第章船舶电力系统频率及有功功率自动调节

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1、船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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节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 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系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。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并联机组有功功率分配与电力系统频率调整密切相联系。相联系。船舶电站及其自动

2、化系统 2023-2-6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节频率及有功功率的自动调节1 1 船舶电力系统频率变化的原因船舶电力系统频率变化的原因60pnf dtdJMMMem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 发电机运行时的转矩平衡方程式为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 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 MPdtdTPPPef*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

3、程式可表示为 船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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指标之一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。的油门，保持功率平衡。在船舶电力系统中，在船舶电力系统中，频率频率的调整及的调整及有功功率有功功率分配均依分配均依赖于原动机调速器的调节。赖于原动机调速器的调节。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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P PT T，发电机负荷功率为，发电机负荷功率为P

4、PF F TFdTTJdt2224TFddfdfPPJJfJfdtdtdt(1)(1)当当 ，时时,静止静止或或恒转速恒转速运行，即稳态。运行，即稳态。(2)(2)当当 ，时时,系统处于系统处于加速加速运行，即动态。运行，即动态。(3)(3)当当 ，时时,系统处于系统处于减速减速运行，即动态。运行，即动态。TFTT0dfdtTFTT0dfdtTFTT0dfdt船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮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规范规定：船用电器设备在电源频率波动稳态值达达5 5额定频率时应能正常运用。因此要求船额定频率时应能正常运用。因此

5、要求船舶电网频率的变化最好保持在舶电网频率的变化最好保持在0.2Hz0.2Hz以内。以内。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系)(fFP 负荷功率随频率而改变的特性称为负荷的功率频率特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。性，属于负荷的静态频率特性。nfkP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一般表示为系一般表示为 2 2 船舶电力系统负荷调节效应船舶电力系统负荷调节效应船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶

6、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，压缩机，卷扬机等，其转矩基本恒定。机床，压缩机，卷扬机等，其转矩基本恒定。(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 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系在

7、电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负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。统的负荷调节效应。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 2023-2-6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

8、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。由于电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因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此调速器应是一种“定速调速器定速调速器”。即通过调速器。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、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，动

9、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。维持转速在允许的范围内。3 3 调速器基本原理及特性调速器基本原理及特性船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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：油门控制结构：油门控制结构1 1）离心式调速器基本结构离心式调速器基本结构船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 2）离心式调速器基本原理）离心式调速器基本原理按

10、实际转速与给定转速（弹簧予紧力）之差，自动按实际转速与给定转速（弹簧予紧力）之差，自动调节油门，维持原动机接近定速运行。调节油门，维持原动机接近定速运行。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系柴油机运行时，柴油机运行时，通过齿轮传动通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，压缩压缩弹簧弹簧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

11、相平衡，这时滑套这时滑套5 5将将处于某一平衡位置，通过杠杆处于某一平衡位置，通过杠杆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行，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此时的调速器处于一种平衡状态。态。平衡状态平衡状态船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系若由于某种原因破坏了调速器若由于某种原因破坏了调速器的平衡，譬如负载减少、机组的平衡，譬如负载减少、机组转速升高，则飞铁的离心力增转速升高，则飞铁的离心力增大、张开的角度将更大，引起大、张

12、开的角度将更大，引起滑套滑套5上移。在滑套上移的过程上移。在滑套上移的过程中，通过杠杆、拉杆、使油门中，通过杠杆、拉杆、使油门减小，转速就被阻止进一步增减小，转速就被阻止进一步增加。同时，因为滑套的上移压加。同时，因为滑套的上移压缩了弹簧缩了弹簧6，其反作用力也将增，其反作用力也将增加，直到与离心力的作用平衡，加，直到与离心力的作用平衡，滑套滑套5就停止上移。到此，调速就停止上移。到此，调速器达到了一个新的平衡状态，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。机组在另一个转速下稳定运行。负载减少负载减少船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系

13、相反若由于某种原因使转速降相反若由于某种原因使转速降低，则飞铁的离心力变小、平低，则飞铁的离心力变小、平衡又被打破，衡又被打破，此时弹簧此时弹簧6的压的压力大于离心力的作用，滑套下力大于离心力的作用，滑套下移，于是油门加大，阻止了转移，于是油门加大，阻止了转速进一步下降，又达到了一个速进一步下降，又达到了一个新的平衡。这种自动调整作用，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使柴油机能稳定运行于一定的转速范围内。转速范围内。负载增加负载增加船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系通过伺服电动机，经蜗轮蜗通过伺服电动机，经蜗轮蜗杆传动，可以

14、将弹簧杆传动，可以将弹簧6 6事先压事先压紧到一定的程度；弹簧紧到一定的程度；弹簧“预预紧紧”是通过配电盘上的手动是通过配电盘上的手动调速开关接通伺服电动机进调速开关接通伺服电动机进行的操作。预紧力越大，滑行的操作。预紧力越大，滑套越被压向下移，对应的油套越被压向下移，对应的油门开度越大，门开度越大，反之油门开度反之油门开度越小。越小。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系PfPPffK1212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 2023-2-6课

15、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%10012ennnJ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，应当应当没有振荡。没有振荡。T T5 5秒秒 动态特性动态特性n n1 1n n2 2(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：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。大功率分配产生误差，太小频

16、繁调节。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4 单机运行时频率的调整单机运行时频率的调整一次调节一次调节当发电机的有功负荷变化时，将引起频率的变化，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）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“一次调节一次调节”。二次调节二次调节对有差调速特性的调速器来说，功率变化时仅靠调对有差调

17、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。紧力的调节称调速器的二次调节。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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节是通过手动或自动控制调速器伺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，服电动机的正反转，改变调速器弹簧

18、的予紧力，使调速特性上下平移，实现频率和机组功率的分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。配的调节过程。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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，则应加大弹簧预紧力，将油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。若减小弹簧预紧。若减小弹簧预紧力，则特性向下平移，如图中的曲线力，则特性向下平移，如图中的曲线3 3。单机运行时，手动调频的情况单机运行时，手动调频的情况船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系

19、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 并联运行机组间有功功率的转移和分配并联运行机组间有功功率的转移和分配船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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行。用下无法并联

20、运行。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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。当负荷增加当负荷增加：增加的功率：增加的功率全部由无误差特性机承担，全部由无误差特性机承担，若负荷超过该机额定值可若负荷超过该机额定值可引起过载跳闸。引起过载跳闸。当负荷减小当负荷减小：无误差特性：无误差特性机将减小输出功率，有可机将减小输出功率，有可能导致另一机过载跳闸。能导致另一机过载跳闸。也无法并联运行。也无法并联运行。负荷增加负荷增加负荷减小负荷减小船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工

21、程学院船电系轮机工程学院船电系要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只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有两特性曲线的斜率致。由于调速器特性总是致。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，特性曲线的下化过大，又要使功率稳定的分配，特性曲线的下降率应在降率应在3 3左右，不超过左右，不超过5 5，以保证有功分配，以保证有功分配偏差在偏差在1010以内。以内。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系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

22、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，称分配和稳定电网频率是最简单的调频方法，称为为“有差调节法有差调节法”。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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行于设一号发电机运行于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，处于空载状态，运电机为并入发电机，浮接在电网上，处于空载状态，运行于行于B B点。点。CBAff0P/2 P P 12(1)(2)在转移负载时，为在转移负载时，为保持电网的频率不保持电网的频率不变，必须同时向相变，必须同时向相反方向

23、调节两机组反方向调节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 2023-2-6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，电网频率增加号机单独加速，电网频率增加f0 f0船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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:为保持电网的频率稳定为保持电网的频率稳定，在转移负载，在转移负载时，时，必须同时向相反方向调节两机组的调速控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制开关。对

24、上述情况，需增大二号发电机组的油门，使特性曲线门，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);同时同时减少一号发电机组的油门，使特性曲线减少一号发电机组的油门，使特性曲线1 1向下平向下平移到特性曲线移到特性曲线(1)(1)，并与曲线并与曲线2 2交于交于C C点。两特性点。两特性曲线曲线(1)(1)和和(2)(2)的交点的交点C C说明两台机组的频率均为说明两台机组的频率均为f fe e，而两台机组各自分担的功率均为而两台机组各自分担的功率均为P P1 1/2/2。以后在。以后在负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调节电网

25、频率。节电网频率。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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行需解列一台时，也应同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。时反向调节原动机的调速控制开关。在电网的频在电网的频率保持不变率保持不变的情况下，将负荷全部转移至运行的的情况下，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，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功率分配偏差较大时，也要按上述操作进行

26、功率按发电机容量比例均匀分配。按发电机容量比例均匀分配。如果出现电网频率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。速开关，使频率上升或下降。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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，输出电压时，输出电压u uf f00当当f50Hzf50Hz时，输出电压时，输出电压u uf f04U4Ui i。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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

27、因数角=0=0时，发电机电压、电流的矢量时，发电机电压、电流的矢量图图b)b)。U UACAC与（与（IAIC)IAIC)同相位，显然，当功率因数角同相位，显然，当功率因数角为为任意值时，任意值时，U UACAC与（与（IAIC)IAIC)的相位差也等于的相位差也等于，故，故U Uu u 与与U Ui i的相位差即为功率因数角的相位差即为功率因数角。U U 1 1=K =K U U u u+U U i i U U 2 2=K =K U U u u-U U i i 船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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，参数相同时，两电路的当上

28、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。由此可作出矢量图比例常数也一致。由此可作出矢量图C C），因为已保证），因为已保证U Uu u4U4Ui i，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分别近似代分别近似代替替U Uu u+U+Ui i和和U Uu u-U-Ui i。U U1 1=K=K U Uu u+U+Ui i K OM=K K OM=K（U Uu u+U+Ui icoscos）U U2 2=K=K U Uu u-U-Ui i K ON=K K ON=K（U Uu u-U-Ui icoscos）船舶电站及其自动化系统 2023-2-

29、6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系式中式中2KK2KKi i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），即正比于发），即正比于发电机的有功功率。电机的有功功率。cos221iPkUUUUcos2IkkUiPIkUii而船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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)(nPPKPKUiipipP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及实现有功及实现有功功率按比例分配

30、功率按比例分配n n 并联运行的机组数并联运行的机组数P Pi i 第第i i台机组的发电机输出功率，台机组的发电机输出功率，(i=1(i=1，2 2，n)n)船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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装置的执行机构，它接收调整器是自动调频调载装置的执行机构，它接收频差频差和功差和功差综合信号，并根据频差和功差综合信号的大小综合信号，并根据频差和功差综合信号的大小及极性，发出相应及极性，发出相应加大或减小加大或减小油门的指令来控制伺服油门的指令来控制伺服马达正反转，以达到马达正反转，以达到有功功率的均匀分配和保持频

31、率有功功率的均匀分配和保持频率恒定恒定的目的。的目的。pfipisruuPkfkuu usrsr00调整器输出减速脉冲；调整器输出减速脉冲；u usrsr0fffN N,ffsrisrif=ff=fN N,srisriffffffN N,ff船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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“恒频恒频”时系统的等效电路时系统的等效电路假定在调整过程中频率始终假定在调整过程中频率始终保持为额定值，则频率变换保持为额定值，则频率变换器输出器输出ff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

32、的输出此时可以看作一个电源，可以画出装看作一个电源，可以画出装置的等效电路。置的等效电路。调整器从均功率电阻调整器从均功率电阻R R上取上取得信号。得信号。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设由设由3 3端至端至1 1端电压为端电压为U U。假定有假定有n n台机组参与并联运行，各功率变换器上输出的电台机组参与并联运行，各功率变换器上输出的电压、电流分别为压、电流分别为U Upipi和和I Ii iPiiUUIR10niiI10nPiiUUR1nPiin UU RiiPiUI RUU1111()nnRiPiPiPiiPiiiUUUKPPKPnn船

33、舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1111()nnRiPiPiPiiPiiiUUUKPPKPnn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，电阻元件只有在此特定的虚有差元件只有在此特定的虚有差调节法结构图中才能实现此调节法结构图中才能实现此功能，单独电阻元件显然无功能，单独电阻元件显然无法完成此任务。法完成此任务。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系如果如果1 1号发电机

34、的输出功率大于参与并联运行机组的平号发电机的输出功率大于参与并联运行机组的平均功率，则与功率变换器均功率，则与功率变换器P P1 1串联的均功电阻串联的均功电阻R R上将有信上将有信号电压号电压U Usr1sr10)1(1111niipRsrPnPKUU船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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调整器这个信号加于调整器T T1 1的的输入端，将会对输入端，将会对1 1号机组号机组产生产生“减速减速”调节，使其调节，使其油门减小，所承担的负荷油门减小，所承担的负荷减少。同时，必然有另一减少。同时，必然有另一台发电机均功电阻上的信台发电机均功电阻

35、上的信号电压号电压U Usrisri0 0，该机组调，该机组调整器整器T Ti i发出加速脉冲，开发出加速脉冲，开大油门使其增加负载，一大油门使其增加负载，一直到各机组的负载值都相直到各机组的负载值都相等时才结束，等时才结束，0)1(1111niipRsrPnPKUU船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系011niiiiPnPP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0RsriUU船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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实际中，随着功率的变化，电网的频率也会发生在实际中，

36、随着功率的变化，电网的频率也会发生变化，反之亦然。所以，上述恒频和均功两种调节变化，反之亦然。所以，上述恒频和均功两种调节是同时进行的，即调整器同时接受是同时进行的，即调整器同时接受“频率差频率差”和和“功率差功率差”信号的综合信号。信号的综合信号。)1(1niiiPfiPfsriPnPKfKPKfKU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U Usrisri进行调整，直到进行调整，直到U Usrisri均为零，调整才结束。均为零，调整才结束。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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

37、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，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。尽管各机组调速器本身是有差特性。这种调节方法称为这种调节方法称为“虚有差虚有差”法。法。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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，不需要更多的发电机组并联运行，可将准备停小，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，待其负荷减掉的发电机组的负荷转移给

38、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 2023-2-6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K K1111、K K2121是是1 1号、号、2 2号机投入电网的号机投入电网的控制继电器。继电器控制继电器。继电器K K1212、K K2222是是1 1号、号、2 2号机解列控制继电器。号机解列控制继电器。设设1 1号机已运行，其主开关合闸，主开关的辅助触点号机已运行，其主开关合闸

39、，主开关的辅助触点QFQF1 1闭闭合，合，K K1111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，运行于额定号机将被控，运行于额定频率。若频率。若2 2号机投入并联，其辅助触点号机投入并联，其辅助触点QFQF2 2使使K K2121得电，其常得电，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。功率及恒频率运行。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系若使若使1 1号机解列，只要按下号机解列，只要按下SBSB1 1，使解列继电器，使解列继电器K K1212得

40、电，得电，K K1212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号机功率变换器号机功率变换器脱离均功点脱离均功点1 1，并经解列电阻，并经解列电阻R R1 1和均功电阻和均功电阻R R自成一回路，自成一回路，使使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 2023-2-6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号机仍承担着负载，号机仍承担着负载，P P1 1的输出端仍有信号电压，它的输出端仍有信号电压，它在解列回路中将产生电流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上形成一个上形成一个

41、下正上负的电压，这一电压经频率变换器下正上负的电压，这一电压经频率变换器f f（此时其输（此时其输出出U U3232为为0 0）加入调整器）加入调整器T T1 1的输入端，使的输入端，使T T1 1的输入端形成下的输入端形成下正上负的电压信号，即正上负的电压信号，即T T1 1调整器的输入端信号调整器的输入端信号U Usr1sr10 0，T T1 1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 2023-2-6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，f

42、fffe e，则，则频率变换器输出频率变换器输出U U323200，即频率变换器输出上正下负的电压信，即频率变换器输出上正下负的电压信号，它通过号，它通过2 2号机的均功电阻号机的均功电阻R R加于加于T T2 2调整器输入端，使调整器输入端，使2 2号号机的调整器输入信号机的调整器输入信号022f f时，就可时，就可能产生不衰减的振荡。能产生不衰减的振荡。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系若初始频率若初始频率f f0 0还适当高还适当高(或或低低)一些，则第一个一些，则第一个(或第二或第二个个)脉冲调节后，频率脉冲调节后，频率f f就可就可以落

43、在不灵敏区之内了，尽以落在不灵敏区之内了，尽管管f f22f f，也不会发，也不会发生振荡。生振荡。是否产生振荡还需看初始条件，是否产生振荡还需看初始条件，即初始频率即初始频率f f0 0的值。的值。调频振荡现象调频振荡现象船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2)2)有功功率分配调节时可能产生的振荡现象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有功功率分配振荡现象多台多台(设为两台设为两台)机组并联机组并联运行的情况，仍假定是按定运行的情况，仍假定是按定脉冲宽度的调节方式，并设脉冲宽度的调节方式，并设每一个调节脉冲每一个调节脉冲能使机

44、组能使机组的有功功率变化的有功功率变化P P，再设，再设对应于调节器不灵敏区对应于调节器不灵敏区的的功率变化量为功率变化量为P P，则当：，则当：P P22P P时，就可能产生时，就可能产生功率分配中的功率分配中的“交互振荡交互振荡”，即系统总负荷不变，频率为即系统总负荷不变，频率为给定值，但有一定的有功功给定值，但有一定的有功功率在两台机组间往复传递。率在两台机组间往复传递。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同样这种现象也只是可能产同样这种现象也只是可能产生而不一定产生，这也还决生而不一定产生，这也还决定于初始条件，在这里就是定于初始条件，在这

45、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P P1010和和P P2020。有功功率分配振荡现象有功功率分配振荡现象若若P P1010和和P P2020的差值适当地还小的差值适当地还小一些或大一些，尽管一些或大一些，尽管P P22P P条件成立，也可条件成立，也可能在第一对或第二对调节脉能在第一对或第二对调节脉冲之后，功率分配差就落在冲之后，功率分配差就落在不灵敏区内，而不会产生振不灵敏区内，而不会产生振荡。荡。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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荡现象出现时，在装置面前将听到以上两种振荡现象出现时，在装置面前将听到“加加速速

46、”和和“减速减速”继电器有节奏，不停地交替工作。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。这时，就应采取措施消除振荡。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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对振荡现象及产生从上面对振荡现象及产生振荡的条件的讨论可知，当振荡的条件的讨论可知，当 f f22f f，P P22P P时系统一定是稳定的，不会时系统一定是稳定的，不会产生振荡。产生振荡。消除振荡，可从两方面着手解决：消除振荡，可从两方面着手解决：(1)(1)适当减小调节脉冲宽度（减小适当减小调节脉冲宽度（减小f f和和P P）(2)(2)适当加大调

47、节器的不灵敏区（增加适当加大调节器的不灵敏区（增加f f和和P P）船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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节器脉宽受误差信号调制的调节器输出特性输出特性若采用措施若采用措施(1)(1)，其附带的结，其附带的结果将使系统的调节时间拉长，果将使系统的调节时间拉长，而采用措施而采用措施(2)(2)，则将增大调，则将增大调节稳定后的静态误差，所以要节稳定后的静态误差，所以要据实船情况来权衡处理。据实船情况来权衡处理。通常，调节器的不灵敏区是通常，调节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

48、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 2023-2-6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节器脉宽受误差信号调制的调节器输出特性输出特性避免产生振荡的最好方式避免产生振荡的最好方式是设计调节器时，使其输是设计调节器时，使其输出的调节脉冲宽度受误差出的调节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，调节脉冲宽度随号大时，调节脉冲宽度随之加大之加大(甚至形成连续调甚至形成连续调节节)。在调节过程中，当。在调节过程中，当误差信号变小时，调节脉误差信号变小时，调节脉冲宽度也随之减小

49、。冲宽度也随之减小。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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节特性的调设计成这种调节特性的调节器，能使系统即快速又节器，能使系统即快速又平稳地完成自动调节任务。平稳地完成自动调节任务。右图表示的就是脉冲周期右图表示的就是脉冲周期T T固定，脉宽固定，脉宽受误差信受误差信号号u usrsr调制的特性。调制的特性。脉宽受误差信号调制的调节器脉宽受误差信号调制的调节器输出特性输出特性船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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

50、例说明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控制系统的参数主要有频率变换器的变比K Kf f，功率，功率变换器的变比变换器的变比K Kp p，调节器的不灵敏区，调节器的不灵敏区。按调节信号按调节信号PKfKPnPKfKuPfniiiPfsr)1(1船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系fKuffsr)(PKuPPsr)(调频时，取调频时，取P=0P=0，所以，所以负荷分配时，取负荷分配时，取f=0f=0，所以，所以船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系设系统对静态精度的要求（下标设系统

51、对静态精度的要求（下标“gdgd”表示给定）表示给定）（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）egdgdfff*)1(1*niiiegdgdPnPPPP船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程学院船电系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：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*)()(gdefgdffsrfffKfKu*)()(gdePgdpPsrPPPKPKu船舶电站及其自动化系统 2023-2-6课 件轮机工程

52、学院船电系轮机工程学院船电系例例 设计要求：设计要求：1005.2,1005.0*gdgdPf系统额定频率为系统额定频率为50H50HZ Z，试确定虚有差调频调载系统，试确定虚有差调频调载系统的的、K Kf f 和和K KP P。3 3）将将解：解：*)()(gdefgdffsrfffKfKu)(25.0)(VP代入代入有有 ）（HzVffKgdef/11005.05025.0*这表明，当系统出现这表明，当系统出现1HZ1HZ频差时，频率变换器的输频差时，频率变换器的输出为出为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 2023-2-6课 件轮机工程学院船电

53、系轮机工程学院船电系因为调节器接受频差和功差的综合信号，即因为调节器接受频差和功差的综合信号，即（f f）和）和（P P）均设置在调节器的同一输入端上，所以应有：）均设置在调节器的同一输入端上，所以应有：由式由式 可见，在可见，在、K Kf f 和和K KP P中，任选定一个即可求得另中，任选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。)()(Pf船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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：1005.2,1005.0*gdgdPf系统额定频率为系统额定频率为50H50HZ Z，试确定虚有差调频调载系统，

54、试确定虚有差调频调载系统的的、K Kf f 和和K KP P。船舶电站及其自动化系统 2023-2-6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：1005.2,1005.0*gdgdPf系统额定频率为系统额定频率为50H50HZ Z，试确定虚有差调频调载系统，试确定虚有差调频调载系统的的、K Kf f 和和K KP P。1 1）选定）选定)/(10kWVPKeP解：解：即当发电机为额定输出（即当发电机为额定输出（P Pe e）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 2023-2-6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：1005.2,1005.0*gdgdPf系统额定频率为系统额定频率为50H50HZ Z，试确定虚有差调频调载系统，试确定虚有差调频调载系统的的、K Kf f 和和K KP P。2 2）根据）根据解：解：*)()(gdePgdpPsrPPPKPKu有有)(25.01005.210*)(VPPPPKeegdePP