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总结人：张英杰 电力系统自动装置原理重点电力系统自动装置原理重点 绪论绪论 1. 电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。 2. 调度控制中心对所管辖的电力系统进行监视和控制、其主要任务是合理地调度所属各发 电厂的出力，制定运行方式，及时处理电力系统运行中所发生的问题，确保系统安全经济运 行。 3. 电力系统自动控制的划分：电力系统自动监视和控制；发电厂动力机械自动控制； 电力系统自动装置；灵活交流输电系统；电力安全装置。 4. 电力系统自动装置分 第二章第二章 同步发电机的自动并列同步发电机的自动并列 1. 并列操作：将同步发电机并入电力系统参加并列运行的操作。 2. 任一母线电压瞬时值：sin() m uUt=+ （电压幅值、频率、相角） 3. 同步发电机组并列时遵循的原则： （问答） 并列断路器合闸时， 冲击电流应尽可能小， 其瞬时最大值一般不应超过待并发电机额 定电流的 12 倍。 发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力 系统的扰动。 4. 同步发电机并列方法：准同期并列；自同期并列。 （一般采用准同期并列） 准同期并列：设待并发电机组 G 已经加上励磁电流，其端电压为 G U ，调节待并发电机 组 G U 的状态参数使之符合并列条件。 5. 并列的理想条件： 自动调节装置 自动操作装置 Gx =或 Gx ff= （即频率相等） Gx UU= （即电压幅值相等） 0 e = （即相角差为零） 6. 不满足准同期并列的后果？ 电压幅值差：冲击电流主要为无功电流分量； 合闸相角差：当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量； 频率不相等：待并发电机需经历一个很长的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚 至失步。 7. 自同期并列： 自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率， 滑差角频率 x 不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列 断路器 QF，接着立即合上励磁开关 SE，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的 过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。 （不能用于两个系统间并列操作） 8. 准同期并列装置的两种原理：恒定越前相角、恒定越前时间。 9. 恒定越前时间并列装置的整定计算： 越前时间 YJ t ： YJcQF ttt=+ c t 自动装置合闸信号输出回路的动作时间； QF t 并列断路器的合闸时间。 允许电压差： （0.10.15） N U 允许滑差角频率： 最大允许滑差 sy 为 | t |+| t| ey sy cQF = | t | c 、| t| QF 分别为自动并列装置、断路器最大可能误动作误差时间 允许合闸误差角： () 2arcsin() 2 1.8 2 hmqx ey q iXX rad E + = q E 按 1.05 计算是考虑到并列时电压有可能超过额定电压值的 5%。 P P29 【例【例 2-1 】 10. 自动并列装置检测并列条件的电压人们常称为整步电压。 第三章第三章 同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁自动控制系统 1. 同步发电机励磁系统的组成：励磁功率单元+励磁调节器 2. 同步发电机励磁控制系统的任务（简答） （1）电压控制，励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务； （2）控制无功功率的分配 （发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。 ） ； （3）提高同步发电机 并列运行的稳定性（对静态稳定、暂态稳定的影响） ；要求：快速响应特性、高强励倍数。 对静态稳定的影响： 发电机输出功率：sin q G E U P X = ， q E值与励磁有关。励磁调节装置能有效提高系统静 态稳定的功率极限。 对动态稳定的影响：发电机组受扰动后如能强行励磁，不但减少加速面积，而且还增大 减速面积，使发电机第一次摇摆时功角的幅值减少，改善发电机的暂态稳定性。 （4） 改善电力系统的运行条件： 改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行创造 条件 提高继电保护装置工作的正确性； （5）水轮发电机组要求实行强行减磁。 3. （填空） 励磁顶值电压 EFq U是了励磁功率单元在强行励磁使可能提供的最高输出电压值。 该值与额定励磁电压 EFN U之比称为强励倍数。 4. 通常将励磁电压在最初 0.5s 内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。 5. 交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷励磁） 性能和特点： 无碳刷和滑环，维护工作量可大为减少。 发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。 发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而励磁系统的响应速度较 慢。 发电机转子回路无法实现直接灭磁。 要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能承受高速旋转的离心力。 因没有接触部件的磨损，也就没有炭粉和铜末引起的对电机绕组的污染，故电机的绝 缘寿命较长。 G AE TA 旋转元件 TV 永磁发电机 励磁开关 晶闸管整流器 励磁调节器 G VS TV 励磁调节器 TA 励磁电流 启 励 元 件 滑环 无刷励磁原理接线图 静止励磁系统（发电机自并励系统）原理接线图 无刷励磁原理接线图 静止励磁系统（发电机自并励系统）原理接线图 6. 静止励磁系统（发电机自并励系统） 主要优点： （1）励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。 （2）不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，减少基建投资。 （3）直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度。 （4）由发电机端取得励磁能量。 7. 在三相可控整流电路中，控制角起点规定为各相的自然换向点。 8. 在90 ?时，输出平均电压 d U为负，三相全控桥工作在逆变状态。 (180) ? 逆变角，逆变角总是小于90?的。 9. 若要发电机利用全控桥进行逆变灭磁，必须使最小逆变角大于换流角及晶闸管关断 角 off 之和 minoff + 当需要发电机转子快速灭磁时，要把控制角限制在150155 ? 范围，以确保逆变成 功。 min 2530= ? 10. 改变 c R值调节励磁电流（PE副励磁机， DE励磁机） G = IEF IEF EEW DE RC . UG 发电机电压 G U 增大 c R值 励磁机励磁电流 EF I 励磁机电压 E U 发电机励磁电流 EF I 发电机电压 G U 11. 发电机的调节特性是发电机转子电流 EF I与无功负荷电流 Q I的关系。 12. 调差系数 12 12 GG GGG GN UU UUU U = GN U发电机额定电压； 1G U、 2G U分别为空载运行和额定无功电流时发电机电压，一般取 2GGN UU= 越小，无功电流变化时发电机电压变化越小，表征励磁控制系统维持发电机电压的能力。 13.（问答）对励磁调节器特性进行调整主要是为了满足运行方面的要求。这些要求是： 发电机投入和退出运行时，能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击； 保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。 14. 0 正调差特性 UG UG0 15. 0 0 0 1 () GG QGG GGN GN UU IUU UU U = G Q U IQ = = P75 【例 3-1、3-2】 16. 励磁调节器的辅助控制（不参与正常情况下的自动控制） 功能 （1）瞬时电流限制和最大励磁限制； （2）最小励磁限制器； （3）电压/频率（V/Hz）限 制和保护； （4）发电机失磁监控 * 同步发电机欠励磁运行时， 由滞后的功率因数变为超前功率因数， 发电机从系统吸收无功 功率，这种运行方式称进行运行。 * 发电机“失磁”是指发电机在运行中全部或部分失去励磁电流，使转子磁场减弱或消失。 （填空）实际运行中，水轮发电机一般不允许失磁运行。汽轮发电机失磁后，适当降低其有 功输出，在很小的转差下，可以异步运行一段时间（例如 1030min） 。 * 一台无差调节特性的发电机可以和多台正调差 特性发电机组并联运行； * 具有负调差特性发电机组不能并联运行； * 两台无差调节特性机组不能并联运行。 第四章第四章 励磁自动控制系统的动态特性励磁自动控制系统的动态特性 1. 在励磁控制系统中通常用电压速率反馈环节来提高系统的稳定性。 这种并联校正的微分负反馈网络即为励磁系统稳定器。 2. 改善电力系统的稳定性的措施电力系统稳定器 在远距离输电系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡。其原因归 结为两条： 1） 励磁调节器按电压偏差比例调节； 2） 励磁控制系统具有惯性。 3） 3. 电力系统稳定器所采用的信号可以是发电机轴角速度偏差或机端电压频率偏差f、 电功率偏差 e P和过剩功率 m P及它们的组合等。 信号变换器超前/滞后增益调整隔直限幅输出 其他控制 去AER ? ?Pe ?f ?Pm PSS框图PSS框图 第五章第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节电力系统频率及有功功率的自动调节 1. 频率的影响：用电设备效率降低；影响用户产品质量；影响电子设备准确性； 降低发电能力；汽轮机叶片共振。 2. 频率允许偏差一般不超过0.2Hz。 3. 电力系统运行的任务：在调整系统频率时，要求维持系统频率在规定范围内；力求 使系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行，发电机组之间实现经济分配。 4. 电力系统负荷的功率频率特性( ) L PF f= 5. 一次调频：由调速器进行，针对随机分量（调进汽门、进水门） ； 二次调频：由手动或自动调频器进行，针对脉动分量； 三次调频：有功功率经济分配，针对持续分量。 与频率变化无关的负荷：照明、电阻炉； 与频率成正比的负荷：压缩机、卷扬机 与频率二次方成正比负荷：涡流损耗。 6. 负荷频率调节效应系数： * N L LN f KK P = 负荷的频率调节效应：系统负荷参与调节作用，它的特性有利于系统中有功功率在另一 频率值下重新平衡。 7. 发电机组的功率频率特性 发电机组调差系数： G f R P = 原动机的单位调节功率： 1 G G P K Rf = 8. 系统单位调节功率（综合发电机金和负荷调节效应） 1 LLG KKK R =+=+ 稳态频率降 L P f = 9. 一般运行电厂分为：调频厂、调峰厂、带基本负荷发电厂（火电厂、热电厂及核电厂） 负荷变动部分按计划下达给调峰电厂、调峰电厂一般由经济性能较差的机组担任。 调频电厂承担计划外负荷，要求动态性能好。 10. 调速器的控制电动机称为同步器或调频器。 *11.（1）电力系统中实现频率和有功功率调节方法： 主导电机法主导电机法 一台主导机组上装设无差调频器，调节准则：0f = 其他机组上装设有功功率调整器，调节准则： 1ii PaP= (2,3,)in= i a协助调频机组比例系数； 1 P主导发电机调节功率 同步时间法（积差调节）同步时间法（积差调节） 调节方程： 0 c ci N fdtk P PKfdt fff + = = = i K积分控制增益 可以完全消除系统频率偏差 联合自动调频：联合自动调频： 决定各机组调节功率 ci P最简单的关系式为： 1 () n ciiGif i PaPBf = = f B频率偏差系数 系统调频机组总的调节功率为： 1111 () nnnn ciiGifGif iiii PaPBfPBf = = （2）联合电力系统的调频方式 恒定频率控制FFC；恒定交换功率控制FTC；频率联络线功率偏差控制TBC。 第六章第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置 1. 频率降低较大时，对系统的影响： （一）对汽轮机的影响 某些汽轮机在长时期低于频率4949.5Hz以下运行时，叶片容易产生裂纹，当频率低到 45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共振而引起断裂事故。 （二）发生频率崩溃现象 当频率下降到4748Hz时，火电厂的厂用机械出力将显著降低，使锅炉出力减少，导致 发电厂输出功率进一步减少，致使功率缺额更为严重。于是系统频率进一步下降，这样恶性 循环将使发电厂运行受到破坏。 （三）发生电压崩溃现象 当频率降低时，励磁机、发电机等的转速相应降低，由于发电机的电动势和电动机的转速 降低，加剧了系统无功不足情况，使系统电压水平下降。当频率降至4645Hz时，系统电 压水平受到严重影响，当某些中枢点电压低于某一临界值时，将出现“电压崩溃”现象，系 统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系统瓦解，将引起大面积停电。 2. 事故情况下频率降低值： * 501 n n LLLN P fP KK P = n P功率缺额； LN P额定频率工况下系统的有功负荷 P173 【例6-1】 3. 自动低频减载的工作原理 （一）最大功率缺额的确定 必须考虑即使在系统发生最严重事故的情况下， 即出现最大可能的功率缺额时吗， 接至 自动低频减载装置的用户功率量也能使频率恢复在可运行水平，以免事故的扩大。 自动低频减载装置是针对事故情况的一种反事故措施。 maxmax * max hL L LNL PP Kf PP = max* max * 1 h L L PKf P Kf = P177 【例6-2】 （二） 自动低频减载装置的动