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第15章 电力系统频率及有功功率自动调整 教学目的：使学生熟悉电力系统有功功率自动调整的基础知识；掌握并联运行有功功率的调节及性能；了解自动调频调载装置的工作原理。 重点：并联运行有功功率的调节。 难点：自动调频调载装置的工作原理。 15.1 电力系统有功功率自动调整基础知识 1）电力系统频率波动的原因及其影响 电网频率与发电机转速之间的关系如下： f＝ Pn/60 设原动机输入功率为PT，发电机负荷功率为PF，忽略内部损耗，当PT＝PF时，系统转速（频率）不变。如果系统负荷突然变化使发电机输出功率增加ΔPF，而由于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化，这时就有 PT PF + ΔPF 为了保持功率平衡，机组把转子的一部分动能转换成电功率，使机组转速降低，系统频率下降。可见系统频率变化是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。 船级社规定，船用电气设备在电源频率波动稳态值达±5％额定频率时应能正常运行。因此要求船舶电网频率的变化最好保持在±0.2Hz以内。 15.1 电力系统有功功率自动调整基础知识 2）电力系统的负荷调节效应 当系统频率变化时，整个系统的负荷功率也随之改变，即 PL＝F（f）。这称为负荷的功率频率特性。 船舶电力系统中各种有功负荷与频率的关系可分为如下三种类型： （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。 15.1 电力系统有功功率自动调整基础知识 2）电力系统的负荷调节效应 由于第二、三类负载在电力系统中的比例较大，因此整个电力系统的有功负荷与频率有密切的关系。 当某种原因使电网频率下降时，负载从电网吸收的有功功率将随之下降；频率上升时，负载吸收的有功功率将上升。这意味着原动机提供的机械功率小于（或大于）电网的负荷功率，引起频率的下降（或上升），又将使总负荷从电网吸收的功率相应减少（或增加）。可见，在电力系统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。但这种补偿效果欠佳。为此发电机组必需配置调速器。 15.1.1 调速器及其调速特性 电力系统要求频率能维持在一定范围之内， 即调速器应是一种“定速调速器”。也就是通过调 速器调节维持原动机的转速不变。 调速器种类：机械式、液压式、电子式等 等。其工作原理都是检测偏差后，根据偏差的大 小和极性调节原动机，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。 1）调速器的结构和动作原理 以柴油机的离心式调速器为例来说明。其结构图如图15－1所示。 15.1.1 调速器及其调速特性 2）调速器的特性 （1）静态调速特性 调速器自动调节时，机组的转速n（或频率f） 与输出有功功率P之间的关系称为静态调速特性。 15.1.1 调速器及其调速特性 15.1.1 调速器及其调速特性 15.1.1 调速器及其调速特性 15.1.1 调速器及其调速特性 15.1.2 发电机并联运行的有功功率分配 并联运行发电机组间有功功率的分配，与两 台发电机具有的频率功率特性有关。如图15－5 所示。 15.1.3 有功功率的转移操作 假设有一台发电机带载运行，频率为fe，第二台机 组并入后，还处于空载状态。现在要将一半有功负荷转 移给第二台机组。如没有自动负荷分配装置，则需手动 调节。 设电压和无功功率分配已由调压器保证，现在只讨 论如何实现有功功率的转移和保持频率不变的问题。 如图15－6所示。开始时1号机组运行于特性曲线1 的A点，对应的频率为fe、功率为P1，2号机组为并入发 电机，处于空载状态，运行于特性曲线2的B点，对应 的频率为fe、功率P2为零。两台机组的频率－功率特性 曲线分别为1和2。 15.2 自动调频调载原理 自动调频调载是船舶电力系统自动化包括缺 少的部分。 15.2.1 自动调频调载装置的原理 自动调频调载装置的基本环节都是由频率变 换器、有功功率变换器、有功功率分配器和调整 器组成的。 1）频率变换器 又称频率检测装置，用