平衡，这种景象称为电力系统的负荷调理效应。荷调理效应。 负荷调理效应负荷调理效应为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内，发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。电机组必需配置调速器。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系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，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。因此发电机组的功率频率特性取决于调速器的特性。 由于由于电力系力系统要求要求频率能率能维持在一定范持在一定范围之内，因之内，因此此调速器速器应是一种是一种“定速定速调速器。即速器。即经过调速器速器调理理维持原持原动机机转速不速不变。调速器种速器种类有机械式、液有机械式、液压式和式和电子式等。但无子式等。但无论哪种型式，其任哪种型式，其任务原理都原理都是是测出偏向后，根据偏向的大小和极性去出偏向后，根据偏向的大小和极性去调理原理原动机，使原机，使原动机在机在负载从零到从零到额定定值范范围内内变化化时，维持持转速在允速在允许的范的范围内。内。 3 3 调速器根本原理及特性调速器根本原理及特性船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1 ：传动轴：传动轴2 ：轴：轴3： 飞铁飞铁4 ：拨爪：拨爪5 ：滑套筒：滑套筒6 ：弹簧：弹簧7 ：杠杆：杠杆8 ：拉杆：拉杆9 ：涡轮涡杆：涡轮涡杆10：调速器电机：调速器电机11：油门控制构造：油门控制构造1 1 离心式调速器根本构造离心式调速器根本构造船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 2离心式调速器根本原理离心式调速器根本原理按实践转速与给定转速弹簧予紧力之差，自动调按实践转速与给定转速弹簧予紧力之差，自动调理油门，维持原动机接近定速运转。理油门，维持原动机接近定速运转。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系柴油机运转时，柴油机运转时， 经过齿轮传动经过齿轮传动机构带动调速器的传动轴机构带动调速器的传动轴1 1将转将转速传到轴速传到轴2 2，使飞铁，使飞铁3 3绕轴绕轴2 2旋转，旋转，飞铁在离心力作用下，力图张飞铁在离心力作用下，力图张开，并将滑套开，并将滑套5 5向上顶，向上顶， 紧缩紧缩弹簧弹簧6 6， 直到与弹簧直到与弹簧6 6产生的反产生的反作用力相平衡，作用力相平衡， 这时滑套这时滑套5 5将将处于某一平衡位置，经过杠杆处于某一平衡位置，经过杠杆7 7、拉杆拉杆8 8， 将油门拉到一定的开将油门拉到一定的开度，使柴油机有一定大小的喷度，使柴油机有一定大小的喷油量，机组在一定转速下运转，油量，机组在一定转速下运转，此时的调速器处于一种平衡形此时的调速器处于一种平衡形状。状。 平衡形状平衡形状船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系假设由于某种缘由破坏了调速假设由于某种缘由破坏了调速器的平衡，譬如负载减少、机器的平衡，譬如负载减少、机组转速升高，那么飞铁的离心组转速升高，那么飞铁的离心力增大、张开的角度将更大，力增大、张开的角度将更大，引起滑套引起滑套5上移。在滑套上移的上移。在滑套上移的过程中，经过杠杆、拉杆、使过程中，经过杠杆、拉杆、使油门减小，转速就被阻止进一油门减小，转速就被阻止进一步添加。同时，由于滑套的上步添加。同时，由于滑套的上移紧缩了弹簧移紧缩了弹簧6，其反作用力也，其反作用力也将添加，直到与离心力的作用将添加，直到与离心力的作用平衡，滑套平衡，滑套5就停顿上移。到此，就停顿上移。到此，调速器到达了一个新的平衡形调速器到达了一个新的平衡形状，机组在另一个转速下稳定状，机组在另一个转速下稳定运转。运转。负载减少负载减少船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系相反假设由于某种缘由使转速相反假设由于某种缘由使转速降低，那么飞铁的离心力变小、降低，那么飞铁的离心力变小、平衡又被突破，平衡又被突破， 此时弹簧此时弹簧6的的压力大于离心力的作用，滑套压力大于离心力的作用，滑套下移，于是油门加大，阻止了下移，于是油门加大，阻止了转速进一步下降，又到达了一转速进一步下降，又到达了一个新的平衡。这种自动调整作个新的平衡。这种自动调整作用，使柴油机能稳定运转于一用，使柴油机能稳定运转于一定的转速范围内。定的转速范围内。负载添加负载添加船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系经过伺服伺服电动机，机，经蜗轮蜗杆杆传动，可以将，可以将弹簧簧6 6事先事先压紧到一定的程度；到一定的程度；弹簧簧“预紧是是经过配配电盘上的手上的手动调速开关接通伺服速开关接通伺服电动机机进展展的操作。的操作。预紧力越大，滑套力越大，滑套越被越被压向下移，向下移，对应的油的油门开度越大，开度越大， 反之油反之油门开度越开度越小。小。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系倾斜度可用调差系数倾斜度可用调差系数K K来表示来表示 稳态特性稳态特性3 3调速器的调速特性调速器的调速特性船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(1)(1)瞬时调速率瞬时调速率J J 船舶要求船舶要求: J: J1010 (2)(2)转速恢复到稳定值所需时间转速恢复到稳定值所需时间T T要求要求 ；转速恢复过程，；转速恢复过程， 该当没该当没有振荡。有振荡。T T5 5秒秒 动态特性动态特性n1n1n2n2(3)(3)调速特性的失灵区调速特性的失灵区( (灵敏度灵敏度) )：由于调速机构的间隙，对微小：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，太小频繁调理。功率分配产生误差，太小频繁调理。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4 单机运转时频率的调整单机运转时频率的调整一次调理一次调理 当当发电机的有功机的有功负荷荷变化化时，将引起，将引起频率的率的变化，化，由于由于调速器的作用，依托速器的作用，依托调速器的固有速器的固有调速特性自速特性自动调理油理油门的大小，从而的大小，从而维持持发电机的机的频率率转速速在一定的范在一定的范围内，内，这种种调理理过程通常称程通常称为调速器速器的的“一次一次调理。理。二次调理二次调理 对有差调速特性的调速器来说，功率变化时仅靠调速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理不能维持频率不变，假设希望维持发电器的一次调理不能维持频率不变，假设希望维持发电机的频率在额定值，还必需适当地调理调速器弹簧的机的频率在额定值，还必需适当地调理调速器弹簧的预紧力，改动油门的开度，这种改动弹簧予紧力的调预紧力，改动油门的开度，这种改动弹簧予紧力的调理称调速器的二次调理。理称调速器的二次调理。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系调速器二次调理是经过手动或自动控制调速器伺服调速器二次调理是经过手动或自动控制调速器伺服电动机的正反转，改动调速器弹簧的予紧力，使调电动机的正反转，改动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速特性上下平移，实现频率和机组功率的分配的调理过程。理过程。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系在同一负载下欲使频率升高，那么应加大弹簧预紧力，将在同一负载下欲使频率升高，那么应加大弹簧预紧力，将油门加大，整个曲线油门加大，整个曲线1 1将向上平移到曲线将向上平移到曲线2 2。假设减小弹簧。假设减小弹簧预紧力，那么特性向下平移，如图中的曲线预紧力，那么特性向下平移，如图中的曲线3 3 。 单机运转时，手动调频的情况单机运转时，手动调频的情况 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1).1).两台发电机具有有差特性两台发电机具有有差特性, ,斜率不一致。斜率不一致。在两台机组均功后，当在两台机组均功后，当负荷变化时，功率分配负荷变化时，功率分配不均匀不均匀5 5 并联运转机组间有功功率的转移和分配并联运转机组间有功功率的转移和分配船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2).2).两台发电机具有无差特性。两台发电机具有无差特性。两台机组间，有功功率两台机组间，有功功率随机分配，可导致逆功随机分配，可导致逆功率跳闸或过载跳闸。在率跳闸或过载跳闸。在无功率分配控制系统作无功率分配控制系统作用下无法并联运转。用下无法并联运转。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3).3).一台发电机具有有差特性，另一台具有无差特性。一台发电机具有有差特性，另一台具有无差特性。当负荷添加：添加的功率当负荷添加：添加的功率全部由无误差特性机承当，全部由无误差特性机承当，假设负荷超越该机额定值假设负荷超越该机额定值可引起过载跳闸。可引起过载跳闸。当负荷减小：无误差特性当负荷减小：无误差特性机将减小输出功率，有能机将减小输出功率，有能够导致另一机过载跳闸。够导致另一机过载跳闸。也无法并联运转。也无法并联运转。负荷添加负荷添加负荷减小负荷减小船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系要使两机之要使两机之间的功率可以按容量成比例分配，只的功率可以按容量成比例分配，只需两特性曲需两特性曲线的斜率的斜率致。由于致。由于调速器特性速器特性总是是存在一定的差存在一定的差别，为了使了使电网网频率不致随率不致随负载变化化过大，又要使功率大，又要使功率稳定的分配，特性曲定的分配，特性曲线的下的下降率降率应在在3 3左右，不超越左右，不超越5 5，以保，以保证有功分配有功分配偏向在偏向在1010以内。以内。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系采用采用带有差有差调速特性的机速特性的机组并并联，并，并实现功率功率分配和分配和稳定定电网网频率是最率是最简单的的调频方法，称方法，称为“有差有差调理法。理法。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设一号发电机运转于设一号发电机运转于A A点，输出的有功功率为点，输出的有功功率为P P，二号发，二号发电机为并入发电机，浮接在电网上，处于空载形状，运电机为并入发电机，浮接在电网上，处于空载形状，运转于转于B B点。点。CBAff0P/2 P P 12(1)(2)在转移负载时，为在转移负载时，为坚持电网的频率不坚持电网的频率不变，必需同时向相变，必需同时向相反方向调理两机组反方向调理两机组的调速控制开关的调速控制开关操作步骤：操作步骤：有功功率的转移操作有功功率的转移操作船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系BAff0P2 P1 P P 12(2)f02 2号机单独加速，电网频率添加号机单独加速，电网频率添加f0 f0船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系转移过程转移过程: : 为坚持电网的频率稳定，在转移负载为坚持电网的频率稳定，在转移负载时，时， 必需同时向相反方向调理两机组的调速控制必需同时向相反方向调理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，开关。对上述情况，需增大二号发电机组的油门，使特性曲线使特性曲线2 2向上平移到特性曲线向上平移到特性曲线(2); (2); 同时减少同时减少一号发电机组的油门，使特性曲线一号发电机组的油门，使特性曲线1 1向下平移到特向下平移到特性曲线性曲线(1)(1)， 并与曲线并与曲线2 2交于交于C C点。两特性曲线点。两特性曲线(1)(1)和和(2)(2)的交点的交点C C阐明两台机组的频率均为阐明两台机组的频率均为fefe，而两，而两台机组各自分担的功率均为台机组各自分担的功率均为P1/ 2 P1/ 2 。以后在负荷。以后在负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调理电变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调理电网频率。网频率。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系当两台发电机组并联运转需解列一台时，也应同当两台发电机组并联运转需解列一台时，也应同时反向调理原动机的调速控制开关。在电网的频时反向调理原动机的调速控制开关。在电网的频率坚持不变的情况下，将负荷全部转移至运转的率坚持不变的情况下，将负荷全部转移至运转的机组。当需解列的机组的有功功率接近为零时，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。在并联运转中假设出将该发电机的主开关断开。在并联运转中假设出现功率分配偏向较大时，也要按上述操作进展功现功率分配偏向较大时，也要按上述操作进展功率按发电机容量比例均匀分配。假设出现电网频率按发电机容量比例均匀分配。假设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。调速开关，使频率上升或下降。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(2)Aff0P2 P/2 P1 P 12F0f050Hzf50Hz时，输出出电压uf0uf0当当f50Hzf50Hz时，输出出电压uf0uf4UiUu4Ui。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系作出当功率因数角作出当功率因数角 =0 =0时，发电机机电压、电流的矢量流的矢量图b)b)。UACUAC与与IAIC)IAIC)同相位，同相位，显然，当功率因数角然，当功率因数角为恣意恣意值时，UACUAC与与IAIC)IAIC)的相位差也等于的相位差也等于，故，故Uu Uu 与与UiUi的相位差即的相位差即为功率因数角功率因数角。U 1 = K U 1 = K U u +U u +U i U i U 2 = K U 2 = K U u -U u -U i U i 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系当上下两电路元件性能一致，参数一样时，两电路的当上下两电路元件性能一致，参数一样时，两电路的比例常数也一致。由此可作出矢量图比例常数也一致。由此可作出矢量图C C，由于已保证，由于已保证Uu4UiUu4Ui，故在矢量图，故在矢量图C C中可以用线段中可以用线段OMOM和和ONON分别近似分别近似替代替代Uu+Ui Uu+Ui 和和Uu-Ui Uu-Ui 。U1= K U1= K Uu+Ui Uu+Ui K OM = K K OM = KUu+UicosUu+UicosU2= K U2= K Uu-Ui Uu-Ui K ON = K K ON = KUu-Uu-UicosUicos船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系式中式中2KKi2KKi为常数，可见，有功功率变换器的输出电压为常数，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正比于发电机输出的有功电流IcosIcos ，即正比于，即正比于发电机的有功功率。发电机的有功功率。而船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 3 有功功率分配器有功功率分配器有功功率分配器的功能是得到功差信号有功功率分配器的功能是得到功差信号U U p p及实现有及实现有功功率按比例分配功功率按比例分配n n 并并联运运转的机的机组数数Pi Pi 第第i i台机台机组的的发电机机输出功率，出功率，(i=1(i=1，2 2， n) n)船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4 调整器调整器调整器是自动调频调载安装的执行机构，它接纳频差调整器是自动调频调载安装的执行机构，它接纳频差和功差综合信号，并根据频差和功差综合信号的大小和功差综合信号，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，以到达有功功率的均匀分配和坚持频率马达正反转，以到达有功功率的均匀分配和坚持频率恒定的目的。恒定的目的。usr0usr0调整器输出减速脉冲；调整器输出减速脉冲；usr0usrfN, ffN, uf 0uf 0，那么送到各，那么送到各调整器的整器的输入信号入信号usri0usri0，(i=1(i=1、2 2、n )n )，因此各，因此各调整器均整器均发出出“减速脉减速脉冲信号，使各机冲信号，使各机组的的调速速特性向下平移，系特性向下平移，系统的的频率下降，直到率下降，直到f=fN, usri f=fN, usri =uf=0=uf=0，调整整终了；了；假假设ffN, uf 0ffN, uf 0，那，那么么进展相反展相反调理。直到理。直到电网网频率率调到到额定定值时，调整整过程才程才终了。了。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3) 3) 功率分配调整功率分配调整“恒恒频时系系统的等效的等效电路路 假定在假定在调整整过程中程中频率一直率一直坚持持为额定定值，那么，那么频率率变换器器输出出uf=0uf=0。 图中的图中的2 2、3 3两点为同电位，两点为同电位，功率变换器的输出此时可以功率变换器的输出此时可以看作一个电源，可以画出安看作一个电源，可以画出安装的等效电路。装的等效电路。 调整器从均功率电阻调整器从均功率电阻R R上获上获得信号。得信号。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设由由3 3端至端至1 1端端电压为U U。假定有假定有n n台机台机组参与并参与并联运运转，各功率，各功率变换器上器上输出的出的电压、电流分流分别为UpiUpi和和Ii (i=1Ii (i=1、2 2、n)n)，它，它们的正方向的正方向如如图中所示。中所示。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系每个均功电阻上的电压信号每个均功电阻上的电压信号正好等于功差信号。正好等于功差信号。 均功电阻均功电阻R R完成了有功功率完成了有功功率分配器的作用。当然，电阻分配器的作用。当然，电阻元件只需在此特定的虚有差元件只需在此特定的虚有差调理法构造图中才干实现此调理法构造图中才干实现此功能，单独电阻元件显然无功能，单独电阻元件显然无法完成此义务。法完成此义务。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系假设假设1 1号发电机的输出功率大于参与并联运转机组的平号发电机的输出功率大于参与并联运转机组的平均功率，那么与功率变换器均功率，那么与功率变换器P1P1串联的均功电阻串联的均功电阻R R上将有上将有信号电压信号电压Usr1 Usr1 ： 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系这个信号加于个信号加于调整器整器T1T1的的输入端，将会入端，将会对1 1号机号机组产生生“减速减速调理，使其理，使其油油门减小，所承当的减小，所承当的负荷荷减少。同减少。同时，必然有另一，必然有另一台台发电机均功机均功电阻上的信阻上的信号号电压UsriUsri0 0，该机机组调整器整器TiTi发出加速脉冲，出加速脉冲，开大油开大油门使其添加使其添加负载，不断到各机不断到各机组的的负载值都都相等相等时才才终了，了， 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系各均功电阻上的信号电压均为各均功电阻上的信号电压均为 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4) 4) 综合调整综合调整在在实践中，随着功率的践中，随着功率的变化，化，电网的网的频率也会率也会发生生变化，反之亦然。所以，上述恒化，反之亦然。所以，上述恒频和均功两种和均功两种调理理是同是同时进展的，即展的，即调整器同整器同时接受接受“频率差和率差和“功功率差信号的率差信号的综合信号。合信号。 各机组的调整器按上式综合信号各机组的调整器按上式综合信号UsriUsri进展调整，直进展调整，直到到UsriUsri均为零，调整才终了。均为零，调整才终了。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系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，在实际上都能实现无差调理，功率的平均分配，在实际上都能实现无差调理，虽然各机组调速器本身是有差特性。虽然各机组调速器本身是有差特性。这种种调理方法称理方法称为“虚有差法。虚有差法。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系5) 5) 机组解列时的调整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，不需求更多的发电机组并联运转，可将预备停小，不需求更多的发电机组并联运转，可将预备停掉的发电机组的负荷转移给在网机组，待其负荷减掉的发电机组的负荷转移给在网机组，待其负荷减到接近零时，方可断掉该发电机的主开关，这个操到接近零时，方可断掉该发电机的主开关，这个操作称发电机组的解列。作称发电机组的解列。 解列是并联的逆过程解列是并联的逆过程 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图为解列方框图，继电器图为解列方框图，继电器K11K11、K21K21是是1 1号、号、2 2号机投入电网号机投入电网的控制继电器。继电器的控制继电器。继电器K12K12、K22K22是是1 1号、号、2 2号机解列控制继号机解列控制继电器。设电器。设1 1号机已运转，其主开关合闸，主开关的辅助触点号机已运转，其主开关合闸，主开关的辅助触点QF1QF1闭合，闭合，K11K11得电，其常开接点闭合，得电，其常开接点闭合，l l号机将被控，运转号机将被控，运转于额定频率。假设于额定频率。假设2 2号机投入并联，其辅助触点号机投入并联，其辅助触点QF2QF2使使K21K21得得电，其常闭接点闭合。系统将在自动调频调载安装的作用电，其常闭接点闭合。系统将在自动调频调载安装的作用下实现均功率及恒频率运转。下实现均功率及恒频率运转。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系假设使假设使1 1号机解列，只需按下号机解列，只需按下SB1SB1，使解列继电器，使解列继电器K12K12得得电，电，K12K12常闭接点断开而常开触点闭合，使常闭接点断开而常开触点闭合，使1 1号机功率变号机功率变换器脱离均功点换器脱离均功点1 1，并经解列电阻，并经解列电阻R1R1和均功电阻和均功电阻R R自成一自成一回路，使回路，使l l号机组不再参与均分功率的调整。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 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系但因但因1 1号机仍承当着负载，号机仍承当着负载，P1P1的输出端仍有信号电压，的输出端仍有信号电压，它在解列回路中将产生电流它在解列回路中将产生电流i i，并在均功电阻，并在均功电阻R R上构成一上构成一个下正上负的电压，这一电压经频率变换器个下正上负的电压，这一电压经频率变换器f f此时其此时其输出输出U32U32为为0 0参与调整器参与调整器T1T1的输入端，使的输入端，使T1T1的输入端构的输入端构成下正上负的电压信号，即成下正上负的电压信号，即T1T1调整器的输入端信号调整器的输入端信号Usr1Usr10 0，T1T1调整器将发出减速信号，即调整器将发出减速信号，即l l号机卸载。号机卸载。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系此时此时2 2号机还没有加大油门，系统的频率将下降，号机还没有加大油门，系统的频率将下降，ffeffe，那，那么频率变换器输出么频率变换器输出U320U320，即频率变换器输出上正下负的电，即频率变换器输出上正下负的电压信号，它经过压信号，它经过2 2号机的均功电阻号机的均功电阻R R加于加于T2T2调整器输入端，使调整器输入端，使2 2号机的调整器输入信号号机的调整器输入信号02ff2f时，就能就能够产生不衰减的振生不衰减的振荡。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系假假设初始初始频率率f0f0还适当高适当高( (或低或低) )一些，那么第一个一些，那么第一个( (或或第二个第二个) )脉冲脉冲调理后，理后，频率率f f就可以落在不灵敏区之内了，就可以落在不灵敏区之内了，虽然然f2ff2f，也不会，也不会发生振生振荡。 能否产生振荡还需看初始条件，能否产生振荡还需看初始条件，即初始频率即初始频率f0f0的值。的值。 调频振荡景象调频振荡景象 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2) 2) 有功功率分配调理时能够产生的振荡景象有功功率分配调理时能够产生的振荡景象有功功率分配振荡景象有功功率分配振荡景象 多台多台( (设为两台两台) )机机组并并联运运转的情况，仍假定是按定的情况，仍假定是按定脉冲脉冲宽度的度的调理方式，并理方式，并设每一个每一个调理脉冲理脉冲能使机能使机组的有功功率的有功功率变化化PP，再，再设对应于于调理器不灵敏区理器不灵敏区的功率的功率变化量化量为PP，那，那么当：么当：P2PP2P时，就，就能能够产生功率分配中的生功率分配中的“交交互振互振荡，即系，即系统总负荷不荷不变，频率率为给定定值，但有一，但有一定的有功功率在两台机定的有功功率在两台机组间往复往复传送。送。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同样这种景象也只是能够产同样这种景象也只是能够产生而不一定产生，这也还决生而不一定产生，这也还决议于初始条件，在这里就是议于初始条件，在这里就是一号和二号机的初始功率值一号和二号机的初始功率值P10P10和和P20P20。 有功功率分配振荡景象有功功率分配振荡景象 假假设P10P10和和P20P20的差的差值适当地适当地还小一些或大一些，小一些或大一些，虽然然P2PP2P条件成立，也条件成立，也能能够在第一在第一对或第二或第二对调理理脉冲之后，功率分配差就落脉冲之后，功率分配差就落在不灵敏区内，而不会在不灵敏区内，而不会产生生振振荡。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系以上两种振以上两种振荡景象出景象出现时，在安装面前将听到，在安装面前将听到“加速加速和和“减速减速继电器有器有节拍，不停地交替任拍，不停地交替任务。这时，就就应采取措施消除振采取措施消除振荡。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3) 3) 消振措施消振措施从上面从上面对振振荡景象及景象及产生振生振荡的条件的的条件的讨论可知，当可知，当 f2f，P2P时系一致定是系一致定是稳定的，不会定的，不会产生振生振荡。消除振荡，可从两方面着手处理：消除振荡，可从两方面着手处理：(1)(1)适当减小适当减小调理脉冲理脉冲宽度减小度减小ff和和PP(2)(2)适当加大适当加大调理器的不灵敏区添加理器的不灵敏区添加ff和和PP船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系脉宽受误差信号调制的调理器脉宽受误差信号调制的调理器输出特性输出特性 假设采用措施假设采用措施(1)(1)，其附带的，其附带的结果将使系统的调理时间拉长，结果将使系统的调理时间拉长，而采用措施而采用措施(2)(2)，那么将增大，那么将增大调理稳定后的静态误差，所以调理稳定后的静态误差，所以要据实船情况来权衡处置。要据实船情况来权衡处置。 通常，调理器的不灵敏区是通常，调理器的不灵敏区是可调的，脉冲宽度也有多档可调的，脉冲宽度也有多档可供选择，以便与不同的机可供选择，以便与不同的机型相适配。型相适配。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系脉宽受误差信号调制的调理器脉宽受误差信号调制的调理器输出特性输出特性 防止产生振荡的最好方式防止产生振荡的最好方式是设计调理器时，使其输是设计调理器时，使其输出的调理脉冲宽度受误差出的调理脉冲宽度受误差信号大小的调制，即当系信号大小的调制，即当系统的频差，功率分配差信统的频差，功率分配差信号大时，调理脉冲宽度随号大时，调理脉冲宽度随之加大之加大( (甚至构成延续调甚至构成延续调理理) )。在调理过程中，当。在调理过程中，当误差信号变小时，调理脉误差信号变小时，调理脉冲宽度也随之减小。冲宽度也随之减小。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设计成这种调理特性的调设计成这种调理特性的调理器，能使系统即快速又理器，能使系统即快速又平稳地完成自动调理义务。平稳地完成自动调理义务。 右右图表示的就是脉冲周期表示的就是脉冲周期T T固定，脉固定，脉宽受受误差信差信号号usrusr调制的特性。制的特性。脉宽受误差信号调制的调理器脉宽受误差信号调制的调理器输出特性输出特性 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 32 2 自动调频调载系统参数的选择自动调频调载系统参数的选择以虚有差控制方式为例阐明以虚有差控制方式为例阐明 控制系控制系统的参数主要有的参数主要有频率率变换器的器的变比比KfKf，功率，功率变换器的器的变比比KpKp，调理器的不灵敏区理器的不灵敏区。 按调理信号按调理信号 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系调频时，取，取P=0P=0，所以，所以负荷分配荷分配时，取，取f =0f =0，所以，所以船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设系系统对静静态精度的要求下精度的要求下标“gd“gd表示表示给定定1 1静态调频精度百分值静态调频精度百分值2 2静态负荷分配精度百分值静态负荷分配精度百分值船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系系统调理终了后，要满足这些要求那么应有：系统调理终了后，要满足这些要求那么应有：调频时的不灵敏区调频时的不灵敏区负荷分配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 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系例例 设计要求：设计要求：系系统额定定频率率为50HZ50HZ，试确定虚有差确定虚有差调频调载系系统的的、Kf Kf 和和KPKP。3 3将将解：解：代入代入 有有 这阐明，当系统出现这阐明，当系统出现1HZ1HZ频差时，频率变换器的输出频差时，频率变换器的输出为为1V1V直流电压信号，与之对应。直流电压信号，与之对应。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系由于由于调理器接受理器接受频差和功差的差和功差的综合信号，即合信号，即ff和和PP均均设置在置在调理器的同一理器的同一输入端上，所以入端上，所以应有：有： 由式由式 可可见，在，在、Kf Kf 和和KPKP中，任中，任选定一个即可求得另定一个即可求得另外两个，于是参数就可定下了。外两个，于是参数就可定下了。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系例例 设计要求：设计要求：系系统额定定频率率为50HZ50HZ，试确定虚有差确定虚有差调频调载系系统的的、Kf Kf 和和KPKP。船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系例例 设计要求：设计要求：系系统额定定频率率为50HZ50HZ，试确定虚有差确定虚有差调频调载系系统的的、Kf Kf 和和KPKP。1 1选定选定解：解：即当发电机为额定输出即当发电机为额定输出PePe时，功率变换器输时，功率变换器输出出10V10V直流电压。直流电压。 船舶电站及其自动化系统 2024/8/24课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系例例 设计要求：设计要求：系系统额定定频率率为50HZ50HZ，试确定虚有差确定虚有差调频调载系系统的的、Kf Kf 和和KPKP。2 2根据根据 解：解：有有