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1 复复 习习 思思 考考 题题 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 一 基本概念一 基本概念 1 1 并列操作 并列操作 电力系统中的负荷随机变化 为保证电能质量 并满足安全和经济运行 的要求 需经常将发电机投入和退出运行 把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调 节 在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列 这样的操作过程称为并列操作 2 2 准同期并列 准同期并列 发电机在并列合闸前已加励磁 当发电机电压的幅值 频率 相位分 别与并列点系统侧电压的幅值 频率 相位接近相等时 将发电机断路器合闸 完成并列 操作 3 3 自同期并列 自同期并列 将未加励磁 接近同步转速的发电机投入系统 随后给发电机加上励 磁 在原动转矩 同步力矩作用下将发电机拉人同步 完成并列操作 4 4 并列同期点 并列同期点 是发电机发电并网的条件 同期并列点是表示相序相同 电源频率同 步 电压相同 5 5 滑差 滑差频率 滑差周期 滑差 滑差频率 滑差周期 滑差 并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电 压电角速度之差 滑差频率 并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差 用 fs 表示 滑差周期 并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化 360 所用的时 间 6 6 恒定越前相角准同期并列 恒定越前相角准同期并列 在 Ug 和 Ux 两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的 叫恒定越前相角并列装置 7 7 恒定越前时间准同期并列 恒定越前时间准同期并列 在 Ug 和 Ux 两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的 叫恒定越前时间并列装置 8 8 整步电压 正弦整步电压 线性整步电压 整步电压 正弦整步电压 线性整步电压 包含同步条件信息的电压 正弦整步电 压 与时间具有正弦函数关系的整步电压 线性整步电压 与时间具有线性函数关系的整 步电压 二 思考题二 思考题 1 同步发电机并列操作应满足什么要求 为什么 答 同步发电机并列操作应满足的要求 1 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超过 1 2 倍的额定电流 2 发电机并网后 应能迅速进入同步 运行状态 其暂态过程要短 以减少对电力系统的扰动 因为 1 并列瞬间 如果发电机 的冲击电流大 甚至超过允许值 所产生的电动力可能损坏发电机 并且 冲击电流通过 其他电气设备 还合使其他电气设备受损 2 并列后 当发电机在非同步的暂态过程时 发电机处于振荡状态 遭受振荡冲击 如果发电机长时间不能进入同步运行 可能导致失 步 并列不成功 2 同步发电机并列操可以采用什么方法 答 可分为准同期并列和自同期并列 3 什么是同步发电机自动准同期并列 有什么特点 适用什么场合 为什么 答 调节发电机的电压 Ug 使 Ug 与母线电压 Ux 相等 满足条件后进行合闸的过程 特点 并列时冲击电流小 不会引起系统电压降低 但并列操作过程中需要对发电机电压 频率进行调整 并列时间较长且操作复杂 适用场合 由于准同步并列冲击电流小 不会引起系统电压降低 所以适用于正常情 况下发电机的并列 是发电机的主要并列方式 但因为并列时间较长且操作复杂 故不适 用紧急情况的发电机并列 4 为什么准同期并列产生的冲击电流小 答 当电网参数一定时 冲击电流决定于相量差 Us 由于准同期并列操作是并列断路 器 QF 在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的 虽然不能达到理想的条件 但是实际合闸时相量差 Us 的值很小 因此计算出的冲击电流很小 5 什么是同步发电机自同期并列 有什么特点 适用什么场合 为什么 答 是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率 滑差角频率不超过允许 值 且在机组的加速度小于某一给定值的条件下 首先合上断路器 QF 接着合上励磁开关 开关 SE 给转子加励磁电流 在发电机电动势逐渐增长的过程中 又电力系统将并列的发 电机组拉入同步运行 特点 并列过程中不存在调整发电机电压 频率问题 并列时间短且操作简单 在系 统频率和电压降低的情况下 仍有可能实现发电机的并列 容易实现自动化 但并列发电 机未经励磁 并列时会从系统吸收无功 造成系统电压下降 同时产生很大的冲击电流 适用场合 由于自同步并列的并列时间短且操作简单 在系统频率和电压降低的情况 下 仍有可能实现发电机的并列 并容易实现自动化 所以适用于在电力系统故障情况下 有些发电机的紧急并列 2 6 为什么自同期并列产生很大的冲击电流 答 自同步并列 在发电机断路器合闸前 发电机未加励磁 因此合闸瞬间相当于系 统电压经发电机次暂态电抗短路 必然产生很大的冲击电流 此冲击电流随着发电机加上 励磁 在发电机电压建立以后消失 7 滑差 滑差频率 滑差周期有什么关系 答 滑差角频率与滑差频率的关系 s s f2 ss f 滑差频率与滑差周期的关系 s f s T1 2 sss Tf 8 同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么 实际条件是什么 答 理想条件 频率相等 电压幅值相等 相角差为零 实际条件 电压差不应超过额定电压的 5 10 频率差不应超过额定频率的 0 2 0 5 在断路器合闸瞬间 待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零 误 差不应大于 5 9 同步发电机自动准同期并列时 不满足并列条件会产生什么后果 为什么 答 发电机准同步并列 如果不满足并列条件 将产生冲击电流 并引起发电机振荡 严重时 冲击电流产生的电动力会损坏发电机 振荡使发电机失步 甚至并列失败 原因 通过相量图分析可知 并列瞬间存在电压差 将产生无功冲击电流 引起发电 机定子绕组发热 或定子绕组端部在电动力作用下受损 并列瞬间存在相位差 将产生有 功冲击电流 在发电机轴上产生冲击力矩 严重时损坏发电机 并列瞬间存在频率差 将 产生振荡的冲击电流 使发电机产生振动 严重时导致发电机失步 造成并列不成功 10 说明同步发电机采用自动准同期方式并列时 产生冲击电流的原因 为什么要检 查并列合闸时的滑差 答 答 产生冲击电流的原因 并列瞬间存在电压差 频率差 相位差 检查滑差的 原因 如果发电机在滑差不为 0 的情况下并入系统 立即周期性地带上正的 负的有功功 率 对转子产生制动 加速的力矩 使发电机产生振动 遭受振荡冲击 如果滑差较大 则振荡周期较短 振荡强烈 严重时导致发电机失步 造成并列不成功 同时 如果断路 器合闸存在动作时间误差 较大的滑差还会造成较大的合闸相角误差 相应产生冲击电流 11 为什么频率差过大时发电机可能并列不成功 答 发电机并列合闸时存在频率差 将产生振荡的冲击电流 振荡周期就是滑差周期 即频率差的大小 决定着冲击电流的振荡周期 如果频率差较小 滑差周期长 则经过一 定的振荡过程 发电机进入同步运行 并列成功 如果频差过大 滑差周期短 可能导致 发电机失步 造成并列失败 12 合闸脉冲为什么需要导前时间 答 发电机准同步并列要求 并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差 应等于零 考虑到并列断路器都有一个合闸时间 所以自动准同步装置发出合闸脉冲命令 应该相对于 0 有一个提前量 即合闸脉冲需要导前时间 13 断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑 为什么是恒定导前时间 答 断路器合闸脉冲的导前时间是为了使断路器主触头闭合瞬间 发电机电压和系统 电压之间的相位差 0 所以合闸脉冲的导前时间应等于从发出合闸脉冲命令起到合闸 断路器主触头闭合止 中间所有元件动作时间之和 其中主要为断路器的合闸时间 由于 断路器的合闸时间是本身固有的 固定不变的 所以导前时间也不应随频差 压差变化 应也是一个固定值 即恒定导前时间 14 利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件 答 正弦整步电压含有电压差 频率差 相位差的信息 正弦整步电压的最小值是电 压差 正弦整步电压的周期是滑差周期 能够反映频差的大小 正弦整步电压随时间变化 过程对应相位差的变化过程 所以 利用正弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件 利用正弦整步电压的周期检测是否满足频率差的条件 利用正弦整步电压随时间变化过程 确定合闸时刻 使相位差满足条件 15 利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件 答 线性整步电压含有频率差 相位差的信息 但不还有电压差的信息 线性整步电 压的周期是滑差周期 能够反映频率的大小 线性整步电压随时间变化过程对应相位差的 变化过程 所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调节 利用电压随时间变化过程确 定合闸时刻使相位差满足条件 但需利用其他方法检测电压差是否满足 3 16 如何利用线性整步电压来实现对频差大小的检查 说明工作原理 答 压差检查方法 直接比较发电机电压与系统电压幅值 原理 将发电机电压和系统电压分别通过整流 滤波电路变换成直流 即对应发电机 电压和系统电压幅值 再通过比较电路得到两者差值 即幅值差 与允许压差整定值比较 判断是否满足并列条件 17 为什么说实际线性整步电压的最大值 最小值不与相角的零度 180 度对应 答 实际中 滤波器的时间常数将会影响其相移 滑差角频率的变化也会对其产生 s 影响 使实际情况偏离理想化直线 18 在数字式自动并列装置中 可采用哪几种方法检测频率差 说明各种检测方法的 工作原理 答 1 频率差检测在恒定越前时间之前完成检测 在数字式自动并列装置中 相角差的轨迹中含有滑差角频率的信息可以利用 e t s 19 在数字式自动并列装置中 可采用哪几种方法检测电压差 说明各种检测方法的 工作原理 答 直接读入 UG和 UX值 然后作计算比较 采用传感器把交流电压方均根值转换成低 电平直流电压 然后计算两电压间的差值 判断其是否超过该定限值 并获得待并发电机 组电压高于或低于电网电压的信息 直接比较 UG和 UX的幅值大小 然后读入比较结果 待并发电机电压 UG和电网电压 UX 分别经变压器和整流桥后 在两电阻上得到与 UG UX幅值成比例的电压值 U G和 U X 取 UAB U X U G 用整流桥得检测电压差的绝对值 UAB 电压差测量输出端的电位为 UD UAB Uset 其中 Uset为允许电压差的整定电压值 当 UD为正时 表明电压差超过 并列条件的允许值 20 在数字式自动并列装置中 如何进行相角差的实时检测 说明其工作原理 答 把电压互感器二次侧 UX UG的交流电压信号转换成同频 同相的两个方波 把这 两个方波信号接到异或门 当两个方波输入电平不同时 异或门的输出为高电平 用于控 制可编程定时计数器的计数时间 其计数值 N 即与两波形间的相角差相对应 CPU 可读 e 取矩形波的宽度 N 值 求得两电压间相角差的变化轨迹 0 52 1 e Rcbabc t RUUUUs 21 在自动准同期并列的过程中 1 滑差角频率为常数 2 滑差角频率等速变化 3 滑差角频率的一阶导数等加速变化 分别代表并列过程中的什么现象 实时相角差又 分别如何计算 写出其各种情况下的计算公式 答 滑差角频率为常数 表示电网和待并机组的频率稳定 滑差角频率等速变化 表示待并机组按恒定加速度升速 发电机频率与电网频率逐渐 接近 滑差角频率的一阶导数等加速变化 说明待并机组的转速尚未稳定 还在升速 或 减速 之中 22 在数字式自动并列装置中 如何通过比较本计算点的相角与最佳导前合闸相角的 关系 寻找发出合闸脉冲的时机 三 综合分析题 1 用相量图分析不满足理想准同期条件时冲击电流的性质和产生的后果 答 分三种情况分析不满足理想准同步条件时冲击电流的性质和产生的后果 1 当只存在电压差 不存在频率差和相位差时 相量图如课本中图所示 可见 发电 机电压高于系统电压或低于系统电压 冲击电流落后或超前发电机电压相位 90 即冲击 电流是无功性质的 后果是引起发电机定子绕组发热 在定子端部产生电动力 严重时损 坏发电机 2 当只存在相位差 不存在电压差和频率羔时 相量图可见 发电机电压超前系统 电压或滞后系统电压 冲击电流与发电机电压接近同相或反相 合闸时相位差很小 即冲 击电流是有功性质的 后果是在发电机的机铀产少冲击力矩 严重时损坏发电机 3 当只存在频率差 不存在电压差时 相量图可见 频率差造成发电机电压与系统 电压之间相位差从 0 到 360 周期变化 冲击电流也将从 0 到最大再到 0 周期变化 即冲 击电流是振荡性质的 后果是影响发电机进入同步的暂态过程 振荡严重时 可能造成发 电机失步 并列不成功 2 已知发电机准同期并列允许压差为额定电压的 5 允许频差为额定频率的 0 2 并列断路器的合闸时间为 0 2s 问如图所示正弦整步电压是否满足压差和频差条件 答 压差判断 波形图可见 正弦整步电压最小值为 0 表示实际电压差为 0 所以 满足压差允许值条件 频差判断 由题意可知频差允许值为 50Hz 0 2 0 1Hz 对应滑 差周期为 10 s 由波形图可见 正弦整步电压周期 11s 即实际滑差周期为 11s 所以满 足频差允许值条件 3 根据实时相角差的求取方法 推导实时相角差的计算公式 2 22 4 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 一 基本概念一 基本概念 1 1 励磁系统 励磁系统 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统 2 2 发电机外特性 发电机外特性 一般指在内电势不变的情况下 负载电流变化时 发电机机端电压 变化的曲线 主要是测试发电机的纵轴同步电抗 也就是发电机的内阻抗 是同步发电机 带负载能力的重要指标 3 3 励磁方式 励磁方式 供给同步发电机励磁电源的方式 4 4 励磁调节方式 励磁调节方式 调节同步发电机励磁电流的方式 5 5 自并励励磁方式 自并励励磁方式 励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式 6 6 励磁调节器的静态工作特性 励磁调节器的静态工作特性 励磁调节器输出的励磁电流 电压 与发电机端电压 之间的关系特性 7 7 发电机的调节特性 发电机的调节特性 发电机在不同电压值时 发电机励磁电流 IE 与无功负荷 IQ 的 关系特性 8 8 调差系数 调差系数 表示无功负荷电流从零变至额定值时 发电机端电压的相对变化 9 9 强励 强励 电力系统短路故障母线电压降低时 为提高电力系统的稳定性 迅速将发电 机励磁增加到最大值 1010 强励倍数 强励倍数 强行励磁电压与励磁机额定电压 Ue 之比 1111 励磁电压响应比 励磁电压响应比 由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系统输出电压增长率与额 定励磁电压的比值 1212 灭磁 灭磁 就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快地减弱到最小程度 1313 同步发电机的进相运行 同步发电机的进相运行 同步发电机欠励磁运行时 由滞后功率因数变为超前功 率因数 发电机从系统吸收无功功率 这种运行方式称为同步发电机的进相运行 1414 移相触发单元的同步信号 移相触发单元的同步信号 由同步变压器从主回路电源中取得 当晶闸管承受正 向电压的某一刻 向它的门极送出触发脉冲使其导通的信号为移相触发单元的同步信号 1515 发电机失磁 发电机失磁 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 励磁调节器的调差单元 励磁调节器的调差单元 设定不同调差系数的单元 1616 逆变灭磁逆变灭磁 利用三相全控桥的逆变工作状态 控制角 由小于 90 的整流运行状态 突然后退到 大于 90 的某一适当角度 此时励磁电源改变极性 以反电势形式加于励磁 绕组 使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程称为逆变灭磁 1717 磁通限制器 磁通限制器 二 思考题二 思考题 1 同步发电机励磁自动调节的作用是什么 答 答 电力系统正常运行时 维持发电机或系统某点电压水平 在并列运行发 电机之间 合理分配机组间的无功负荷 提高发电机稳定极限 加快系统电压的恢复 改善电动机的自起动条件 发电机故障或发电机一变压器组单元接线的变压器故障时 对发电机实行快速灭磁 以降低故障 的损坏程度 2 同步发电机的励磁系统通常包括哪两部分 答 由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成 3 对同步发电机励磁自动调节的基本要求是什么 答 有足够的调整容量 有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压 有很高的运行 可靠性 4 同步发电机的励磁方式有哪几种 各有何特点 答 同步发电机的励磁方式有直流励磁机励磁 交流励磁机励磁 静止励磁方式 同步发电机的励磁方式各有何特点 直流励磁机供电励磁方式的特点 系统简单 运 行维护复杂 可靠性低 容量不能过大 不能应用于大型同步发电机组上 交流励磁机 经静止二极管整流励磁方式的特点 不受电力系统的干扰 可靠性高 响应速度较慢 造 价高 需要一定的维护量 交流励磁机经静止晶闸管整流励磁方式 的特点 有较快的励磁 响应速度 需要较大的励磁容量 可以实现对发电机的逆变灭磁 交流励磁机经旋转二极 管整流励磁方式的特点 制造 使用和维护简单 工作较可靠 电机绝缘的寿命较长 适 用于较恶劣的工作环境 交流励磁机经旋转晶闸管整流供电励磁方式的特点 励磁响应速 度快 具有无刷励磁的特点 存在励磁 电流 励磁电压难以检测等问题 静止励磁方式 的特点 接线简单 无转动部分 维护费用省 可靠性高 不需要同轴励磁机 节省基建 投资 维护简单 有很快的励磁电压响应速度 在发电机甩负荷时 机组的过电压相对较 低些 5 何谓起励 通常有哪几种起励方式 答 供给发电机初始励磁 使其逐步建立其电压 称为起励 起励一般有两种方 式 他励起励和残压起励 5 6 同步发电机有哪几种励磁调节方式 有何根本区别 答 按电压偏差的比例型调节和按定子 电流 功率因数的补偿型调节两种 两种 励磁调节方式的根本区别是 按电压偏差的比例调节是一个负反馈调节 将被调量与给定 值比较得到的偏差电压放大后 作用于调节对象 力求使偏差值趋于零 所以是一种 无 差 调节方式 而补偿型励磁调节 输入量并非是被调量 它只补偿定子电流和功率因数 引起端电压的变 化 仅起到补偿作用 调节的结果是有差的 所以 在运行中还必须采用 电压校正器 才能满足要求 7 何谓复式励磁和相位复式励磁 有何区别 答 1 复式励磁调节 若将发电机定子电流整流后供给发电机励磁 以补偿定子电流对 端电压的影响 仅补偿定子电流对端电压的影响 2 相位复式励磁调节 将发电机端电压和定子电流的相量和整流后供给发电机励磁 则 可以补偿定子电流和功率因数 无功电流 对端电压的影响 即补偿定子电流又补偿 功率因数对端电压的影响 相位复式励磁的补偿效果好于复式励磁 8 励磁系统中可控硅整流电路的作用是什么 答 控制角 90 将带感 性负载的直流逆变为交流 进行灭磁 9 在三相半控桥式整流电路中 对晶闸管的触发脉冲有何要求 答 任一相晶闸管的触发脉冲应在滞后本相相电压 30 相角的 180 区间内发出 晶 闸管的触发脉冲 应按电源电压的相序 每隔 120 的电角度依次发出 触发脉冲应与晶 闸管的交流电源电压保持同步 10 在三相全控桥式整流电路中 对晶闸管的触发脉冲有何要求 答 晶闸管触发脉冲应顺序发出 且依次间隔 60 的电角度 晶闸管的触发脉冲应采 用双脉冲或宽脉冲 触发脉冲应与相应交流侧电压保持同步 11 三相全控桥式整流电路 可以工作在哪几个工作状态 各对控制角有何要求 各 起何作用 答 90 时 输出平均电压 Ud为正值 三相全控桥工作在整流状态 将交 流转为直流 90 90 时 将负载电感 L 中储存的能且反馈给交流电源 使负载电感 L 中的磁场能量很快释 放掉 逆变的条件 负载必须是电感性负载 且原来储存能量 即三相全控桥原来工作 在整流工作状态 控制角 应大于 90 小于 180 三相全控桥的输出电压平均值为负 值 逆变时 交流侧电源不能消失 13 半导体励磁调节器有哪些主要单元 各单元有何作用 答 调差单元正调差特性发电机可维持无功电流的稳定分配 能稳定电力系统运行 并保持并联点母线电压在整定水平 负调差特性发电机的经变压器后 能够补偿变压器阻 抗上的压降 测量比较单元 测量发电机电压并变换为直流电压 再与给定的基准电压相比较 得 出发电机电压差信号 综合放大单元 将电压偏差信号 UG和其他辅助信号 励磁系统稳定器 及提高电力 系统稳定的稳定信号 电力系统稳定器 等进行综合放大 提高调节装置的灵敏度 以满 足励磁调节的需求 移相触发单元 将控制信号 UG按照励磁调节的要求转换成移相触发脉冲 使控制角 随 UG的大小而变 并触发晶闸管元件 从而达到调节励磁电流的目的 可控整流 控制角 90 将带感性负载的直流逆变为交流 进行灭磁 14 在半导体励磁调节器中 对测量比较单元有何要求 相应的测量比较单元主要由 几个环节构成 15 移相触发单元中同步环节的主要作用是什么 答 保持供给晶闸管导通的触发脉冲与主电路电源间有一定的相位关系 6 16 根据励磁调节器的静态工作特性 分析励磁调节器是如何具有维持机端电压保持 不变的能力 答 由励磁调节器的静态工作特性可知 在励磁调节器的工作区内 当 UG 升高 IAER 就急剧减小 当 UG 降低 IAER 就急剧增加 使发电机端电压趋近于额定电压 在工作区 内发电机电压变化极小 所以励磁调节器有维持机端电压保持不变的能力 另外 当电力 系统发生短路故障时 机端电压极度降低 此时 IAER 迅速增大 起到强励作用 17 何谓自然调差系数 有何特点 答 对于按电压偏差进行比例调节的励磁调节器 当调差单元退出工作时 发电机 外特性的调差系数 自然调差系数是不可调节的固定值 不能满足发电机的运行要求 18 励磁调节器静态特性调整的内容有哪些 如何实现 答 励磁调节器静特性调整包括调差系数的调整和外特性的平移 利用励磁调节 器中的调差单元进行发电机外特性的调差系数的调整 调整励磁调节器中发电机基准电压 值的大小 以平移发电机的外特性 19 在励磁调节器中为何要设置调差单元 答 实现发电机外特性调差系数的调整 以满足并联运行对发电机外特性的要求 20 平移发电机的外特性有何作用 答 保证发电机在投入或退出电网运行时 能平稳地转移无功负荷 不致发生对电网 的冲击 21 为何负调差特性的发电机在机端不能直接并联运行而经变压器后允许并联呢 答 根据机端直接并联运行的发电机组对外特性的要求可知 负调差特性的发电机不 能参与并联运行 正调差特性的发电机可以稳定运行 但是 负调差特性的发电机经变压 器后 补偿变压器阻抗上的压降 所以在并联点仍具有正调差特性 因此 能够稳定运行 且提高并联点的电压水平 22 何谓强励 强励的基本作用是什么 衡量强励性能的指标是什么 答 强励 电力系统短路故障母线电压降低时 为提高电力系统的稳定性 迅速将发 电机励磁增加到最大值 强励的基本作用是 有利于电力系统的稳定运行 有助于继电保 护的正确动作 有助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间 并有助于用户 电动机的自起动过程 衡量强励性能的指标是强励倍数 KHSE 励磁电压响应比 23 何谓灭磁 常见的灭磁方法有哪几种 答 灭磁 使发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到最低程度 常见的灭磁方法有励磁 绕 组对常数电阻放电灭磁 励磁绕组对非线性电阻 灭弧栅 放电灭磁 全控整流桥逆 变灭磁 24 微机型励磁调节器主要由哪几个部分构成 各部分有何作用 答 1 硬件电路 1 主机 根据输入通道采集来的发电机运行状态变量的数值进行 调节计算和逻辑判断 按照预定的程序进行信息处理求得控制量 通过数字移相脉冲接口 电路发出与控制角 对应的脉冲信号 以实现对励磁电流的控制 2 模拟量输入通道 发电机的发电机的运行电压 UG 无功功率 Q 有功功率 P 和励磁电流 IE 3 开关量输入 输出通道 采集发电机运行状态信息 如断路器 灭磁开关等的状态信息 输出励磁系统 运行中异常情况的告警或保护等动作信号 4 脉冲输出通道 输出的控制脉冲信号经中 间放大 末级放大后 触发大功率晶闸管 5 接口电路 完成传递信息的任务 6 运 行操作设备 供运行人员 用于增 减励磁和监视调节器的运行 另外还有供程序员使用 的操作键盘 用于调试程序 设定参数等 2 软件 1 主程序控制机型励磁调节器的主要工作流程 完成数据处理 控制规律 的计算 控制命令的发出及限制 保护等功能 2 中断服务程序 用于实现交流信号的 采样及数据处理 触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量等功能 25 微机型励磁调节器的主程序主要包括哪些功能模块 完成这些功能任务在时间开 销上有何要求 答 1 采样时间 2 4ms 2 采样计算 3 5ms 3 发电机各种工况判断 1 5ms 4 调节量计算 1 0ms 5 在线修改参数与显示 3 0ms 6 输入 输出操作 0 5ms 7 通信 2 0ms 8 过零中断 2 0ms 26 在数字式励磁调节器软件的中断服务程序中 主要包括哪几个中断服务程序 简 单说明各程序的作用 答 过零中断 是交流电波起始点处设置的中断 已为非正常返回 回到主程序入口 处 采样中断 交流采样要求设置采样点 通信中断 控制室与调节器间串行通信口的接收 发送中断 键盘中断 是专职技术人员干预调节时 用键盘与调节器间通信的中断 7 三 综合分析题 1 分析励磁调节对同步发电机运行的影响 2 画出同步发电机战斗励磁调节器的基本框图 并说明各装置的主要作用 3 画出交流励磁机经静止晶闸管供电的励磁方式原理接线图 并简要说明这种励磁方 式的特点 4 画出同步发电机自并励励磁方式原理接线图 并简要说明这种励磁方式的特点 5 画出比例型励磁调节器的基本原理框图 并说明各部分的作用 6 画出半导体励磁调节器的基本原理框图 并分析机端电压因某种原因突然下降时 框图中各环节的输出变化情况 7 画出半导体励磁调节器各单元的工作特性 并合成出励磁调节器的静态工作特性 8 分析为何两台正调差特性的发电机在机端可以直接并联运行 稳定无功功率的分配 9 分析为何负调差特性的发电机在机端不可以直接并联运行 不能稳定无功功率的分 配 答 根据机端直接并联运行的发电机组对外特性的要求可知 负调差特性的发电机不 能参与并联运行 正调差特性的发电机可以稳定运行 但是 负调差特性的发电机经变压 器后 补偿变压器阻抗上的压降 所以在并联点仍具有正调差特性 因此 能够稳定运行 且提高并联点的电压水平 10 分析为何机端直接并联运行的发电机 无差特性的发电机不得多于一台 答 无差特性的发电机的电压整定值很难做到息和 这样公共母线上的母线电压便很 难获得 11 某励磁系统的励磁电压的上升曲线如图 3 12 所示 已知 Sabd Sabc A 发电机的 额定励磁电压为 UEF0 励磁电压响应比 答 0 52 1 Rcbabc RUUUUs 12 试对微机型 数字式 励磁调节器和模拟型励磁调节器的性能特点作简单比较 13 在数字式励磁调节器中 如何获取三相全控桥整流电路的同步电压信号 试分析 说明之 答 三相全控整流电路中 共阴极的晶闸管元件只有在阳极电位最高的一段区内才有 可能导通 触发脉冲应在这一区间内发出 共阳极晶闸管的触发脉冲则应在阴极电位最低 段区间内发出 触发脉冲应按 A C B A C B 的顺序依次相隔 600发出 所以同 步电压信号应与主电路电源间有一定的相位关系 该同步电压信号由同步变压器获得 同 步变压器一次绕组按主回路电阻 二次绕组共触发电路作为同步信号 且二次侧采用六相 双星形接法 14 在数字式励磁调节器中 如何形成三相全控桥整流电路的六相触发脉冲 试分析 说明之 答 15 说明数字式励磁调节器中数字 脉冲移相接口电路的构成 分析移相原理并推导六 相触发脉冲控制角 的算法 16 试分析说明 PID 调节算法中 比例 P 调节 积分 I 调节和微分 D 调节的 各个作用 17 试分析数字式励磁调节器中 最大励磁限制功能的算法原理并画出程序流程框图 18 试分析数字式励磁调节器中 最小大励磁限制功能的算法原理并画出程序流程框 图 19 分析说明提高数字式励磁调节器工作可靠性的有哪些主要措施 petermyf68568 20 在数字式励磁调节器中 诊断 TV 是否断线或缺相的方法有哪些 试分别说明之 第四章第四章 励磁控制系统的动态特性励磁控制系统的动态特性 一 思考题一 思考题 1 我国大 中型同步发电机励磁系统基本技术条件 GB 7409 1987 对同步发电机动 态响应的技术指标有何规定 答 1 同步发电机在空载额定电压情况下 当电压给定阶跃响应为 10 时 发电机 电压超调量应不大于阶跃量的 50 摆动次数不超过 3 次 调节时间不超过 10s 2 当同步发电机突然零起升压时 励电压调节器应保证其偏电压超调量不得超过额定 值的 15 调节时间应不大于 10s 电压摆动次数不大于 3 次 2 交流励磁机 AC I 与 I 型模型的主要区别是什么 答 AC I 型交流励磁机对于饱和系数 电枢反应与换弧压降三者分别考虑且饱和系数 SE只计及空载饱和因素 它可由励磁机空载饱和特性曲线求得 AC I 励磁机端电压的降落 Ede是电枢反应和换弧压降两个因素引起的 由于 8 SE KD KC等因素分别考虑 并引入了发电机励磁电流 IEF 所以能更恰当地反映交流励磁 机的电磁关系 3 何谓励磁系统稳定器 结合励磁系统稳定器电路说明其作用 答 励磁系统调节器是作为改善发电机空载运行稳定性的重要部件 改变电位差 R1 R3 可改变微分时间常数 改变 R5 可改变励磁系统稳定差的增益 A1 输出励磁机磁场 电流速率信号到电压测量比较单元的输入端 当磁场电流跃增时 励磁系统稳定器输出正 微分信号 使电压测量比较单元瞬时输出负信号去减弱励磁机磁场 反之 则增强励磁机 磁场电流 而在稳态运行时 励磁系统稳定器无输出 从而构成了软反馈 改善了系统阻 尼特性 4 电力系统发生低频振荡的起因是什么 如何改善电力系统稳定性 答 电力系统发生低频振荡的起因是 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 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 一 基本概念一 基本概念 1 1 负荷的频率调节效应 负荷的频率调节效应 系统频率发生变化时 总负荷吸收的有功功率也随之变化 的现象 即当频率下降时 总负荷吸收的有功功率随之下降 当频率上升时 总负荷吸收 的有功功率随之上升 2 2 负荷的频率调节效应系数 负荷的频率调节效应系数 负荷调节效应系数描述总负荷吸收的有功功率随系统 频率变化的程度 3 3 发电机的功率 发电机的功率 频率特性 频率特性 系统频率变化 整个系统的有功负荷也要随着改变 这 种有功负荷随频率而改变的特性 4 4 发电机组的功率 发电机组的功率 频率特性调差系数 频率特性调差系数 5 5 电力系统一次调频 电力系统一次调频 通过发电机调速系统实现 反映机组转速变化而相应调整原 动力门开度 完成调节系统频率 6 6 调速器的同步器或调频器 调速器的同步器或调频器 7 7 汽容影响 汽容影响 8 8 水锤效应 水锤效应 水锤效应 是指在水管内部 管内壁光滑 水流动自如 当打开的阀 门突然关闭 水流对阀门及管壁 主要是阀门会产生一个压力 由于管壁光滑 后续水流 在惯性的作用下 迅速达到最大 并产生破坏作用 这就是水利学当中的 水锤效应 也 就是正水锤 9 9 电力系统二次调频 电力系统二次调频 通过调频器实现 反映系统频率变化而相应调整原动力阀门 开度 完成调节系统频率 1010 等微增率 等微增率 是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值 1111 等微