小型水电站励磁设备
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• 六十年代末期小水电站的容量界限上升到12MW; • 八十年代以后小水电站的定义也扩大到25MW; • 九十年代后,国家计委、水利部进一步明确装机容量
50MW以下的水电站均可享受小水电的优惠政策,并出现 了一些容量为几万至二十几万KVA的地方电网。
一.农村水电的概念
• ㈡ 各国小水电的容量定义(kW)
国家或国际组织
微型(Micro) 小小型(Mini)
国际小水电
<100
101-500
拉美能源组织
<50
51-500
中国
<100
水力发电与筑坝杂志 50-100
101-500 300-5000
秘鲁
Baidu Nhomakorabea
5-50
51-500
菲律宾
美国
<500
501-2000
越南
<50
51-500
小型(Small) 501-10000 501-5000 500-25000 10000-50000
• 采用标准的工控机可缩短开发周期,对可靠性有一定的保证,不足之
图2.1.1—1 直流励磁机励磁
• 采用一个它励绕组的直流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈 (要用时) 直流励磁机励磁绕组 励磁控制输入
采用一个它励绕组的直流励磁机
㈠旋转式
• ⒉交流励磁机 A.C. exciter
使用整流器流器提供直流电流的旋转励磁机
• ⑴带有静止整流器的交流励磁机 A.C. exciter with
组的励磁系统不小于10s;大中型机组的励磁系统不小于 20s。但不得大于50s
㈡ 系统性能要求
• 4. 励磁系统电压响应时间不大于0.1s。 • 5. 励磁系统应保证发电机机端调压精度:小型机
组不大于±1.5%;中大型机组不大于±0.5%。
• 6. 励磁系统应保证发电机机端电压调差率在以下
范围内可以调整: (1) 小型机组:采用半导体型调节器时为±10%;采 用电磁型调节器时为±5% (2) 中大型机组为±15%,级差不大于1%。调差特 性应有较好的线性度。
㈡ 系统性能要求
• 7. 励磁系统应保证在发电机空载运行情况下,频率值每变化1%时,
发电机端电压的变化率: (1)小型机组:采用半导体型调节器时为不大于±0.5%;采用电
磁型调节器时为不大于±3% (2)中大型机组不大于±0.25%。
• 8. 励磁系统应满足下列要求:
(1) 空载±10%阶跃响应:发电机电压超调量不大于10%额定值; 调节时间不大于5s;振荡次数不超过3次。
• GB/T 7409.3-1997同步电机励磁系统大、
中型同步电机励磁系统技术要求
• DL/T 583-2005 大中型水轮发电机静止整
流励磁系统及装置技术条件
• DL/T 489-92 大中型水轮发电机静止整流励
磁系统及装置试验规程
㈠使用条件
• ⒈环境要求
(1) 使用地点的海拔高度不大于3000m; (2) 环境最高温度+40℃; (3) 环境最低温度:采用水冷者为+5℃,采用其它 冷却方式者为-10℃; (4) 最湿月的平均最大相对湿度为90%,同时该月 的月平均最低温度为+25℃; (5) 应能适应无爆炸危险的介质,无足以腐蚀金属 和破坏绝缘的气体,以及周围较清洁和无剧烈振动 的环境条件。
<15000 <15000 501-5000
一.农村水电的概念
• ㈢ 相关标准界定(含同步电机和水轮发电
机)
• GB 10585-89,GB/T7409-1997, • SD299-88,DL/T583-2005。 • 中小型:10WM以下机组 • 大中型:10WM以上机组
二.励磁的形式
• ㈠旋转励磁机 rotating exciter
⑴ 微机励磁的分类
1)按CPU的总线宽度分
• (a) 8位机:如MCS51系列,带Flash的AT89、
AT90系列(89c52、8515),Motorola公 司的:M6805、M68HC05、M68HC11、 M68HC12单片机, Micro-Chip公司的PIC 16C系列和17C系列8位单片机, Zilog公司 的Z8单片机,Scenix公司的8位RISC结构SX 系列单片机,及以8位微控制器为内核的 PLC、工控机等产品。
⑴ 微机励磁的分类
1)按CPU的总线宽度分
• (b) 16位机:如INTEL公司的96系列和部分
80系列,ATMEL公司的AT91系列, Motorola公司的M68HC16系列,TI公司的 DSP89系列的单片机或单板机,及以16位 微控制为内核的PLC、工控机等产品 。
• (c) 32位机:Motorola公司的M683XX.系列,
电流源变压器
整流器及 可控硅整流器
交流侧电源并联电流相加的复合源静止励磁机
图2.2.2—3
• 交流侧相加
同步电机
电势源变压器 电抗器
整流器
饱和绕组控制输入
电流源变压器
交流侧两个电源电流相加的复合源静止励磁机
三.励磁设备的技术要求(条件)
• GB/T10585-89 中小型同步电机励磁系统基
本技术要求
处理数据的容量越大,时间也少,速度就越快,因而性能也越好。但 我们不能过份的追求性能指标,对产品的推广、普及和应用来讲,性 价比和可靠性是更重要的指标。
• 国外的大公司具有较强的研发能力,一般都采用自主研发的专门适用
于励磁控制的微机调节器,对于不具备硬件研发能力的励磁生产厂家, 通常都采用标准的工控机作励磁的微机控制器。
仅从电势源(可以从同步电机出线端)取得功率并使 用可控硅整流器的静止励磁机。见图2.2.1—1。
• ⒉从复合电源静止励磁机 compound source-static
exciter 从电流与电压两个电源(独立取自同步电机机端)取
得功率的静止励磁机。从两个电源来的输入可以在整流器 的交流侧或直流侧取得,并且可以并联或串联,整流器可 以设计可控的或不可控的。图2.2.2—1、图2.2.2—2、和 图2.2.2—3 。
(2) 发电机空载,转速为0.95~1.05额定转速范围内,突然投入励 磁系统,使发电机机端电压从零上升到额定值时,小型机组超调量不 大于额定电压的15%,中大型机组不大于10%,调节时间不大于5秒, 振荡次数不超过3次。
(3) 当发电机突然甩掉额定有功负荷和额定无功负荷后,发电机 电压超调量不大于15%额定值;调节时间不大于5s;振荡次数不超过 3次。
㈠ 数字式励磁调节系统
• ⑴ 微机励磁的分类
现代同步电机的励磁系统大多采用了微机控 制技术,从目前国内已投运的水力发电机组来看, 微机控制励磁主要有以下几种类型:
• 1)按CPU的总线宽度分:从理论上讲,在一定条
件下(如主频相同)总线宽度越宽,CPU所能处 理数据的容量越大,时间也少,速度就越快,因 而性能也越好。但我们不能过份的追求性能指标, 对产品的推广、普及和应用来讲,性价比和可靠 性是更重要的指标
图2.1.1—2
• 带不可控静止整流器的交流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈
交流励磁机 励磁控制输入
带不可控静止整流器的交流励磁机
图2.1.1—3 带有旋转整流器的交流励磁机
㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率,使用静止整流器提 供直流电流的励磁机。
• ⒈电势源静止励磁机 potential source static exciter
⑴ 微机励磁的分类
4)单通道、双通道和多通道
• 为了解决以上矛盾,可用双通道或多通道
的方案来解决。
• 所谓单通道、双通道是按独立调节的微机
通道数划分的,象整流变压器、灭磁回路、 励磁绕组是不可能也没有必要冗余的
⑵ 调节器模式的选择
• 从理论上讲,在一定条件下(如主频相同)总线宽度越宽,CPU所能
小型水电站励磁设备
全国农村水电自动化培训教材
(长江委陆水自动化研究所)
一.农村水电的概念
• ㈠国内小水电装机及机组容量的发展 • 小水电系指装机容量25MW及一下的水力发电站和以小水
电为主的地方小电网。
• 五十年代,一般称500kW一下的水电站为农村小水电站;
到六十年代,小水电的容量界限到3MW ;
较多时应考虑均流措施。在发电机额定励磁电流情况下, 均流系数不应低于0.85。
㈡ 系统性能要求
• 12. 励磁系统的功率整流器在任何运行情况下,
过电压保护器应使得整流器的输出电压瞬时值不 超过绕组对地耐压试验电压幅值的70%
• 13. 励磁系统的灭磁装置,应满足:
灭磁过程中,励磁绕组反向电压应控制在不低于 出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的30%, 不超过50%
stationary rectifiers 带有整流器的交流励磁机,其输出与同步电机励磁绕组 滑环上的电刷相联结。见图2.1.1—2
• ⑵带有旋转整流器的交流励磁机(无刷励磁机) A.C.
exciter with rotating rectifiers ( brushless exciter) 带有励磁机及与同步电机同轴的旋转整流器的交流励磁机, 其输出不经过滑环或电刷,而直接与同步电机的励磁绕组 相联结。见图2.1.1—3
• 14. 静止整流励磁系统的起励电流应不大于发电
机空载励磁电流的10%~20%。
• 15. 励磁系统的年强迫停运率不应大于0.1%。
四.励磁调节器
按调节器处理数据的的类型分,又可 分为数字式、模拟式和数字模拟混合式三 种。
• ㈠ 数字式励磁调节系统
随着电子技术的发展,电力系统稳定 性要求的提高,智能化的励磁系统运育而 生。目前数字式励磁调节系统大多采用微 控制器,因此又称为微机励磁 。
图2.2.1—1
• 电势源静止
同步电机
整流变压器
可替换
图2.2.1-1 电势源静止励磁系统
图2.2.2—1
• 直流侧串联
电势源变压器
同步电机
电流源变压器
电抗器
图2.2.2-1 直流侧串联、电压相加的复合源静止励磁机
整流器及 可控硅整流器
图2.2.2—2
• 交流侧并联
同步电机
电势源变压器 电抗器
㈡ 系统性能要求
• 9. 电压调节范围:
⑴ 自动励磁调节器电压调整范围:10~110%额定电压; ⑵ 手动励磁调节器电压调整范围:10~110%额定电压。
• 10. 在发电机空载运行状态下,自动控制单元和手动控制
单元的整定电压变化速度,每秒应不大于额定电压的1%, 不小于额定电压的0.3%。
• 11. 励磁系统功率整流器不应采用串联元件。当并联支路
㈠使用条件
• ⒉ 供电电源要求
(1) 交流380/220V系统,电压偏差范围为额 定值的±15%,频率偏差范围为-3~+2HZ;
(2) 直流系统220/110V系统,电压偏差范 围为额定值的-20%~+10%。
㈡ 系统性能要求
• 1. 励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压不超过发电机
额定负荷下励磁电流和电压的1.1倍时,能长期连续运行。
励磁机(设备)与发电机同轴旋转的整 流方式
• ㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率,使用 静止整流器提供直流电流的励磁机
励磁机(设备)是静止的整流方式
㈠旋转式
• ⒈直流励磁机方式 D.C. exciter
一台使用换向器与电刷提供直流电流的 旋转励磁机,通过与发电机同轴的直流励 磁机所发出的直流电给主发电机励磁的方 式,见图2.1.1—1。
TI公司的TMS320C28X系列等。
⑴ 微机励磁的分类
2)从结构型式上又可分为
• (a) 单片机型:结构简单,易于开发,数字化程度
低,在目前用得很少,多用于完成局部功能;
• (b) 单板机型:开发难度大,功能较强,智能化程
度高,性价比高,是目前流行的方式;
• (c) 工控机型、PLC型等:只需要作软件开发,开
• 2. 励磁系统强励顶值电压倍数的考虑,中小型机组的励磁
系统一般不小于1.6倍,大中型机组的励磁系统一般不小 于1.8倍,顶值电流倍数与顶值电压倍数相同。当系统稳 定要求更高顶值电压倍数时,按计算要求确定。顶值电压 倍数超过2时,顶值电流倍数仍取2。
• 3. 励磁系统在顶值电流情况下的允许持续时间:中小型机
发周期短,功能较强,性价比低,在目前较少采 用。
⑴ 微机励磁的分类
3)单微机、双微机及多微机
• 从可靠性、降低风险、性价比等方面考虑,目前
有单微机、双微机及多微机励磁系统。
• 在单通道微机励磁调节器中,按调节计算、人机
接口、与上位机通讯、操作控制、脉冲形成等功 能化分,用两个或多个CPU来完成,可降低CPU的 负担,同时又可分担风险,但CPU多了,系统变 得复杂,可靠性反而会降低,有利有弊
50MW以下的水电站均可享受小水电的优惠政策,并出现 了一些容量为几万至二十几万KVA的地方电网。
一.农村水电的概念
• ㈡ 各国小水电的容量定义(kW)
国家或国际组织
微型(Micro) 小小型(Mini)
国际小水电
<100
101-500
拉美能源组织
<50
51-500
中国
<100
水力发电与筑坝杂志 50-100
101-500 300-5000
秘鲁
Baidu Nhomakorabea
5-50
51-500
菲律宾
美国
<500
501-2000
越南
<50
51-500
小型(Small) 501-10000 501-5000 500-25000 10000-50000
• 采用标准的工控机可缩短开发周期,对可靠性有一定的保证,不足之
图2.1.1—1 直流励磁机励磁
• 采用一个它励绕组的直流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈 (要用时) 直流励磁机励磁绕组 励磁控制输入
采用一个它励绕组的直流励磁机
㈠旋转式
• ⒉交流励磁机 A.C. exciter
使用整流器流器提供直流电流的旋转励磁机
• ⑴带有静止整流器的交流励磁机 A.C. exciter with
组的励磁系统不小于10s;大中型机组的励磁系统不小于 20s。但不得大于50s
㈡ 系统性能要求
• 4. 励磁系统电压响应时间不大于0.1s。 • 5. 励磁系统应保证发电机机端调压精度:小型机
组不大于±1.5%;中大型机组不大于±0.5%。
• 6. 励磁系统应保证发电机机端电压调差率在以下
范围内可以调整: (1) 小型机组:采用半导体型调节器时为±10%;采 用电磁型调节器时为±5% (2) 中大型机组为±15%,级差不大于1%。调差特 性应有较好的线性度。
㈡ 系统性能要求
• 7. 励磁系统应保证在发电机空载运行情况下,频率值每变化1%时,
发电机端电压的变化率: (1)小型机组:采用半导体型调节器时为不大于±0.5%;采用电
磁型调节器时为不大于±3% (2)中大型机组不大于±0.25%。
• 8. 励磁系统应满足下列要求:
(1) 空载±10%阶跃响应:发电机电压超调量不大于10%额定值; 调节时间不大于5s;振荡次数不超过3次。
• GB/T 7409.3-1997同步电机励磁系统大、
中型同步电机励磁系统技术要求
• DL/T 583-2005 大中型水轮发电机静止整
流励磁系统及装置技术条件
• DL/T 489-92 大中型水轮发电机静止整流励
磁系统及装置试验规程
㈠使用条件
• ⒈环境要求
(1) 使用地点的海拔高度不大于3000m; (2) 环境最高温度+40℃; (3) 环境最低温度:采用水冷者为+5℃,采用其它 冷却方式者为-10℃; (4) 最湿月的平均最大相对湿度为90%,同时该月 的月平均最低温度为+25℃; (5) 应能适应无爆炸危险的介质,无足以腐蚀金属 和破坏绝缘的气体,以及周围较清洁和无剧烈振动 的环境条件。
<15000 <15000 501-5000
一.农村水电的概念
• ㈢ 相关标准界定(含同步电机和水轮发电
机)
• GB 10585-89,GB/T7409-1997, • SD299-88,DL/T583-2005。 • 中小型:10WM以下机组 • 大中型:10WM以上机组
二.励磁的形式
• ㈠旋转励磁机 rotating exciter
⑴ 微机励磁的分类
1)按CPU的总线宽度分
• (a) 8位机:如MCS51系列,带Flash的AT89、
AT90系列(89c52、8515),Motorola公 司的:M6805、M68HC05、M68HC11、 M68HC12单片机, Micro-Chip公司的PIC 16C系列和17C系列8位单片机, Zilog公司 的Z8单片机,Scenix公司的8位RISC结构SX 系列单片机,及以8位微控制器为内核的 PLC、工控机等产品。
⑴ 微机励磁的分类
1)按CPU的总线宽度分
• (b) 16位机:如INTEL公司的96系列和部分
80系列,ATMEL公司的AT91系列, Motorola公司的M68HC16系列,TI公司的 DSP89系列的单片机或单板机,及以16位 微控制为内核的PLC、工控机等产品 。
• (c) 32位机:Motorola公司的M683XX.系列,
电流源变压器
整流器及 可控硅整流器
交流侧电源并联电流相加的复合源静止励磁机
图2.2.2—3
• 交流侧相加
同步电机
电势源变压器 电抗器
整流器
饱和绕组控制输入
电流源变压器
交流侧两个电源电流相加的复合源静止励磁机
三.励磁设备的技术要求(条件)
• GB/T10585-89 中小型同步电机励磁系统基
本技术要求
处理数据的容量越大,时间也少,速度就越快,因而性能也越好。但 我们不能过份的追求性能指标,对产品的推广、普及和应用来讲,性 价比和可靠性是更重要的指标。
• 国外的大公司具有较强的研发能力,一般都采用自主研发的专门适用
于励磁控制的微机调节器,对于不具备硬件研发能力的励磁生产厂家, 通常都采用标准的工控机作励磁的微机控制器。
仅从电势源(可以从同步电机出线端)取得功率并使 用可控硅整流器的静止励磁机。见图2.2.1—1。
• ⒉从复合电源静止励磁机 compound source-static
exciter 从电流与电压两个电源(独立取自同步电机机端)取
得功率的静止励磁机。从两个电源来的输入可以在整流器 的交流侧或直流侧取得,并且可以并联或串联,整流器可 以设计可控的或不可控的。图2.2.2—1、图2.2.2—2、和 图2.2.2—3 。
(2) 发电机空载,转速为0.95~1.05额定转速范围内,突然投入励 磁系统,使发电机机端电压从零上升到额定值时,小型机组超调量不 大于额定电压的15%,中大型机组不大于10%,调节时间不大于5秒, 振荡次数不超过3次。
(3) 当发电机突然甩掉额定有功负荷和额定无功负荷后,发电机 电压超调量不大于15%额定值;调节时间不大于5s;振荡次数不超过 3次。
㈠ 数字式励磁调节系统
• ⑴ 微机励磁的分类
现代同步电机的励磁系统大多采用了微机控 制技术,从目前国内已投运的水力发电机组来看, 微机控制励磁主要有以下几种类型:
• 1)按CPU的总线宽度分:从理论上讲,在一定条
件下(如主频相同)总线宽度越宽,CPU所能处 理数据的容量越大,时间也少,速度就越快,因 而性能也越好。但我们不能过份的追求性能指标, 对产品的推广、普及和应用来讲,性价比和可靠 性是更重要的指标
图2.1.1—2
• 带不可控静止整流器的交流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈
交流励磁机 励磁控制输入
带不可控静止整流器的交流励磁机
图2.1.1—3 带有旋转整流器的交流励磁机
㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率,使用静止整流器提 供直流电流的励磁机。
• ⒈电势源静止励磁机 potential source static exciter
⑴ 微机励磁的分类
4)单通道、双通道和多通道
• 为了解决以上矛盾,可用双通道或多通道
的方案来解决。
• 所谓单通道、双通道是按独立调节的微机
通道数划分的,象整流变压器、灭磁回路、 励磁绕组是不可能也没有必要冗余的
⑵ 调节器模式的选择
• 从理论上讲,在一定条件下(如主频相同)总线宽度越宽,CPU所能
小型水电站励磁设备
全国农村水电自动化培训教材
(长江委陆水自动化研究所)
一.农村水电的概念
• ㈠国内小水电装机及机组容量的发展 • 小水电系指装机容量25MW及一下的水力发电站和以小水
电为主的地方小电网。
• 五十年代,一般称500kW一下的水电站为农村小水电站;
到六十年代,小水电的容量界限到3MW ;
较多时应考虑均流措施。在发电机额定励磁电流情况下, 均流系数不应低于0.85。
㈡ 系统性能要求
• 12. 励磁系统的功率整流器在任何运行情况下,
过电压保护器应使得整流器的输出电压瞬时值不 超过绕组对地耐压试验电压幅值的70%
• 13. 励磁系统的灭磁装置,应满足:
灭磁过程中,励磁绕组反向电压应控制在不低于 出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的30%, 不超过50%
stationary rectifiers 带有整流器的交流励磁机,其输出与同步电机励磁绕组 滑环上的电刷相联结。见图2.1.1—2
• ⑵带有旋转整流器的交流励磁机(无刷励磁机) A.C.
exciter with rotating rectifiers ( brushless exciter) 带有励磁机及与同步电机同轴的旋转整流器的交流励磁机, 其输出不经过滑环或电刷,而直接与同步电机的励磁绕组 相联结。见图2.1.1—3
• 14. 静止整流励磁系统的起励电流应不大于发电
机空载励磁电流的10%~20%。
• 15. 励磁系统的年强迫停运率不应大于0.1%。
四.励磁调节器
按调节器处理数据的的类型分,又可 分为数字式、模拟式和数字模拟混合式三 种。
• ㈠ 数字式励磁调节系统
随着电子技术的发展,电力系统稳定 性要求的提高,智能化的励磁系统运育而 生。目前数字式励磁调节系统大多采用微 控制器,因此又称为微机励磁 。
图2.2.1—1
• 电势源静止
同步电机
整流变压器
可替换
图2.2.1-1 电势源静止励磁系统
图2.2.2—1
• 直流侧串联
电势源变压器
同步电机
电流源变压器
电抗器
图2.2.2-1 直流侧串联、电压相加的复合源静止励磁机
整流器及 可控硅整流器
图2.2.2—2
• 交流侧并联
同步电机
电势源变压器 电抗器
㈡ 系统性能要求
• 9. 电压调节范围:
⑴ 自动励磁调节器电压调整范围:10~110%额定电压; ⑵ 手动励磁调节器电压调整范围:10~110%额定电压。
• 10. 在发电机空载运行状态下,自动控制单元和手动控制
单元的整定电压变化速度,每秒应不大于额定电压的1%, 不小于额定电压的0.3%。
• 11. 励磁系统功率整流器不应采用串联元件。当并联支路
㈠使用条件
• ⒉ 供电电源要求
(1) 交流380/220V系统,电压偏差范围为额 定值的±15%,频率偏差范围为-3~+2HZ;
(2) 直流系统220/110V系统,电压偏差范 围为额定值的-20%~+10%。
㈡ 系统性能要求
• 1. 励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压不超过发电机
额定负荷下励磁电流和电压的1.1倍时,能长期连续运行。
励磁机(设备)与发电机同轴旋转的整 流方式
• ㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率,使用 静止整流器提供直流电流的励磁机
励磁机(设备)是静止的整流方式
㈠旋转式
• ⒈直流励磁机方式 D.C. exciter
一台使用换向器与电刷提供直流电流的 旋转励磁机,通过与发电机同轴的直流励 磁机所发出的直流电给主发电机励磁的方 式,见图2.1.1—1。
TI公司的TMS320C28X系列等。
⑴ 微机励磁的分类
2)从结构型式上又可分为
• (a) 单片机型:结构简单,易于开发,数字化程度
低,在目前用得很少,多用于完成局部功能;
• (b) 单板机型:开发难度大,功能较强,智能化程
度高,性价比高,是目前流行的方式;
• (c) 工控机型、PLC型等:只需要作软件开发,开
• 2. 励磁系统强励顶值电压倍数的考虑,中小型机组的励磁
系统一般不小于1.6倍,大中型机组的励磁系统一般不小 于1.8倍,顶值电流倍数与顶值电压倍数相同。当系统稳 定要求更高顶值电压倍数时,按计算要求确定。顶值电压 倍数超过2时,顶值电流倍数仍取2。
• 3. 励磁系统在顶值电流情况下的允许持续时间:中小型机
发周期短,功能较强,性价比低,在目前较少采 用。
⑴ 微机励磁的分类
3)单微机、双微机及多微机
• 从可靠性、降低风险、性价比等方面考虑,目前
有单微机、双微机及多微机励磁系统。
• 在单通道微机励磁调节器中,按调节计算、人机
接口、与上位机通讯、操作控制、脉冲形成等功 能化分,用两个或多个CPU来完成,可降低CPU的 负担,同时又可分担风险,但CPU多了,系统变 得复杂,可靠性反而会降低,有利有弊