电力系统自动装置原理

1、1、 电力系统自动装置的结构形式：微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制和现场总线系统、计算机网络系统。2、 现场总线系统中路由器的功能：主要起到路由、中继、数据交换等功能。3、 发电机并列的理想条件：WG =WX 或fG =fX（频率相等）；UG=UX（电压幅值相等）；e=0（相角差为零）4、 同步发电机的并列方法：准同期并列、自同期并列。5、 脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息：电压幅值差、频率差以及相角差随时间变化的规律。6、 准同期并列装置主要组成：频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。7、 同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：半自动并列装置、自动并列

2、装置。8、 同步发电机的励磁系统组成：励磁功率单元、励磁调节器。9、 直流励磁机励磁系统按励磁机励磁绕组供电方式的不同分为:自励式、他励式。10、 按照电压调节的原理来划分，电压调节可分为：反馈型、补偿型。11、 励磁控制系统动态特性指标：上升时间tr 、超调量p 、调整时间ts .12、 系统频率f和发电机转速n的关系：f=pn/60(p发电机极对数，n机组每分钟转数）13、 负荷的频率调节效应系数：KL*= ni=1 iaifi-1* 发电机组的调差系数R=-f/PG 14、 调速器分为：机械液压调速器、电气液压调速器。（PI、PID）15、 汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.5%

3、,水轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.7%16、 汽轮机长期低于4949.5Hz以下运行时，叶片容易产生裂纹。1、量化：把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。编码：把量化信号的数值用二进制数码表示。2、同步发电机自动并列过程中脉动电压：方向不变，大小随时间周期性变化的电压。3、恒定越前相角并列装置：在脉动电压US到达e=0之前的某一恒定越前YJ相角时发出合闸信号。恒定越前时间并列装置：在脉动电压uS到达两电压相量UG、UX重合（e=0）之前的某一恒定tYJ时间差时发出合闸信号。4、滑差角频率： WS=2fS(fS滑差频

4、率)。5、整步电压：自动并列装置检测并列条件的电压。USL=2USLm-USLm/e(e2)这种完全理想化描述的两直线，与横轴形成一个三角形，称为三角波整步电压。6、直流励磁机励磁系统：同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机共给。交流励磁机励磁系统：大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的。7、整流电路的主要任务：将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。8、发电机励磁控制系统的调差系数：=UG1-UG2/UGN=UG*( UGN发电机额定电压，UG1、UG2分别为空载运行和额定无功电流时的发电机电压)。调差系数表示无功负荷电流从

5、零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。9、磁阻发送器的作用：将转速转换为相应频率的电压信号。10、频率-电压变送器的作用：将磁阻发送器输出的脉冲信号转换成与转速成正比的输出电压值Un。11、自动低频减载装置的任务：迅速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保电力系统安全运行，防止事故的扩大。12、电力系统中频率特性中，一次调节和二次调节的区别：一次调节是调速器调节，是经过系统内部自身调节；二次调节是调频器调节，是经过外部对频率的改变产生的调节。励磁自动控制系统开环传递函数有4个，1个零点。1、某电厂两台发电机在公共母线上并联运行，1号机组的额定

6、功率为25MW，2号机组的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数为0.85.励磁调节器的调差系数都为0.05，若系统无功负荷波动使电厂无功增量为他们总无功的20%，问各机组承担的无功负荷增量使多少？母线上的电压波动是多少？解：1号机额定无功功率 QG1N=PG1Ntan1=25tan(arccos0.85)=15.49(Mvar)2号机额定无功功率 QG2N=PG2Ntan2=50tan(arccos0.85)=30.99(Mvar)因为两台机的调差系数均为0.05，所以公用母线上等值机的调差系数也为0.05。 母线电压波动 U*=-Q*=-0.05×0.2=-0.01

7、各机组无功负荷波动量 QG1*=-U*/1=0.01/0.05=0.2QG1=QG1* QG1N=0.2×15.49=3.10(Mvar)QG2*=-U*/=0.01/0.05=0.2 QG2=QG2*QG2N=0.2×30.99=6.20(Mvar)1号机组无功负荷增加3.10Mvar，2号机组的无功负荷增加6.2Mvar。因为调差系数相等，无功的波动量与它们的容量成比例。母线上的电压降低了0.01UN。（1.2）若1号机组的调差系数为0.04，2号机组的调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动仍使无功增加总无功容量的20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压降低

8、多少？解：母线电压波动 U*=-Q*=-0.046×0.2=-0.0092各机组的无功增量Q1*=-U*/1=0.0092/0.04=0.2， Q1=Q1*QG1N=0.23×15.49=3.56(Mvar)Q2*=-U*/2=0.0092/0.05=0.185 Q2=Q2*QG2N=0.185×30.99=5.73(Mvar)1号机组无功负荷增加3.56Mvar，2号机组无功负荷增加5.73Mvar。因为调差系数小的机组承担的无功负荷增量的标幺值较大。母线电压降低0.0092UN。2、某电力系统中，与频率无关的负荷占30%，与频率一次方成比例的负荷占40%，与频

9、率二次方成比例的负荷占10%，与频率三次方成比例的负荷占20%。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷变化的百分数及相应的KL*值。解：当f=47Hz时，f*=47/50=0.94 当频率下降到47Hz时系统的负荷为:PL*=a0+a1f*+a2f2*+a3f3*=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943=0.3+0.376+0.088+0.166=0.930则 PL%=(1-0.930) ×100=7=- 于是KL*=PL%/f%=7/6=1.172.2某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为5

10、0Hz，KL*=1.5，求负荷频率调节效应系数KL值。解：KL= KL*×PLN/fN=1.5×3200/50=96(MW/HZ)若系统KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则 KL= KL*×PLN/fN=1.5×3650/50=109.5(MW/HZ)即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。3、某电力系统总额定容量PN为2000MW，正常运行的负荷PL为1000MW，惯性常数H为5s，调差系数R*为4.8%，负荷调节效应系数KL*为0.5.假设负荷突然增加20MW，系统的稳态频率变化了多少？

11、请说明增加的20MW的负荷功率是由哪些部分来平衡，并说明变化过程。解：KP=1/KL=1/0.5=2  TP=2H/KL*=2×5/0.5=20(S) *=KL*+1/R*=0.5+1/4.8%=21.33假设负荷增量为PL=20MW，则PL*=PL/PN=20/2000=0.01 f*-PL*/*=0.01/21.33=4.688×104f=f*fN4.688×104×500.0234Hz即系统的稳态频率降低了0.0234 Hz。变化过程：当负荷突然增加20MW时，系统功率平衡遭到破坏，起初瞬间由于频率尚未下降汽轮发电机的调速系统还

12、未动作，所以发电机的输入功率不变。负荷所增加的功率是由系统的动能供给的。随着系统动能的减小，发电机的转速下降，调速系统随之动作，增加发电机的输入功率。与此同时，由于频率的下降，负荷的频率调节效应使它吸取的功率有所减小。增加的20MW负荷功率是由系统动能供给的功率、发电机增加的输入功率、负荷少吸收的功率来平衡的。在开始瞬间，后两项为零，随着频率降低，逐渐增大，最后在一个较低的频率下稳定运行。此时，动能已不再供给功率，20MW的负荷增量仅由后两项来供给。发电机增加的功率PG=-f*PN/R*=-(-4.688×10-4)×2000/4.8%=19.5(MW) 负荷调节

13、效应引起负荷功率的变化PL=KL*f*PN=0.5×(-4.688×10-4)×2000=-0.5(MW)即负荷减小0.5MW的功率。4、设A、B两系统由联络线相连，两系统的单位调节功率A=1250 MW/Hz,他们的负荷增量分别是 PLA为100 MW，PLB为50 MW。设A系统装设按频率及联络线路功率调整的自动调频，B系统无自动调频。试计算f，Pt，PGA 。 解：f=-PLB（A+B）=-502500=-0.02(HZ)PtA=APLB（A+B）=(12)×50=25(MW)  PGA=PLA=100（MW） 电力系统自动装置的结构形式

14、：微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制和现场总线系统、计算机网络系统。17、 现场总线系统中路由器的功能：主要起到路由、中继、数据交换等功能。18、 发电机并列的理想条件：WG =WX 或fG =fX（频率相等）；UG=UX（电压幅值相等）；e=0（相角差为零）19、 同步发电机的并列方法：准同期并列、自同期并列。20、 脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息：电压幅值差、频率差以及相角差随时间变化的规律。21、 准同期并列装置主要组成：频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。22、 同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：半自动并列装置、自动并列装置。23、 同步发

15、电机的励磁系统组成：励磁功率单元、励磁调节器。24、 直流励磁机励磁系统按励磁机励磁绕组供电方式的不同分为:自励式、他励式。25、 按照电压调节的原理来划分，电压调节可分为：反馈型、补偿型。26、 励磁控制系统动态特性指标：上升时间tr 、超调量p 、调整时间ts .27、 系统频率f和发电机转速n的关系：f=pn/60(p发电机极对数，n机组每分钟转数）28、 负荷的频率调节效应系数：KL*= ni=1 iaifi-1* 发电机组的调差系数R=-f/PG 29、 调速器分为：机械液压调速器、电气液压调速器。（PI、PID）30、 汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.5%,水轮发电机组调

16、速器的不灵敏区为0.1%0.7%31、 汽轮机长期低于4949.5Hz以下运行时，叶片容易产生裂纹。1、量化：把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。编码：把量化信号的数值用二进制数码表示。2、同步发电机自动并列过程中脉动电压：方向不变，大小随时间周期性变化的电压。3、恒定越前相角并列装置：在脉动电压US到达e=0之前的某一恒定越前YJ相角时发出合闸信号。恒定越前时间并列装置：在脉动电压uS到达两电压相量UG、UX重合（e=0）之前的某一恒定tYJ时间差时发出合闸信号。4、滑差角频率： WS=2fS(fS滑差频率)。5、整步电

17、压：自动并列装置检测并列条件的电压。USL=2USLm-USLm/e(e2)这种完全理想化描述的两直线，与横轴形成一个三角形，称为三角波整步电压。6、直流励磁机励磁系统：同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机共给。交流励磁机励磁系统：大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的。7、整流电路的主要任务：将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。8、发电机励磁控制系统的调差系数：=UG1-UG2/UGN=UG*( UGN发电机额定电压，UG1、UG2分别为空载运行和额定无功电流时的发电机电压)。调差系数表示无功负荷电流从零变至额定值时，

18、发电机端电压的相对变化。9、磁阻发送器的作用：将转速转换为相应频率的电压信号。10、频率-电压变送器的作用：将磁阻发送器输出的脉冲信号转换成与转速成正比的输出电压值Un。11、自动低频减载装置的任务：迅速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保电力系统安全运行，防止事故的扩大。12、电力系统中频率特性中，一次调节和二次调节的区别：一次调节是调速器调节，是经过系统内部自身调节；二次调节是调频器调节，是经过外部对频率的改变产生的调节。励磁自动控制系统开环传递函数有4个，1个零点。1、某电厂两台发电机在公共母线上并联运行，1号机组的额定功率为25MW，

19、2号机组的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数为0.85.励磁调节器的调差系数都为0.05，若系统无功负荷波动使电厂无功增量为他们总无功的20%，问各机组承担的无功负荷增量使多少？母线上的电压波动是多少？解：1号机额定无功功率 QG1N=PG1Ntan1=25tan(arccos0.85)=15.49(Mvar)2号机额定无功功率 QG2N=PG2Ntan2=50tan(arccos0.85)=30.99(Mvar)因为两台机的调差系数均为0.05，所以公用母线上等值机的调差系数也为0.05。 母线电压波动 U*=-Q*=-0.05×0.2=-0.01各机组无功负荷波

20、动量 QG1*=-U*/1=0.01/0.05=0.2QG1=QG1* QG1N=0.2×15.49=3.10(Mvar)QG2*=-U*/=0.01/0.05=0.2 QG2=QG2*QG2N=0.2×30.99=6.20(Mvar)1号机组无功负荷增加3.10Mvar，2号机组的无功负荷增加6.2Mvar。因为调差系数相等，无功的波动量与它们的容量成比例。母线上的电压降低了0.01UN。（1.2）若1号机组的调差系数为0.04，2号机组的调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动仍使无功增加总无功容量的20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压降低多少？解：母线电

21、压波动 U*=-Q*=-0.046×0.2=-0.0092各机组的无功增量Q1*=-U*/1=0.0092/0.04=0.2， Q1=Q1*QG1N=0.23×15.49=3.56(Mvar)Q2*=-U*/2=0.0092/0.05=0.185 Q2=Q2*QG2N=0.185×30.99=5.73(Mvar)1号机组无功负荷增加3.56Mvar，2号机组无功负荷增加5.73Mvar。因为调差系数小的机组承担的无功负荷增量的标幺值较大。母线电压降低0.0092UN。2、某电力系统中，与频率无关的负荷占30%，与频率一次方成比例的负荷占40%，与频率二次方成比例的

22、负荷占10%，与频率三次方成比例的负荷占20%。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷变化的百分数及相应的KL*值。解：当f=47Hz时，f*=47/50=0.94 当频率下降到47Hz时系统的负荷为:PL*=a0+a1f*+a2f2*+a3f3*=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943=0.3+0.376+0.088+0.166=0.930则 PL%=(1-0.930) ×100=7=- 于是KL*=PL%/f%=7/6=1.172.2某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为50Hz，KL*=

23、1.5，求负荷频率调节效应系数KL值。解：KL= KL*×PLN/fN=1.5×3200/50=96(MW/HZ)若系统KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则 KL= KL*×PLN/fN=1.5×3650/50=109.5(MW/HZ)即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。3、某电力系统总额定容量PN为2000MW，正常运行的负荷PL为1000MW，惯性常数H为5s，调差系数R*为4.8%，负荷调节效应系数KL*为0.5.假设负荷突然增加20MW，系统的稳态频率变化了多少？请说明增加的20

24、MW的负荷功率是由哪些部分来平衡，并说明变化过程。解：KP=1/KL=1/0.5=2  TP=2H/KL*=2×5/0.5=20(S) *=KL*+1/R*=0.5+1/4.8%=21.33假设负荷增量为PL=20MW，则PL*=PL/PN=20/2000=0.01 f*-PL*/*=0.01/21.33=4.688×104f=f*fN4.688×104×500.0234Hz即系统的稳态频率降低了0.0234 Hz。变化过程：当负荷突然增加20MW时，系统功率平衡遭到破坏，起初瞬间由于频率尚未下降汽轮发电机的调速系统还未动作，所以发电

25、机的输入功率不变。负荷所增加的功率是由系统的动能供给的。随着系统动能的减小，发电机的转速下降，调速系统随之动作，增加发电机的输入功率。与此同时，由于频率的下降，负荷的频率调节效应使它吸取的功率有所减小。增加的20MW负荷功率是由系统动能供给的功率、发电机增加的输入功率、负荷少吸收的功率来平衡的。在开始瞬间，后两项为零，随着频率降低，逐渐增大，最后在一个较低的频率下稳定运行。此时，动能已不再供给功率，20MW的负荷增量仅由后两项来供给。发电机增加的功率PG=-f*PN/R*=-(-4.688×10-4)×2000/4.8%=19.5(MW) 负荷调节效应引起负荷功率

26、的变化PL=KL*f*PN=0.5×(-4.688×10-4)×2000=-0.5(MW)即负荷减小0.5MW的功率。4、设A、B两系统由联络线相连，两系统的单位调节功率A=1250 MW/Hz,他们的负荷增量分别是 PLA为100 MW，PLB为50 MW。设A系统装设按频率及联络线路功率调整的自动调频，B系统无自动调频。试计算f，Pt，PGA 。 解：f=-PLB（A+B）=-502500=-0.02(HZ)PtA=APLB（A+B）=(12)×50=25(MW)  PGA=PLA=100（MW）三相桥式不可控整流电路图 三相桥式半控整流电

27、路图 1. 电力系统自动装置的结构形式：微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制和现场总线系统、计算机网络系统。2. 现场总线系统中路由器的功能：主要起到路由、中继、数据交换等功能。3. 发电机并列的理想条件：WG =WX 或fG =fX（频率相等）；UG=UX（电压幅值相等）；e=0（相角差为零）4. 同步发电机的并列方法：准同期并列、自同期并列。5. 脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息：电压幅值差、频率差以及相角差随时间变化的规律。6. 准同期并列装置主要组成：频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。7. 同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：半自动并列装置、自

28、动并列装置。8. 同步发电机的励磁系统组成：励磁功率单元、励磁调节器。9. 直流励磁机励磁系统按励磁机励磁绕组供电方式的不同分为:自励式、他励式。10. 按照电压调节的原理来划分，电压调节可分为：反馈型、补偿型。11. 调速器分为：机械液压调速器、电气液压调速器。（PI、PID）12. 励磁控制系统动态特性指标：上升时间tr 、超调量p 、调整时间ts .13. 汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.5%,水轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.7%14. 汽轮机长期低于4949.5Hz以下运行时，叶片容易产生裂纹。15. 系统频率f和发电机转速n的关系：f=pn/60(p发电机极对数，

29、n机组每分钟转数）16. 负荷的频率调节效应系数：KL*= ni=1 iaifi-1* 发电机组的调差系数R=-f/PG 1、量化：把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。 编码：把量化信号的数值用二进制数码表示。2、同步发电机自动并列过程中脉动电压：方向不变，大小随时间周期性变化的电压。3、恒定越前相角并列装置：在脉动电压US到达e=0之前的某一恒定越前YJ相角时发出合闸信号。恒定越前时间并列装置：在脉动电压uS到达两电压相量UG、UX重合（e=0）之前的某一恒定tYJ时间差时发出合闸信号。4、滑差角频率： WS=2fS(f

30、S滑差频率)。5、三角波整步电压：USL=2USLm-USLm/e(e2)这种完全理想化描述的两直线，与横轴形成一个三角形。 整步电压：自动并列装置检测并列条件的电压。6、直流励磁机励磁系统：同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机共给。 交流励磁机励磁系统：大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的。7、整流电路的主要任务：将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。8、发电机励磁控制系统的调差系数：=UG1-UG2/UGN=UG*( UGN发电机额定电压，UG1、UG2分别为空载运行和额定无功电流时的发电机电压)。调差系数表示无功负

31、荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。9、磁阻发送器的作用：将转速转换为相应频率的电压信号。10、频率-电压变送器的作用：将磁阻发送器输出的脉冲信号转换成与转速成正比的输出电压值Un。11、自动低频减载装置的任务：迅速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保电力系统安全运行，防止事故的扩大。12、电力系统中频率特性中，一次调节和二次调节的区别：一次调节是调速器调节，是经过系统内部自身调节；二次调节是调频器调节，是经过外部对频率的改变产生的调节。17. 电力系统自动装置的结构形式：微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制和现场总线系统

32、、计算机网络系统。18. 现场总线系统中路由器的功能：主要起到路由、中继、数据交换等功能。19. 发电机并列的理想条件：WG =WX 或fG =fX（频率相等）；UG=UX（电压幅值相等）；e=0（相角差为零）20. 同步发电机的并列方法：准同期并列、自同期并列。21. 脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息：电压幅值差、频率差以及相角差随时间变化的规律。22. 准同期并列装置主要组成：频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。23. 同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：半自动并列装置、自动并列装置。24. 同步发电机的励磁系统组成：励磁功率单元、励磁调节器。25. 直流励磁机励磁系统按励磁机励磁绕组供电方式的不同分为:自励式、他励式。26. 按照电压调