电力系统自动装置原理电力系统的频率特性电力系统负荷的功率
《电力系统自动装置原理》课程教学大纲
《电力系统自动装置原理》课程教学大纲一、课程基本信息
二、课程内容及基本要求
a)同步发电机的自动并列
➢自同期并列
➢准同期并列
➢恒定越前时间并列装置的合闸控制频率差控制
b)同步发电机励磁自动控制系统
➢电压控制控制无功功率的分配提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统的运行条件对水轮发电机组实行强行减磁
c)励磁自动控制系统的动态特性
➢励磁控制系统的传递函数励磁自动控制系统的稳定性电力系统频率及有功功率的自动调节
➢电力系统的频率特性调速器原理电力系统频率调节系统及其特性电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
➢对汽轮机的影响
➢发生频率崩溃现象
➢发生电压崩溃现象
三、实践环节及基本要求：
详见《电力系统自动装置原理》实验教学大纲
四、学时分配表：
五、课程教学的有关说明
可对下述有关情况做出说明：
1．本课程自学内容及学时
2．课内习题课的安排及学时
3．利用现代化教学手段内容及学时4．对学生能力培养的要求等。
电力系统自动装置原理
电力系统自动装置原理第一章1)电能质量的两个最主要指标：电压、频率。
2)自动装置的首要任务：将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。
3)香农采样定理：采样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍，则模拟信号可由采样信号唯一表示（）。
第二章1)恒定越前时间的准同期并列装置中的合闸信号控制单元有哪些环节组成：由滑差角频率检测、电压检测和越前时间信号等环节组成。
2)同步发电机的两种并列方式：准同期并列和自同期并列。
3)同步发电机并列操作时，冲击电流最大瞬时值一般不应超过待并发电机额定电流的1~2倍。
4)什么是整步电压：自动并列装置检测并列条件的电压。
5)频率差调整的任务：将待并发电机的频率调整到接近于电网电压频率，使频率差趋向并列条件允许的范围，以促成并列的实现。
6)运行母线电压的三个状态量：幅值、频率、相角。
7)发电机电压落后电网电压时，发电机吸收电网功率。
8)发电机并列操作时，相角差较小时，其冲击电流主要分量是有功。
9)按照提前时间不同，准同期并列分为哪两种：恒定越前相角准同期并列、恒定越前时间准同期并列。
10)准同期并列的理想条件：频率相等（）、电压幅值相等（）、相角差为零（）。
11)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。
12)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。
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(1—3章)
第三章 复习思考题1. 何谓并列？发电机并列操作应遵循哪原则？答：电力系统并列操作一般是指两个交流电源在满足一定条件下的互联操作，也叫同步操作、同期操作或并网。
并列的原则是：(1)并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值；(2)并列后，发电机应能迅速进入同步运行。
2. 并列的方法有哪两种？各有何特点？答：并列的方法有准同步并列和自同步并列两种。
准同步并列的优点是并列时产生的冲击电流较小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步。
自同步并列的优点是操作简单、并列速度快，在系统发生故障、频率波动较大时，发电机组仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免故障扩大，有利于处理系统事故。
3. 准同期自动并列的三个条件是什么？并列时如果不满足这些条件会有何后果？答：并列条件应为： (1)发电机电压和系统电压的幅值相同； (3)发电机电压和系统电压的相位相同，即相角差为0； (2)发电机电压和系统电压的频率相同。
不满足条件(1)时，会产生无功分量的冲击电流。
冲击电流的电动力会对发电机绕组产生影响，当电动力较大时，有可能引起发电机绕组的端部变形；不满足条件(2)时，产生有功分量的冲击电流，合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组转轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的；不满足条件(3)时，断路器两侧出现脉动电压，如果发出合闸命令的时刻不恰当，就有可能在相角差较大时合闸，从而引起较大的冲击电流。
此外，如果在频率差较大时并列，频率较高的一方在合闸瞬间会将多余的动能传递给频率低的一方，即使合闸时的相角差不大，当传递能量过大时，待并发电机需经历一个暂态过程才能拉人同步运行，严重时甚至导致失步。
4. 准同期自动并列的实际条件是什么？答：(1)待并发电机电压幅值与系统电压幅值应接近相等，误差不应超过±(5％~l0％)的额定电压；(2)待并发电机频率与系统频率应接近相等，误差不应超过±(0.2％~0.5％)的额定频率；(3)并列断路器触头应在发电机电压与系统电压相位差接近零度时刚好接通。
电力系统自动装置原理复习思考题完整版
电力系统自动装置原理复习思考题完整版《电力系统自动控制装置原理》复习思考题考试题型：选择、名词解释、简答题、计算题负荷的调节效应：当频率下降时，负荷吸取的有功功率随着下降；当频率升高时，负荷吸取的有功功率随着增高。
这种负荷有功功率随频率变化的现象，称为负荷调节效应。
频率调差系数：单位发电机有功功率的变化引起的频率增量即为频率调差系数。
电压调整：调节电力系统的电压，使其变化不超过规定的允许范围，以保证电力系统的稳定水平及各种电力设备和电器的安全、经济运行。
电力系统：由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
1电力系统频率二次调整有哪几种可以实现无差调节？答：①主导发电机法、②积差调频法、③分区调频法。
2、自动发电控制系统的基本任务？答：主要任务：①使全系统发电机输出功率与总负荷功率匹配；②保持系统频率为额定值；③控制区域联络线的交换功率与计划值相等；④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。
3、简述发电机调节的类型及特点。
电力系统调度的主要任务。
答：发电机调节的类型及特点：①＞0为正调差系数，其调节特性下倾，即发电机端电压随无功电流增大而降低；②＜0为负调差系数，其调节特性上翘，发电机端电压随无功电流增大而上升；③=0称为无差特性，这时发电机端电压恒为定值。
电力系统调度的主要任务：③ 保证供电质量的优良；②保证系统运行的经济性；③保证较高的安全水平；④保证提供强有力的事故处理措施。
4、强行励磁的基本作用是什么？答：强行励磁的基本作用是：①有利于电力系统的稳定运行；②有助于继电保护的正确动作；③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；④并有助于用户电动机的自起动过程。
同步发电机并列的理想条件是什么？答：理想条件：频率相等、电压幅值相等、相角差为零；即（f G=f x、U G=U X、ee=0 ）。
简述同步发电机组并列时遵循的原则。
答：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。
电力系统自动装置原理-第06章_电力系统自动装置原理
原则2：级差不强调选择性
• 由于实际系统中运行方式和事故的不同，造成 功率缺额具有很大的分散性。若低频减载装置 采用试探法逐级求解，分级切除少量负荷，以 达到比较好的效果。这时要求n较大，这就使得 每级切除的负荷较少，即使两级间无选择性起 动，也不会造成负荷切除量过大，因而频率恢 复值不致于太高 。
26
自动低频减载装置的动作时延
• 原则上，动作应尽可能地快，以便延缓f 的下 降。然而，在事故期间可能的电压下降（f 不一 定不满足要求）可能会引起装置误动作，这时人
为设定一0.3~0.5秒的时间延迟以躲过可能的误
动作。
27
第2节 自动低频减载
一、概述 二、电力系统频率 静特性€ 三、电力系统频率的动 态特性€ 四、自动低频减载 的工作原理€ 五、自动低频减载的接线与运行
Phmax PLmax PLN PLmax
K L*f * P Lmax
Phmax KL* PLNf* 1 KL*f*
13
14
自动低频减载装置的动作顺序
• 为防止非最严重事故下切除过多的负荷，自动低 频减载装置可采取分批断开负荷并逐步修正负荷 切除量的方法进行。自动低频减载装置在系统频 率下降过程中，按照频率的不同数值将负荷切除 分成多级，每级的动作频率由整定值确定。
• 原则1：按选择性确定级差‘ • 原则2：级差不强调选择性‘ • 前后两级动作的频率间隔：前后两级动作的时间
间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳 闸时间限制的。
18
原则1：按选择性确定级差
• 该原则强调动作的顺序，后一级只有在前一 级动作以后还不能制止频率下降的情况下才 允许动作。
• 在留有适当的频差裕度fy后，频差应该满足 如下关系： f =2f+ft+fy
自动装置知识点
《电力系统自动装置原理》知识点杨冠城主编绪论1.电力系统自动装置对发电厂、变电所电气设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置。
2.电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。
(1)按运行计划将发电机并网运行的操作为正常操作。
(2)电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。
防止电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。
3．电力安全装置发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。
自动装置及其数据的采集处理电力系统运行的主要参数是连续的模拟量，而计算机内部参与运算的信号是离散的二进制数字信号，所以，自动装置的首要任务是数据采集和模拟信号的数字化。
1、硬件组成形式从硬件方面看，目前电力系统自动装置的结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control system——DCS)和现场总线系统(Field bus Control System——FCS)。
2、采样对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间间隔T S，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。
采样过程就是一个在时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭(周期为T S，开关闭合时间为τ)采样开关S后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号x S(nT S)。
3、采样定理采样周期T S决定了采样信号的质量和数量： T S太小，会使x S(nT S)的数据剧增，占用大量的内存单元；T S太大，会使模拟信号的某些信息丢失，当将采样后的信号恢复成原来的信号时，就会出现信号失真现象，而失去应有的精度。
因此，选择采样周期必须有一个依据，以保证x S(nT S)能不失真地恢复原信号x(t)。
这个依据就是采样定理。
《电力系统自动装置》复习思考题
《电力系统自动装置》复习思考题绪论复习思考题1.简述电力系统自动装置的作用。
2.电力系统自动装置有哪些功能？3.电力系统自动装置有哪些类型？第一章复习思考题1、AA T装置有何用途？2、对AAT装置有哪些基本要求？3、为什么要求AAT装置只能动作一次？4、简述明备用和暗备用的含义。
5、指出图1-1中AAT装置典型一次接线属哪种备用方式，故障时如何将备用电源投入？6、AA T装置有哪两部分组成？各有什么作用？7、试简述图1-2中AA T装置的工作原理和接线特点。
8、AA T装置低电压起动时间继电器的动作时间值如何整定？为什么？9、AA T装置中的闭锁继电器延时返回时间值应如何整定？为什么？10、AA T动作时间一般是越短越好，但应考虑哪些因素？11、微机备自投有哪几种应用方式？12、并联切换和串联切换的含义是什么？他们有何优缺点？13、什么叫快速切换？厂用电快速切换有何优点？第二章复习思考题1.什么是自动重合闸？输电线路装置自动重合闸的作用是什么？2.试述自动重合闸应满足的基本要求。
3.重合闸重合于永久性故障上，对电力系统有什么不利影响？4.自动重合闸的启动方式有哪两种？各有什么优缺点？5.根据图2-1所示的重合闸装置原理接线图，试说明当线路发生永久性故障时，重合闸装置如何保证只重合一次？6.输电线重合闸有哪些闭锁条件？7.什么是重合闸复归时间？整定时应考虑哪些因素？8.双电源线路上采用自动重合闸装置时，需要考虑哪些特殊问题？为什么？9.在检无压和检同步三相自动重合闸中，当处于下列情况会出现什么问题？（1）线路两侧检无压均投入。
（2）线路两侧仅一侧检同步投入。
10.什么是非同步自动重合闸？其有何特点？11.双侧电源线路非同步自动重合闸方式有哪两种？各有何优缺点？12.试述检定同步的工作原理。
13.什么是重合闸前加速保护？什么是重合闸后加速保护？各具有什么优点？14.什么是综合重合闸？综合重合闸装置能实现哪几种重合闸方式？15.与三相重合闸比较，综合重合闸有哪些特殊问题需要考虑？第三章复习思考题1. 何谓并列？发电机并列操作应遵循哪原则？2. 并列的方法有哪两种？各有何特点？3. 准同期自动并列的三个条件是什么？并列时如果不满足这些条件会有何后果？4. 准同期自动并列的实际条件是什么？5. 何谓滑差？何谓滑差频率？何谓滑差周期？它们之间有何关系？6. 什么叫同步点？7. 同频并网和差频并网的特征是什么？8. 自动准同期装置主要由哪三大部分组成？各部分的主要作用是什么？9. 什么叫整步电压？整步电压有何特点？10. 何谓恒定越前时间？何谓恒定越前相角？11. 并列操作时，如断路器的主触头不在δ= 0时刻闭合会出现什么情况？准同期并列装置是如何保证断路器的主触头在δ= 0的时刻闭合？12. 并列断路器合闸脉冲的越前时间应怎样考虑？13. 简述微机自动并列装置同步条件检定的原理。
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当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一
条近似直线来表示。
K
tg
P D
D
f
P / P P
K D
DN
D
D f / f
f
N
负荷的频率调节效应系 数或称为负荷的频率调 节效应，表示负荷随频 率的变化程度。
例5－1
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性 ω* f*
未配调速器的发电机 组功率—频率特性
配有调速器的发电机 组功率—频率特性
电力系统 自动装置原理
2. 发电机组的调差系数
f
R f PG
R*
f PG
fe f*
PGe
PG*
PG
3. 发电机组的功率—频率静特性系数
KG*
1 R*
PG* f*
汽轮发电机组: 16.6—25 水轮发电机组: 25—50
m
WKi
1
机组转速降低，系统频率下降。
电力系统 自动装置原理
原动机输入功率
发电机的负荷功率
系统频率的变化
电力系统负荷: 不断变化
原动机输入功率的改变: 缓慢
频率的波动: 难免
电力系统运行中的主要 任务之—，就是对频率 进行监视和控制。
➢ 维持系统频率在规定范围内;
➢ 力求使系统负荷在发电机组电力之系统间
fb fN
f
负荷的频率调节效应系数： K L
dPL df
因为频率变化很小，所以
K L
dPL df
为一直线，取值范围在1~3之间。
电力系统 自动装置原理
电力系统负荷的功率—频率特性
1. 当系统频率变化时，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叫做负荷的功率—频率特性。
2. 电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，
➢ 与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流 负荷等；
➢ 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、 压缩机、卷扬机等；
➢ 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗， 但这种损耗在电网有功 损耗中所占比重较小;
➢ 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不 大的循环水泵等;
水泵等。
电力系统 自动装置原理
电力系统的频率特性
❖ 电力系统负荷的功率 - 频率特性 负荷的静态频率特性： PL F ( f )
PL
PLN
a
b
PLb
频率下降时，负荷功率也下降到 PLb ； 频率上升时，负荷功率也上升到 PLa 。
负荷特性有利于系统中有功功率在另一频率下 重新平衡，这种现象称为负荷调节效应。
PL
4. 系统的负荷随频率下降的
特性有利于系统中有功功
率在另一频率值下重新平
衡。这种现象称为负荷的
频率调节效应。其大小用
KL表示。
f
5. 负荷的频率调节效 应系数
K L*
dPL* df*
a1 2a2 f* 3a3 f*2
nan
f n1 *
n
电力ma系m统f*m1
自动1 装置原理
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
实现经济分配。
自动装置原理
电力系统 自动装置原理
二 电力系统负荷的功率—频率特性
1. 当系统频率变化时，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叫做负荷的功率—频率特性。
2. 电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，
➢ 与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流 负荷等；
电力系统 自动装置原理
4. 调差特性与机组间有功功率分配的关系 f
2 1
P
P’2 P2
P1 P’1
两机组间的功 率增量分配
f* R*PG* 0 PG1* R2* PG2* R1*
发电机转矩方程：M G A B
PG*
功率方程：PG C1 C22
1.0
无调速器时，转速和转矩都为额定值。
MG*
P*
1.0
M*
加调速器后，将从一条静态特性曲线 向另一条静态特性曲线过渡。
f
1
a’ a” a”’
2
3
3’
P
电力系统 自动装置原理
电力系统的频率特性
有调速系统的发电机功率-频率特性：
➢ 与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给
水泵等。
电力系统 自动装置原理
3. 负荷的功率—频率 特性一般表达式
2
3
n
PL
a0 PLe
a1PLe
f fe
a2PLe
f fe
a3PLe
f fe
an PLe
f fe
PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3 an f*n
随机分量 脉动分量 持续分量
★
频率波动对电网运行的 影响： √ 偏离电力设备经济运 行点； √ 影响用户生产率和产 品质量； √ 频率过低过高都会危 及电网安全运行
t
电力系统
自动装置原理
电力系统的频率特性
★
调频是电力系统运行的主要任务之一
调频与有功功率调节是不可分的，应满足安全运行约束； 符合经济运行要求，发挥能源最大效益； 频率偏差控制在预定范围内，保证电能质量。
f
fN f1
Δf
a b
ΔPG
PG PGa PGb
f A
C fN
ΔP2
f1ΣPL
ΣP’
B ΔP1
P2 P2’ P2
P1
P1’ P1
有差调节
调差系数 R f PG 1
K R
R, K
调差特性与机组间有功功率的分配 调差特性为区域，有失灵区。
电力系统 自动装置原理
二 发电机组的功率—频率特性
1. 频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的 功率—频率特性或调节持性。
➢ 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、 压缩机、卷扬机等；
➢ 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗， 但这种损耗在电网有功 损耗中所占比重较小;
➢ 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不 大的循环水泵等;
➢ 与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给
第一节 电力系统的频率特性
❖ 一、概述
电网稳态条件下的频率 f 是全系统一致的运行参数 f pn 60
频率变化是系统负荷与电源之间的功率失去平衡所致。
原动机输入功率：
m
1
PTi
m 1
PGi
PL
d( dt
m 1
WKi )
机组的动能
电力系统 自动装置原理
电力系统的频率特性
电网频率变动情况
P
负荷瞬时变动情况
★ 一般允许频率偏差为±0.1Hz
电力系统 自动装置原理
第一节 电力系统的频率特性
➢每分钟转数
n
n
➢每秒钟转数
60
➢系统频率 ➢正常情况
➢负荷突然变动而使发
电机组电功率增加PL
f Pn 60
m
m
PTi PGi
1
1
m
m
PTi PGi PL
1
1
m
1
PTi
m 1
PGi
PL
d dt